于曉東，王檬，李小鋒，龐建華，劉華偉

（光大環(huán)保（中國）有限公司，廣東 深圳 518026）

目前，我國能源消耗量越來越大，面對(duì)嚴(yán)重的環(huán)境問題，不僅制約我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，還對(duì)人們生活質(zhì)量造成嚴(yán)重威脅。因此，節(jié)能環(huán)保形式已經(jīng)越來越嚴(yán)重，垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行過程中，同樣要倡導(dǎo)節(jié)能降耗，提高能源的利用率，節(jié)約資源，促進(jìn)垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文對(duì)垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)如何選擇乏汽回收裝置及冷源進(jìn)行了簡(jiǎn)單的論述。

1 概述

傳統(tǒng)垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)一般會(huì)采用一臺(tái)高壓加熱器，一低壓加熱器，一臺(tái)中壓除氧器，一臺(tái)疏水?dāng)U容器，一臺(tái)連排擴(kuò)容器。隨著除氧器、疏水?dāng)U容器及定排擴(kuò)容器的運(yùn)行有大量蒸汽需要外排，此部分蒸汽是潔凈的，且具有汽化潛熱，有一定的回收價(jià)值?，F(xiàn)小型發(fā)電廠除鹽水大多是直接進(jìn)入除氧器，此部分除鹽水需使用汽輪機(jī)的二抽蒸汽加熱，汽輪機(jī)凝結(jié)水采用汽機(jī)三抽蒸汽加熱至98℃左右進(jìn)入除氧器，此兩部分水最終進(jìn)入除氧器被加熱至130℃完成除氧過程，本文考慮乏汽回收的熱量替代二抽或三抽蒸汽完成加熱除鹽水或凝結(jié)水，被替代的抽汽繼續(xù)在汽輪機(jī)內(nèi)做功發(fā)電，對(duì)由此產(chǎn)生的效益進(jìn)行分析。

通過市場(chǎng)調(diào)研，了解到此類設(shè)備采用表面式換熱器回收、文丘里管混合式、噴淋塔混合式等形式進(jìn)行回收，因使用較多的冷卻介質(zhì)為除鹽水或凝結(jié)水，故本文針對(duì)除鹽水與凝結(jié)水回收蒸汽的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行論述。

2 不同工藝流程經(jīng)濟(jì)性分析

2.1 工藝流程一（圖1）

圖1

本工藝流程采用除鹽水混合式換熱方式：除鹽水泵將除鹽水打入三個(gè)文丘里管（或噴淋塔），形成負(fù)壓，與除氧器、疏水?dāng)U容器、定排擴(kuò)容器排汽混合后進(jìn)入熱水箱（約10m3），經(jīng)熱水泵打至除氧器。非定排時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整除鹽水泵及熱水泵流量，但不低于最小蒸汽冷卻水量12.78t/h，并保持熱水箱低水位運(yùn)行；定排時(shí)增大除鹽水泵流量至23.67t/h，并將熱水暫儲(chǔ)存在熱水箱內(nèi)，熱水箱有效容積不低于10m3，熱水泵需在下一定排周期內(nèi)將熱水箱水打至低水位。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機(jī)抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q1=D氧×(h0氧-h鹽)+D疏×(h疏-h鹽)+m定×3/24×(h定-h鹽)=4440963.94kj/h。

式中，Q1為可替代抽汽的熱量，此為計(jì)算值，單位為kj/h；D氧為除氧器流量，取728kg/h；h0氧為除氧器排汽焓值，取2720.12kj/kg；h鹽為除鹽水焓值，取105.39kj/kg；D疏為疏水?dāng)U容器排汽蒸汽流量，取900 kg/h；h疏為疏水?dāng)U容器排汽蒸汽流量，取2674.95kj/kg；h定為疏水?dāng)U容器排汽蒸汽流量，取2674.95kj/kg；m定為定排擴(kuò)容器一次排汽蒸汽量，取700kg，排汽瞬時(shí)流量為1400kg/h，每日定期排污次數(shù)取3 次。

汽輪機(jī)抽汽減少的量：D1汽=Q1/（h0二-h1氧）=1892.75kg/h。

式中，h0二為汽輪機(jī)二級(jí)抽汽焓值，取2892.55kj/kg；h1氧為除氧器內(nèi)熱水焓值，取546.25kj/kg。

抽汽可增加的發(fā)電量：P1=D1汽×(h0二-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=315.72kw。

式中，h排為汽輪機(jī)排汽抽汽焓值，取2231.1kj/kg；η聯(lián)為聯(lián)軸器效率，取99%；η減為減速機(jī)效率，取98.5%；η發(fā)為發(fā)電機(jī)效率，取98%；η汽為汽輪機(jī)各項(xiàng)外部損失，取5%。

②回收蒸汽后，除鹽水節(jié)約量：D1鹽=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③發(fā) 電 量 及 除 鹽 水 收 益：(P1×0.375+D1鹽×12)×8000=111.18 萬元。電費(fèi)取0.375 元/kWh，除鹽水費(fèi)取12 元/噸，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間取8000h。

（2）運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算。

①運(yùn)行功率估算：熱水泵選型：流量為25t/h，揚(yáng)程為32m，功率為4kW。

②年運(yùn)行費(fèi)用：4×0.375×8000=1.2 萬元。

（3）年經(jīng)濟(jì)效益約為109.98 萬元。

2.2 工藝流程二（圖2）

圖2

本工藝流程采用除鹽水表面式換熱方式：除鹽水泵將除鹽水打入兩臺(tái)表面式換熱器，一臺(tái)與除氧器排汽換熱、另一臺(tái)與疏水?dāng)U容器、定排擴(kuò)容器排汽換熱，換熱后的除鹽水直接進(jìn)入除氧器；排汽經(jīng)過換熱后進(jìn)入緩沖水箱由緩沖水泵打至除氧器。非定排時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況調(diào)整進(jìn)入換熱器的流量，但不低于最小冷卻水量13.46t/h；定排時(shí)增大除鹽水泵流量至24.94t/h，并將凝結(jié)水水暫儲(chǔ)存在緩沖水箱內(nèi)，緩沖水泵需在下一定排周期內(nèi)將緩沖水箱水打至低水位。此方式需要通過除氧器進(jìn)行系統(tǒng)水量調(diào)節(jié)，在每次定排前需將除氧器水位降低，預(yù)留約5.74t 的水容量。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機(jī)抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q2=(D氧×(h0氧-h鹽）+D疏×(h疏-h鹽)+m定×3/24×(h定-h鹽）×η板=4352144.66kJ/h。

式中，η板為板式換熱器效率，取98%。

抽汽減少的量：D2汽=Q2/(h0二-h1氧)=1854.90kg/h

抽汽增加的發(fā)電量：P2=D2汽×(h0二-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=309.41kW。

② 除 鹽 水 節(jié) 約 量：D2鹽=m定×3/24h+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③發(fā)電量及除鹽水回收收益：(P2×0.375+D2鹽×12)×8000=109.29 萬元。

（2）運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算。①運(yùn)行功率估算：緩沖水 泵 選 型：3t/h，32m，1.1kW。 ②年 運(yùn) 行 費(fèi) 用：1.1×0.375×8000=0.33 萬元。

（3）年經(jīng)濟(jì)效益約為108.96 萬元。

2.3 工 藝流程三（圖3）

圖3

本工藝流程采用凝結(jié)水混合式換熱方式：軸封加熱器出口引一條凝結(jié)水管道至除氧器層將凝結(jié)水打入三個(gè)文丘里管（或噴淋塔），形成負(fù)壓，將除氧器、疏水?dāng)U容器、定排擴(kuò)容器排汽混合后進(jìn)入緩沖水箱（約5m3），經(jīng)緩沖水泵打至除氧器。非定排時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況通過調(diào)門調(diào)整進(jìn)入換熱器的凝結(jié)水量，但不低于最小蒸汽冷卻水量16.71t/h，并調(diào)整緩沖水泵流量將緩沖水箱內(nèi)的水及時(shí)打入除氧器；定排時(shí)通過調(diào)門增大進(jìn)入換熱器的凝結(jié)水流量至30.95t/h，熱水進(jìn)入緩沖水箱內(nèi)，使用緩沖水泵及時(shí)打入除氧器。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機(jī)抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q3=(D氧×(h0氧-h1軸)+D疏×(h疏-h1軸)+m定×3/24×(h定-h1軸)=4334414.24kJ/h。

式中，h1軸為軸封加熱器出水焓值，取167.5kJ/kg。

抽汽減少的量：D3汽=Q3/(h0三-h1三)=2009.56kg/h

式中，h0三為汽輪機(jī)三級(jí)抽汽蒸汽焓值， 取2560.9kJ/kg；h1三為汽輪機(jī)三級(jí)抽汽凝結(jié)水焓值，取404kJ/kg。

抽汽增加的發(fā)電量：P3=D3汽×(h0三-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=167.14kW。

② 除 鹽 水 節(jié) 約 量：D3鹽=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③ 運(yùn) 行 收 益 分 析：(P3×0.375+D3鹽×12)×8000=66.61 萬元。

（2）投入及運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算。

①運(yùn)行功率估算：緩沖水泵選型：35t/h，30m，7.5kW。

②年運(yùn)行費(fèi)用約7.5×0.375×8000=2.25 萬元。

（3）年經(jīng)濟(jì)效益約為64.36 萬元

2.4 工藝流程四（圖4）

圖4

本工藝流程采用凝結(jié)水表面式換熱方式：軸封加熱器后的凝結(jié)水打入兩臺(tái)表面式換熱器，一臺(tái)與除氧器排汽換熱、另一臺(tái)與疏水?dāng)U容器、定排擴(kuò)容器排汽換熱，換熱后的凝結(jié)水直接進(jìn)入除氧器；排汽經(jīng)過表面換熱后進(jìn)入緩沖水箱，由緩沖水泵打至除氧器。非定排時(shí)根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況通過調(diào)門調(diào)整進(jìn)入換熱器的凝結(jié)水量，但不低于最小蒸汽冷卻水量17.37t/h，并調(diào)整緩沖水泵流量將緩沖水箱內(nèi)的水及時(shí)打入除氧器；定排時(shí)通過調(diào)門增大進(jìn)入換熱器的凝結(jié)水流量至32.17t/h，熱水進(jìn)入緩沖水箱內(nèi)，使用緩沖水泵及時(shí)打入除氧器，緩沖水箱有效容積滿足水量調(diào)節(jié)需求即可。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機(jī)抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q4=(D氧×(h0氧-h1軸)+D疏×(h疏-h1軸)+m定×3/24×(h定-h1軸)×η板=4247725.95kJ/h。

抽汽減少的量：D4汽=Q4/(h0三-h1三)=1969.37kg/h

抽汽增加的發(fā)電量：P4=D4汽×(h0三-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=163.79kW。

② 除 鹽 水 節(jié) 約 量：D4鹽=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③運(yùn) 行 收 益 分 析：(P4×0.375+D4鹽×12)×8000=65.61 萬元

（2）運(yùn)行費(fèi)用預(yù)算。

①運(yùn)行功率估算：緩沖水泵選型：3t/h，32m，1.1kW。

②年運(yùn)行費(fèi)用約1.1×0.375×8000=0.33 萬元。

（3）年經(jīng)濟(jì)效益約為65.28 萬元。

3 數(shù)據(jù)分析（表1 和表2）

表1

表2

通過以上四種初步方案的經(jīng)濟(jì)性分析，采用混合式換熱方式且使用除鹽水冷卻經(jīng)濟(jì)型最好，但使用固定噴嘴的文丘里管對(duì)于蒸汽流量的提資準(zhǔn)確性要求較高，偏差較大將無法達(dá)到使用效果，可考慮使用可調(diào)噴嘴；采用噴淋塔型式形式需要足夠的換熱空間，投資偏大，冷卻水量不足時(shí)易影響排汽壓力；采用表面換熱器可達(dá)到熱量回收的目的，但無可靠措施保證除氧器的排氧能力及原設(shè)備排汽壓力，且系統(tǒng)對(duì)操作要求較高，水位控制較為復(fù)雜。

4 結(jié)語

對(duì)于需要進(jìn)行乏汽回收的電廠，如無其他供熱要求，可盡量使用混合換熱器對(duì)除鹽水進(jìn)行回收，如除鹽水不足可考慮使用凝結(jié)水進(jìn)行回收。為最大程度的利用熱量，可以考慮回收乏汽同時(shí)采用表面式換熱器回收排污熱水進(jìn)，冷卻后的熱污水進(jìn)入原水箱再次回收利用。