城市垃圾发电锅炉技术特性的分析
摘要：随着城市规模逐年扩大，2010年某市区人口已达到70万，市区城市生活垃圾逐年增长，目前垃圾量已达到800吨／天，按照当时设计焚烧垃圾能力已远远不能满足目前城市垃圾处理量。对该垃圾发电厂进行技术改造。一期改建装机规模为1×45t／h循环流化床垃圾焚烧锅炉，配1×12Mw抽汽凝汽式汽轮发电机组，城市生活垃圾处理量400天／吨，年增加垃圾处理量20万吨。改造工期共计80天，项目总投资估算：1150万元。
关键词：垃圾焚烧锅炉；改造；垃圾处理量20万吨；效益分析
1改造工程简述
某环保电厂原装机规模为2×6MW抽凝式汽轮发电机组，配3×35t／h异重循环流化床垃圾焚烧锅炉，处理生活垃圾600吨／天，供热蒸汽能力60t／h。
拟将1#垃圾焚烧锅炉进行改造（2000年国产第一代试验技术，已经运行10年，存在较多先天设计和设备缺陷），在原址对1#锅炉进行改造，蒸发量达到45t/h，焚烧垃圾量每天增加200吨。
2改造规模和方案
一期改建装机规模为1×45t／h循环流化床垃圾焚烧锅炉，配1×12Mw抽汽凝汽式汽轮发电机组，城市生活垃圾处理量400吨／天，年增加垃圾处理量20万吨。
二期改造装机规模为2×35t／h循环流化床垃圾焚烧锅炉，配1×12Mw的抽汽凝汽式汽轮发电机组，主要供汽。
根据企业发展需要，目前只对一台锅炉进行改造，根据该城市垃圾增长情况，逐渐分批对后两台锅炉实施改造。
3技术方案
1生活垃圾焚烧发电的工艺流程
（1）采用异重循环流化床垃圾焚烧锅炉的特点。
①异重流化床的稳定燃烧。对于焚烧垃圾，由于垃圾的比重相对较轻（一般堆积比重为350-380公斤／立方米），且尺寸极不均匀，垃圾投入常规流化床中进行焚烧，有可能影响流化床燃烧的稳定性，投入的垃圾会在流化床中发生偏析，而导致流化床流化状态的恶化和燃烧的不完全。浙江大学热能工程研究所开发的异重度流化床是由重度差异较大的不同颗粒（如石英砂与垃圾）组成的流化床系统，实验及工程运行表明，在由重度不同的颗粒组成的流化床系统中，床内颗粒沿高度的分布将主要受床内颗粒重度的支配，即重度大的颗粒趋于床层下部分布，尽管重度小的粒度有时比重度大的颗粒度大得多。异重流化床的这个特点可以用来防止大块垃圾在床内的沉积和轻粒度垃圾的偏浮，从而保证稳定燃烧。
②采取了较全面的防止二次污染的措施。850℃以上的炉膛温度能抑制二恶英等有害物质的生成，在尾部安装了浙江大学开发的集除尘和脱除有害气体（如HCl、HF、H2S、SO2、Nox、二恶英等）于一体的湍球装置。在运行过程中将炉后泵前池的水质控制在PH值>10，经脱硫泵打至脱硫塔内，经除尘后的烟气在塔内通过大量湍流球的大面积接触反应，实现了高效脱硫，可将Nox、SO2和HCL等气体排放控制在国家标准以内。炉渣呈干态排出，无渣坑废水。垃圾库内的渗沥水通过专门的喷散雾化装置进入炉内焚烧处理。
③采用特殊的风分配及组织方式以保证高效燃烧和顺畅排渣。虽然流化床入炉物料需预处理其中的特大尺寸垃圾（如打碎大的垃圾塑料袋或板材等，使其中垃圾顺利入炉），但仍有不少尺寸较大的垃圾。通过布风装置及燃烧设备的专门设计，可允许类似橡胶鞋类等物体进炉充分燃烧。同时通过特殊设计的布风板，辅以专门设计的定向风帽和后墙排渣口相连接的床料分选装置，可在排除大尺寸渣块的同时使较细床料重新返回床层内，以保证流化床层粒度维持稳定，从而保证流化床焚烧炉的稳定长期运行。
④因没有机械运行部件，耐久性好，使用寿命长。
⑤具有负荷调节范围宽，特别适合燃烧垃圾等低热值燃料。
⑥配备有方便简捷的床下点火方式。点火控制可在集控室内操作。
⑦为适应城市生活垃圾热值随季节变化的影响，达到稳定充分燃烧，并控制污染物排放，减少设备的腐蚀，本技术采用价格低廉的原煤作为助燃辅助燃料，并控制在20％（重量比）以内。
（2）城市生活垃圾发电工艺流程图
4锅炉设备方案
（1）原锅炉拆除，只保留锅炉的支架和锅筒
（2）锅炉标高抬高，上升6米
（3）尾部烟道向后扩展5.2米
（4）增加7#和8#柱
（5）安装新型高温分温锅炉
5技术指标对比
本次改造，是对原锅炉进行一次较大的改造，把原来的中温分离型锅炉改造成高温分离型锅炉，是一次从质上的改变。
锅炉指标方案改造前后对比：
1锅炉负荷量由原来的35t／h增量到45t／h。
2垃圾量由原来的200t／h增量到400t／h。
3煤耗由原来的600克减量到400克以下。
4锅炉效率由原来的76％提升到78％。
5锅炉各风机可用，不增加厂用电。
6技术合作
此次技术改造采用杭州乔司垃圾发电厂的成功经验。乔司电厂在2002年运行，所投用的配套设备和运行模式和该垃圾发电厂完全相同。运行到2007年时，和目前的垃圾环保电厂一样处于特殊困难时期，不改造就没有出路，加之当地环境环保要求和煤价飙涨，一度无法运行，甚至关门停产。2008年此厂根据需要迫不得已进行了改造。目前已经投入运行，通过考查论证，此厂目前运行状况良好，经济效益快速增长，给该垃圾发电厂提供了良好的发展方向。乔司电厂成功经验对该电厂改造有一定的借鉴作用，乔司电厂的技术总工将为该垃圾发电厂锅炉改造提供无偿的技术服务。
7建设周期
计划工程建设期6个月，装机规模为1×45t／h异重循环流化床垃圾焚烧锅炉，单台锅炉年处理生活垃圾量约20万吨。
前期准备工作10天，原1#锅炉拆除设备搬迁30天，基础建设施工30天，锅炉刚架吊装70天，辅机建设10天，电气输电建设15天，锅炉水压试验5天，锅炉烘炉、吹管5天，机组调试、并5天，合计工期180天。
8投资估算和效益分析
（1）项目总投资估算：1150万元
本投资估算按电力工业部电建[1997]127号文颁发的《电力工业基本建设概预算管理制度及规定》进行编制。
（2）工程量及材料价格
工程量。根据提供的工程量计列。
材料价格。装置性材料价格及建筑工程价格，按照1997年颁发的《山东省电力建设材料综合预算价格》中规定的价格，并参考2002年华东区域建设材料价格进行调整。
（3）分项投资估算
项目设计费：30万元，设备费总价的5％。
锅炉钢材设备费：600万元。
锅炉耐火炉塔设备费如下：
炉膛炉墙耐火耐磨浇注料约10万元，分离器炉墙耐火耐磨浇注料约100万元，竖井烟道耐火耐磨浇注料、耐火砖约80万元，风室炉墙耐火耐磨可塑料约10万元。
安装费：200万元（含拆除费80万元，安装费120万元）。
辅机设备费和电气仪表费如下：DCS控制系统约20万元，电动一次
测量元件约60万元，电力电缆约10万元，通信电缆约10万元，各辅机电动机约20万元。
9经济分析
设计目标为煤：垃圾=1：4，锅炉的煤耗为400g／kwh，比改造前每度电节约100g／kwh，电厂每年的发电量为400~kwh（根据2004-2009年各年发电量平均取值），可计算每年节约用煤量为：每度电节约煤量*全年发电量=100g×40000000=4000000000g=4000吨
每年可节约煤炭量为4000吨，根据现市场煤价600元／吨，一年的可节约煤炭资金为：4000吨×600元／吨=2400000元=240万元，每年可节约煤炭资金240万元，投资预计回收年限为投资费用／回收费用／年=1150万元／240万元／年≈5年（注：每年的垃圾增量和检修费用不在计算之内）。
10垃圾焚烧锅炉大修与技改的经济分析比较
该垃圾发电厂现有的两台循环流化床垃圾焚烧锅炉自建厂以来，基本上要每隔两三年就要大修一次，每次的大修费用在500万元左右，是本次技改费用1100万元的一半，但是大修只能在原来结构不变的基础上更换锅炉备件，不能从根本上改变锅炉结构。
如果垃圾焚烧锅炉彻底改造后，尽管一次性投入较大，但彻底改变了原来锅炉受热面布局不合理的状况，降低了磨损，延长了锅炉运行周期，减少了点火次数。同时，由于尾部受热面的增加，提高了锅炉的热效率。经测算，改造后锅炉的供电标煤耗在400g／kwh左右（原来550g／kwh），锅炉蒸发量由原来的35t／h增加到45t／h，每年可以节约资金240万元，投资回收期为5年。
11结语
从以上论述可以看出，改造后垃圾发电不仅具有较好的经济效益，还有良好的生态效益和社会效益。垃圾焚烧电厂的建成和成功运行，为该省在“无害化、减量化、资源化”处理城市生活垃圾、有效解决环境污染问题等诸方面进行了积极的探索，做出了突出的贡献，为解决“具有中国特色的城市生活垃圾发电”开创了先河，树立了典范。
参考文献
[1]时瑞生.城市垃圾发电锅炉技术特性的分析[J].应用能源技术，2008，06：27-29.
山东淄建集团有限公司山东淄博255024
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