中温中压和中温次高压锅炉在垃圾焚烧发电厂的应用比较.docx
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中温中压和中温次高压锅炉在垃圾焚烧发电厂的应用比较
中温中压和中温次高压锅炉在垃圾焚烧发电厂的应用比较
一、中温中压和中温次高压参数比较
1．关于蒸汽参数的选择
蒸汽参数直接影响到余热锅炉的制造成本、运行成本、热效率和焚烧厂的收益．在垃圾焚烧厂中，余热锅炉的蒸汽参数多选用中温中压工况，400℃），中温次高压工况（、450℃或、450℃）;在广州李坑垃圾发电一厂则在国内首次采用中温次高压工况（、450℃）技术。
表1中温中压、中温次高压两种工况比较
项目
-450℃
-400℃
备注
蒸汽输出量
97%
100%
锅炉换热面积
113%
100%
其中:
省煤器
80%
100%
蒸发器
90%
100%
水冷壁
90%
100%
过热器
170%
100%
锅炉受压部分重量
126%
100%
管壁厚度不同
材质、供水管线路过热蒸汽管线管道、阀门、法兰
STPG370S-sch80STPA12S-sch100ASME900Psi
STPG370S-sch40STPA10S-sch80ASME600Psi
ASME标准
初始投资
140%
100%
25年维护费
310%
100%
电量输出
110%
100%
25年总收入
100%
102%
当蒸汽温度超过400℃时，高温腐蚀加重，特别是过热器的高温防腐问题更为严重．
表2蒸汽温度为400℃及450℃时的腐性情况
蒸汽温度
450℃
400℃
材质
碳钢
SUS310
高镍合金
碳钢
SUS310
腐蚀速度（推算值）
约年
约年
约年
约年
约年
腐蚀余量
3mm
3mm
3mm
3mm
3mm
推算寿命
约1年
约3年
约5年
约年
约10年
上述两种工况的比较是在一定外部条件下的粗略估算。
不同的条件，上述的比率会有不同，但对比的趋势是相近的。
在售电收入方面，次高温高压方案有利，但锅炉设备费及运营维修费用较高．综合25年运行情况，两种工况的经济效果基本相当。
因此，国内外已建成的垃圾焚烧厂中，其余热锅炉约90％以上采用中温中压参数。
近年来，由于优质耐腐蚀材料使用于过热器（如高镍合金钢的应用），延长了过热器的寿命，虽然一次性投资较高，但综合经济效益较好．因此，中温次高压次高温参数的应用有增加趋势。
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1、中温中压和中温次高压锅炉属于同等技术水平
中温中压和中温次高压锅炉属于同等技术水平，中温次高压并非代表技术水平的进步，例如：
德国作为垃圾焚烧发电技术的输出地，也经历了“蒸汽参数由高到低，最后稳定在400℃”的过程。
目前仅有广州李坑一厂采用了中温次高压技术。
德国：
由高到低基本稳定在400℃，美国：
由低到高近年来稳定在450℃，日本：
由低到高基本稳定在400℃，并正在尝试500℃。
东南亚：
基本为400℃。
2、中温次高压并非是提高发电量的唯一途径
1）、广州李坑一厂采用中温次高压锅炉技术：
2006年广州李坑一厂垃圾热值为5500~5600kj/kg,每吨垃圾发电量为350~360kwh;
2）、中山中心组团垃圾焚烧发电厂采用中温中压技术：
中山中心组团垃圾热值为5500kj/kg,每吨垃圾发电量为350kwh；
3）、台湾全部采用中温中压技术，台湾中鼎工程股份有限公司提供的台湾2005年统计数据：
垃圾热值7700kj/kg,每吨垃圾发电量470kwh；热值9000kj/kg,每吨垃圾发电量570kwh。
广州李坑一厂
中山中心组团垃圾发电厂
台湾中鼎工程公司
焚烧炉种类
三菱马丁机械式炉排
三菱马丁机械式炉排
机械式炉排
余热锅炉
中温次高压技术
中温中压技术
中温中压技术
垃圾低位热值
（2006年）
5500~5600kj/kg
5500kj/kg
7700kj/kg
蒸汽参数
、450℃
、400℃
、400℃
每吨垃圾发电量
Kwh/t（2006年）
350~360kwh
350kwh
570kwh
3、中温次高压技术存在较大的风险
由于中温次高压技术提高了蒸汽参数，导致：
1）、对过热器材料要求高，管壁厚度增加，导致总投资和成本上升（约增加4000万元投资）；
2）、对过热器的腐蚀高，导致使用寿命减少，更换频率高，增加维护成本（每次更换约500万元）；
3）、导致每年维护时间无法控制，同时在运营中，必须注意监测过热器寿命，并保证在焚烧炉检修期间完成过热器的更换；
因此应注意中温次高压的运行和维护风险。
4、社会效应
垃圾焚烧发电厂是为政府提供长期稳定可靠的生活垃圾处理服务，垃圾处理的环保性和长期可靠性是作为当地政府和投资人首先考虑的问题。
如果因频繁更换过热器而影响设备正常和安全运行，将会影响市政服务的社会效益。
李坑一厂中温次高压锅炉设备简要特性
1焚烧炉主要设备和设计规范
制造厂家日本三菱
焚烧炉炉排形式三菱-马丁回转炉排
每台焚烧炉额定处理垃圾量h（520t/d）
进炉垃圾低位发热量设计值5860kJ/kg（1400kcal/kg）
不投油垃圾最低热值1000kcal/kg
炉膛出口烟气温度>850℃
锅炉年连续运行时间>8000h
热灼减率<3%
燃料种类城市生活垃圾
2余热炉主要设备和设计规范（与杭州锅炉厂合作）
制造厂家杭州锅炉厂
型号450
余热炉形式三菱单筒式,自然循环
每台余热锅炉额定蒸发量约h
过热器出口蒸汽压力
过热器出口蒸汽温度450℃（-5/+10）
汽包工作温度262℃
汽包工作压力
汽包设计压力MPa
给水温度125℃
给水压力
一次进风量54,660Nm3/h
一次风进炉温度250℃
二次进风量18,220Nm3/h
二次进风温度22℃
排烟温度200℃～230℃
过热器前烟温<915℃
锅炉出口排烟气量88,630Nm3/h
省煤器出口烟气含量:
水（重量百分比、湿）
氧（体积百分比、干）8%~12%
密度（公斤/标准立方米）
锅炉效率（清洁锅炉）80%
3燃料（生活垃圾）分析
李坑生活垃圾组分（应用基）%
水分
灰渣
可燃物
李坑垃圾设计特征（%）
C
H
O+其它成分
N
S
CI
垃圾数量（吨/天）450
低热值7,500Kj/kg
4燃用油料及油质分析
点火及助燃用油采用轻柴油.
点火用液化石油气
5主要参数
给料炉排（日本三菱）
给料液压缸数量4组/台
型式液压推杆液压缸
给料炉排总宽度9530mm
炉排行程正常运行200～300mm
最大行程1300mm
炉排前进速度40～240秒/循环
液压油缸工作压力10MPa
材料（主要零件）JISSS400（普通热轧钢结构）铬铸件
燃烧炉排
数量4列/台
型式倾斜多级往复炉排
每列炉排、炉条的台梯数13阶
每列炉条数19条
每台锅炉炉排数量988条
炉排宽度9480mm
炉排长度7170mm
炉排倾角26°
炉排面积m2
炉排燃烧速率275kg/
最大热负荷800kw/m2
平均垃圾停留时间60min
驱动方式液压驱动
炉排液压缸数量4组/台
型式液压推杆液压缸
炉排速度75～400秒/循环
炉排行程约420mm
液压油缸工作压力10Mpa
材料（主要零件）JISSS400（普通热轧钢结构）铬铸件
灰渣辊
型式三菱平炉型
数量2个
灰渣辊液压缸数量2组/台
型式液压推杆炉排
转速1～10转/分
驱动方式液压式
辊子外径约468mm
辊子长度约9640mm
材料（主要零件）JISSS400（普通热轧钢结构）铬铸件
油燃烧器:
后燃烧器有二台,左右侧各一台辅助燃烧器4台套
炉排轴承自动润滑机2台套
炉排液压站2台套
6料斗
设计参数
设计数据
1：
焚烧装置
单位
数据
料斗
长度
米
约
宽度
米
约
高度
米
约
容积
立方米
约90
垃圾给料斗在房间地板平面以上的垂直高度
米
约
料斗壁在水平方向上的倾角
度
约35
料斗钢板材料
低碳钢（SS4000或同类材料）
可更换衬板材料
S-TEN-2或同类材料
料斗钢板厚度
毫米
12
可更换衬板厚度
毫米
12
滑槽
长度
毫米
约1000
宽度
毫米
约9400
高度
毫米
约3900
焚烧炉垃圾进料槽进口在房间地板平面以上的垂直高度
毫米
约7000
垃圾滑槽在水平方向上的倾角
度
约80（78）
材料
低碳钢（SS400或同类材料）
材料厚度
毫米
12
垃圾水平测量装置类型
超声波型或传导感测型
水冷套板厚度
毫米
6
每小时焚烧吨废料时的设计最大耗水量（温度从40摄氏度升高到48摄氏度）
立方米/小时
（每个锅炉）
挡板驱动类型.
液压油缸
关于中温中压和中温次高压的实际运营状况比较
由于广州和深圳在地域、气候、垃圾组分、垃圾热值等方面都较为接近，特选取深圳平湖垃圾焚烧发电一厂（中温中压技术）2007年全年的生产运营汇总数据与李坑一厂（中温次高压技术）2007年全年的生产运营汇总数据进行对比分析：
2007年李坑一厂和深圳平湖一厂运营数据对比
序号
项目
广州李坑一厂
深圳平湖一厂
备注
1
规模
2×520T/D＋1×22MW
3×225T/D＋1×12MW
2
焚烧炉类型
机械炉排炉
机械炉排炉
3
参数级别
中温次高压
中温中压
4
设计点垃圾热值
7500KJ/kg
5650KJ/kg
5
年均垃圾热值
5800KJ/kg
5950KJ/kg
估测值
6
处理垃圾量（万吨）
7
发电量（万）
8943
8
上网电量（万）
7367
9
厂用电率（%）
10
单吨垃圾发电量（）
350
385
11
单吨垃圾上网电量（）
317
注：
1、表中的处理垃圾量为进炉垃圾量；
2、上表中两个厂的投产时间均为2005年下半年，运行周期接近；
3、深圳平湖一厂设计时的垃圾热值取点是偏低的，对后续的运营也造成了一定的影响。
分析：
1、中温次高压的效率优势在垃圾热值未能达到设计点时不能得以很好体现；
2、以李坑二厂为例，设计点的垃圾热值为6800KJ/kg，这是从整体BOT周期以及经济发展带动垃圾热值的提升，是估测8—10年后的垃圾热值为基准点，中温中压技术在现阶段垃圾整体热值不是很高的即定条件下，对垃圾热值波动性的适应能力要强于中温次高压技术；
3、李坑一厂的检修周期基本为3个月，这与国内一些采用全国产化设备的垃圾焚烧厂的运营周期基本差不多，没有显示出设备档次高起点垃圾电厂的运营周期优势（深圳南山垃圾发电厂采用的是西格斯设备，中温中压，其检修周期为5—6个月），每次检修时都对过热器及其他受热面进行全面清理，这对保护受热面是有非常大的作用的。
李坑一厂每次检修的周期基本为7天，若以此周期来衡量李坑二厂：
李坑二厂单炉处理量为750吨，一次检修为7天，一年为28天，较之一年14天的检修时间要少处理5250吨垃圾，三台炉就要少处理15750吨垃圾，且不说由此而影响的经济效益，单就社会效益而言，定会使投资方承担不小的压力。
李坑一厂由于是政府投资建设的项目，主体模式不同且总体处理量不大，其所处理的垃圾量占广州市垃圾总量的比重较小，检修周期短而影响社会效益的弊端暂时不会体现。
4、李坑一厂主蒸汽温度的运行点基本在430℃左右，未能达到设计的450℃，按照金属材质的特性，在高温腐蚀区域，管壁温度每升高一度，其高温腐蚀的速率将增加2%。
由此可见，李坑一厂目前过热器的状况较设计要理想很多，是有很多客观的因素存在的，同时其中温次高压技术的经济优势也由于受到其他因素的影响而未能完全体现，达到与所增加的设备投资相匹配的经济效益。
广州环保投资有限公司（筹）：
何徐顺
关于李坑二厂两种参数的分析比较
序号
比较项目
中温中压技术A
中温次高压技术B
备注
1
参数
，400℃
，450℃
2
电厂效率
22—25%
24—26%
3
技术可靠性
安全、可靠
安全、可靠
4
建设成本差别
0万元/初期
＋2850万元/初期
基于A增量
5
运行电耗差别
0万元/年
＋144万元/年
基于A增量
6
运行备件差别
0万元/年
＋400万元/年
基于A增量
7
运行收益差别
0万元/年
＋1300万元/年
基于A增量
BOT周期平均
8
总体经济效益
0万元/年
＋756万元/年
基于A增量
未考虑财务费用
9
过热器使用寿命
4×8000H
2×8000H
估测实际运行周期
10
经济收益分析
中温次高压技术按2年更换一次高温过热器，成本为900万（含直接成本和间接成本），2年间中温次高压比中温中压多收入1512万元，实际每年增加收入：
（1512-900）/2=306万元
分析说明：
1、中温中压技术和中温次高压技术本身在我国都是很成熟的技术；
2、中温中压和中温次高压参数的垃圾焚烧余热锅炉，主要差别是在受热面的材质，特别是过热器，一般认为蒸汽温度430℃是垃圾焚烧锅炉过热器选用材质的分界线，且两种材质的价格相差较大；
3、上表中的经济分析，尚未考虑如李坑一厂类似的运营方式，为减缓受热面的腐蚀而缩短运行周期所造成的经济损失；
4、从上表中可以看出，中温次高压技术的优势并未能很好地体现，增加的效益与初期投资的增加比率不一致，这主要是由垃圾热值达不到设计要求所引起的。
垃圾焚烧炉热值设计点的选择是着眼于长远，着眼于整个BOT周期，在项目投产前期，垃圾热值必然是无法达到设计点的要求，这也就是对中温次高压技术的效率优势不能很好体现的根本原因；
5、由于我国现有的垃圾焚烧发电设备成熟技术都集中在中温中压技术上，又有一套成熟的中温中压运行管理经验，而中温次高压技术在我国才刚起步，运行维护经验不足，使蒸汽参数提高带来的收益将低于预期。
由于中温次高压技术的设备初投资高，投资回收年限将增长，增加了投资的投资风险，降低了投资回报率；
6、截止目前全国单台处理能力最大的垃圾焚烧炉（800吨/炉.天）采用的是中温中压技术，另外，国内尚未有一个BOT形式的垃圾焚烧发电厂采用中温次高压技术，由此可见在现阶段，中温次高压的垃圾焚烧发电系统对于BOT投资人来说还是存在一定的风险的。
7、从我国目前的技术发展趋势来看，随着制造水平的提高和耐腐蚀材料的应用，以及垃圾分类收集的进一步完善，这使锅炉过热器耐腐蚀能力的进一步提高成为可能，因主蒸汽参数的提高带来的发电收益将会提高，对大容量焚烧炉尤为明显，中温次高压技术在我国大容量垃圾焚烧炉上是一个发展趋势。
但从上述分析也可以看出，目前作为BOT项目采用中温次高压技术存在较大的风险，因此建议在李坑二厂项目中还是采用成熟的中温中压技术，待我们掌握了从BWV引进的垃圾焚烧技术及烟气控制技术以及有了一定的大容量垃圾焚烧炉的运行经验后，在各项因素都齐备的基础上可以在以后的项目中采用中温次高压技术。
广州环保投资有限公司（筹）：
何徐顺
影响垃圾焚烧发电厂效率主要因素的分析
随着经济迅速发展，人民生活水平的提高，城市生活垃圾量增长迅速，我国每年以6％～8％的速度增长，预计2000年全国城市垃圾产出量将达14亿t。
因此，如何有效地对城
市生活垃圾进行净化处理，已成为人们广泛关注的问题。
用焚烧方式并回收其中能量的垃圾处理技术在近20年得到了迅速发展，美国、欧洲、日本等发达国家已开始大量应用，并产生了良好的环保效益与经济效益。
焚烧垃圾，回收能源，以实现城市生活垃圾的减容化、无害化和资源化，被认为是我国处理城市生活垃圾的一个重要方向。
城市生活垃圾焚烧发电厂由于有自己的特点，发电效率比现代化火电厂低得多，本文对其主要影响因素进行分析。
在技术上及经济上可行的情况下，提高发电效率，是垃圾发电产业的研究课题之一。
2焚烧锅炉效率的影响
在垃圾焚烧锅炉中，将垃圾中的化学能转换为蒸汽中的热能，其能量转换效率（以η1表示）即焚烧锅炉效率，比现代火电厂锅炉效率低得多。
η1＝η1a×ηlb，其中ηla为燃烧效率，即化学能转换为烟气中热能的百分比；ηlb为热能回收效率，即烟气中热能转换为蒸汽中热能的百分比。
表1列出两种电厂的比较。
造成垃圾焚烧锅炉效率偏低的原因有：
（1）城市生活垃圾的高水份、低热值；
（2）焚烧锅炉热功率相对较小，蒸发量一般为10t／h，不会超过100t／h，出于经济原因，能量回收措施有局限性；（3）垃圾焚烧后烟气中含灰尘及各种复杂成份，带来燃烧室内热回收的局限性等。
垃圾焚烧锅炉的效率还取决于焚烧方式：
炉排炉、流化床炉、热解炉等；也与辅助燃料（煤）量与垃圾处理量比值有关。
浙江大学热能工程研究所开发了城市生活垃圾异重循环流化床焚烧新技术，示范焚烧锅炉建于余杭锦江热电公司，日处理垃圾150t，经测定，焚烧锅炉效率为81．3％，燃烧效率达90％以上。
国际上应用的炉排式焚烧锅炉，其锅炉效率最高
水平为德国（80％），日本三菱公司较低（63％）［1］。
3蒸汽参数的影响
垃圾焚烧锅炉生产的蒸汽其参数偏低，原因如下：
（1）焚烧锅炉的热功率较小，在同容量的小型火电厂中也同样不会应用高压蒸汽参数；
（2）焚烧锅炉燃烧气体中含有的氯化物盐类会引起过热器的高温腐蚀。
在日本通常将焚烧锅炉的蒸汽参数设计为2．94MPa、300℃以下；在欧洲与美国，过热器管材应用低合金钢与高镍合金，蒸汽参数一般不超过4．5MPa、
450℃；国际上作为发展方向，今后向高温高压化（9．8MPa、500℃）发展。
深圳市政环卫综合处理厂［2］是我国第一家采用焚烧工艺处理城市生活垃圾并用其热能进行发电与供热的工厂，安装2台日本三菱重工炉排式焚烧锅炉，每台可供1．6MPa饱和蒸汽12t／h，后经技改后，每台可供1．4MPa、350℃过热蒸汽10．7t／h。
此工厂采用二炉一机运行方式，日处理圾300～400t，发电3000kW。
同一工厂的3号焚烧锅炉是杭州锅炉厂引进三菱重工技术制造的首台产品，垃圾处理量150t／d，生产1．5MPa、350℃过热蒸汽10．65t／h［3］。
总之，深圳市的我国第一座垃圾焚烧发电厂其蒸汽参数是偏低的，但原有2台炉经改进设计，改变过热器布置位置，使其处于烟气入口温度不太高的区域，从而过热蒸汽温度提高至350℃。
浙江大学热能工程研究所研究开发了异重循环流化床焚烧锅炉，与杭州锦江集团合作建成了余杭锦江热电公司垃圾焚烧发电厂，并在此基础上应用此技术由我院设计山东菏泽垃圾焚烧发电厂，焚烧锅炉应用合理设计的过热器，蒸汽参数是3．82MPa、450℃，比深圳炉排炉提高了很多，在国际上也属先进水平。
4汽轮机型式及其热力系统的影响
深圳市环卫综合处理厂的原设计，以处理垃圾为主，忽视了热能的回收利用，在汽轮机型式及其热力系统方面存在着多方面的不合理性：
（1）2台炉排式焚烧锅炉，每台每小时可外供1．6MPa饱和蒸汽12t，仅配一台500kW背压汽轮发电机组，连厂用电都不够；
（2）汽轮机进汽为饱和蒸汽，背压为0．03MPa，汽耗率高达17kg／kW·h，此背压机排汽不外供其它热用户，而直接进入凝汽器造成热能损失，焚烧炉生产的多余蒸汽直接被高压凝汽器凝结，损失更大；（3）热量用户少，并直接用1．6MPa新蒸汽供热。
1995年经过技改后，作出如下改进：
（1）焚烧锅炉加装过热器，过热蒸汽温度为350℃；
（2）选用与改造后锅炉参数配套的3000kW抽汽冷凝式汽轮发电机组，实现以发电为主兼顾供热的方式；（3）改造现有热力系统，避免新蒸汽直接凝结。
改造后发电3000kW，外供2100kW，发电汽耗率为6．67kg／kW·h。
我院设计的山东菏泽垃圾焚烧发电厂在汽轮机选型及热力系统方面应用中压蒸汽参数，优化热力系统，并注意机炉匹配，发电与供热协调，提 高了发电厂效率，详见表2所示。
5厂用电率的影响
垃圾焚烧发电厂由于其特殊性，厂用电率较高，约为21％～25％，其原因为：
（1）垃圾焚烧发电厂容量小、蒸汽参数低；
（2）循环流化床焚烧锅炉需要高压风机，能耗较高；（3）系统复杂，辅机数量及耗电量增加。
如垃圾需要与煤混烧，即要有输煤系统，又要有垃圾处理及运输系统；同时，因垃圾焚烧产生的烟气中有害成分较多，需要有烟气净化处理系统等，增加了辅机，并导致引风机功率增加。
现代垃圾焚烧发电厂与现代火力发电厂能量转换的比较除了表1所示的η1外，另有表3所示的η2，η3，η发，η供。
蒸汽热能转换为发电电能的效率用η2表示；发电电能转换为供电电能的效率用η3表示，η3＝1－厂用电率；发电效率η发＝η1×η2；供电效率η供＝η1×η2×η3。
（1）现代垃圾焚烧发电厂由于有其特殊性，其发电及供电效率比现代火力发电厂低得多。
（2）现代垃圾焚烧发电厂不是以追求高发电及供电效率为第一目标，但在技术及经济可
行的条件下，应尽量提高热能利用率。
（3）从表3可以看出，从化学能转换为热能的效率较高，垃圾焚烧发电厂适宜于供热。
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