我国生活垃圾焚烧发电厂的能效水平比较

2019-05-16 04:08:32    来源:北极星环保网

摘要:采用欧盟垃圾焚烧发电厂能效计算方法和我国目前常用的能源计算方法,对生活垃圾焚烧发电厂的能效进行了计算.结果表明:目前我国生活垃圾焚烧发电厂项目能源利用水平比较低,项目能源利用率平均约为21%.对比炉排炉与流化床的吨垃圾净发电量与净上网电量,发现炉排炉的余热利用水平普遍高于流化床.不同地区、不同规模、不同炉型的垃圾焚烧发电厂,吨垃圾发电量存在明显差异.同时也表明,我国生活垃圾焚烧发电能效还有进一步的提升空间。

1垃圾焚烧发电厂能效计算方法

1.1欧盟垃圾焚烧发电厂能效计算方法

欧盟所有成员国从2010年12月12日开始实行的新的绞弃物框架指令》标志着垃圾从一种不被需要的负担转变为一种有价值的资源。该指令提出直观的“垃圾管理五层倒金字塔”原则,指导成员国按照5层优先顺序制定各自的政策法规。即:①避免和减少垃圾的产生(prevention);②垃圾直接利用(reuse);③循环利用(recycle);④回收利用(recovery)包括能源等利用方法;⑤处置(disposal)如填埋等作为最后使用的手段。

在应用垃圾管理倒金字塔时,欧盟成员国应当在产品和服务的整个生命周期中鼓励使用那些能产生最佳环境影响的技术与措施。将垃圾再加工成为新产品可以最有效地利用垃圾中的资源,当垃圾回收不是环境友好的选择时,或者技术或经济上不可行时,应当利用垃圾产生能源,并通过R,公式激励措施,鼓励生活垃圾焚烧厂为企业或者家庭提供能源。如果生活垃圾焚烧厂的能效达到或者超过该公式临界值的,可以认定为“垃圾管理五层倒金字塔”所提及的“回收利用(re—covery)”。

指令中的R1,公式表示为

式中:Ep表示每年产生的热能或者电能,在计算时,电能乘以系数2.6,商业供热乘以系数1.1,GJ/a;Ef表示燃料输入到热力系统的热量,GJ/a;Ew表示废弃物输入到热力系统的净热量,GJ/a;Ei表示除Ef和Ew之外的年输入热量,GJ/a;0.97是一个无量纲系数,修正锅炉不完全燃烧的燃料损失。

1.2我国垃圾焚烧发电厂能效计算方法

我国对于垃圾焚烧发电厂能效计算通常用焚烧厂余热利用水平来反映,一般由吨垃圾发电量、吨垃圾净发电量、吨垃圾上网电量与吨垃圾净上网电量4个指标表征,即:

吨垃圾发电量=厂总发电量/垃圾量(2)

吨垃圾净发电量=(厂总发电量一外加燃料发电量)/垃圾量(3)

吨垃圾上网电量=(厂总发电量一厂自用电量)/垃圾量(4)

吨垃圾净上网电量=(厂总发电量一外加燃料发电量一厂自用电量)/垃圾量(5)

2垃圾焚烧发电厂能效概况

2.1欧盟垃圾焚烧发电厂能效分析

2.1.1能量回收的类型

在被调查的314家垃圾焚烧发电厂中,单纯发电的焚烧厂有83家,单纯供热的焚烧厂有47家,而热电联产的有184家。

单纯发电的83家焚烧厂,R1的平均因子约为0.55,R1≥0.6的只有31家,合格比例约为37.3%:

单纯供热的47家垃圾焚烧电厂,R1的平均因子约为0.64,R1≥0.6的只有32家,合格比例约为68.1%:

热电联产的184家垃圾焚烧电厂,R1的平均因子约为0.76,R1≥0.6的只有142家,合格比例约为77.2%。

2.1.2焚烧电厂的规模

规模G<300t/d的118家焚烧厂,R1的平均因子约为0.63,R1≥0.6的只有59家,合格比例约为50%;

规模300t/d≤G<750 t/d的124家焚烧厂,R1的平均因子约为0.70,R1≥0.6的只有85家,合格比例约为68.5%;

规模G≥750t/d的72家焚烧厂,R1的平均因子约为0.77,R1≥0.6的只有62家,合格比例约为86.1%。

2.2我国垃圾焚烧发电厂能效分析

截止到2016年12月底,我国建成并投入运行的生活垃圾焚烧发电厂250座、总处理能力达2.38×105t/d、总装机超过4906Mw。其中采用炉排炉焚烧厂数量超过采用流化床炉的焚烧厂数量,类型统计分析如表1所示。

对我国目前的2种主流焚烧技术,调研了53个炉排型焚烧炉与7座流化床型焚烧炉的基本情况,2种焚烧处理技术指标的对比分析如表2所示。

调研炉排炉焚烧厂分析可知:吨垃圾发电量为228~380 kWh/t,吨垃圾净发电量225~379kWh/t;吨垃圾上网电量164~311kWh/t;吨垃圾净上网电量161~310kWh/t。吨垃圾发电量与吨垃圾净发电量,吨垃圾上网电量与吨垃圾净上网电量差别不大。

调研流化床焚烧厂表明:吨垃圾发电量180~344kWh/t,吨垃圾上网电量133~272kWh/t;扣除厂自用电后,吨垃圾净发电量为59~196kWh/t,吨垃圾净上网电量0~133kWh/t。总体看来,吨垃圾发电量与吨垃圾净发电量,吨垃圾上网电量与吨垃圾净上网电量差别较大。

对比炉排炉与流化床的吨垃圾净发电量与净上网电量可以看出,炉排炉的余热利用水平普遍高于流化床。

从统计结果来看,53座炉排型焚烧厂除1厂用于对外供热为主外均用于发电,平均吨垃圾发电量326.5kWh/t,最低143.1kWh/t,最高442.46kWhA,尚有整体提高空问。自用电率为16%~18%。按每kWh电耗335g煤计算,相当于年节煤约1.8392×106t。各厂运行状态基本稳定。造成不同厂较大发电差别的原因,除不同焚烧厂服务区的垃圾热值差异外,还与设施建设水平与运行管理水平有关。

不同规模、不同炉型的垃圾焚烧发电厂,吨垃圾发电量存在明显差异。

按照欧盟指令的R1公式,在被调查的60个焚烧厂中,选取26个各参数资料齐全的炉排炉焚烧发电厂进行计算,这26个焚烧厂均是纯发电进行余热回收。结果表明:处理规模G≥1000t/d的R1值平均为0.58(16个焚烧厂),处理规模G<750t/d的R1值平均为0.42(4个焚烧厂),处理规模750t/d≤G<1000t/d的R1值平均为0.45(6个焚烧厂),这26家总的R1能效平均值为0.51。相比欧盟焚烧厂的能效水平,我国焚烧厂的整体能效水平偏低。

3我国典型垃圾焚烧发电厂能耗分布

以处理规模800t/d的炉排炉焚烧发电厂为例,根据按照GB/T3484--2009企业能量平衡通则要求编制的能源网络图发现,项目主要能量损失在能源转换这部分,即项目垃圾焚烧化学能转换成电能的过程,该过程经历垃圾焚烧生物质能转换成化学能,再由化学能转换成蒸汽热能,蒸汽热能转换成汽轮机的机械能,最后由机械能带动发电机转子转换成电能的过程,损失量为标准煤48244.85t/a,占项目总综合能耗消费量的82.3%,如图1所示,其主要损失包括锅炉的损耗、汽轮机的损耗、排汽的损耗、发电机的损耗、管道系统的损耗、设备耗电等。该部分存在节能空间大,需加强在这区域的节能管理。

项目在输送配送方面,损失标准煤约219.92t/a,主要损失包括线损、网损及配送电设备的电力损耗;从图1可以看出,项目能源利用率为17.33%,利用效率整体上比较低,焚烧厂需加强节能管理建设,及时发现项目中存在的节能薄弱环节或可重点节能环节,并做出可行方案,予以实施。

在能源加工转化环节,主要能耗为焚烧炉一锅炉的损耗、汽轮机的损耗、排汽的损耗、发电机的损耗、管道系统的损耗、设备耗电等。

焚烧炉一锅炉系统的热效率一般为78%左右,汽轮一发电机以及凝汽器系统等损耗较大,一般热效率40%~45%;焚烧厂设备用电主要为水泵、风机、空压机等。

在垃圾接收系统、燃烧系统、烟气净化系统、余热发电系统、炉渣及飞灰输送系统、给排水设备系统、暖通设备系统、空气压缩机系统、化学水系、辅助燃油系统以及厂区电力损耗这11个系统或部分中,燃烧系统、烟气净化系统、余热发电系统和给排水设备系统这4个部分的用电量占整个厂用电的比例为78.14%,而这几个系统中的主要耗电设备如表3所示。

4我国垃圾焚烧发电厂能效提升方向

1)从能效的角度评价,采用炉排炉焚烧垃圾的处理效率高于流化床处理方式,强制通风塔改为自然通风冷却塔,部分烟气再循环。

2)开发基于垃圾焚烧过程中的燃烧稳定性、垃圾电厂运行的经济性与环保性的多目标评价监测、控制体系,借助专业的第三方咨询、检测机构,根据全厂能量平衡,找出重点用能环节,分析各系统的主要用能设备及参数,对全厂耗能进行分析,从而形成针对性的能效诊断报告。

3)参照其他行业的对标管理方法,结合垃圾焚烧行业的发展特点,建立符合垃圾焚烧电厂特点的对标体系,得出切实可行的标杆,用行业力量和预期引导企业根据标杆找差距、找原因、找办法,建立更为规范的运营管理制度。

5结论

1)目前我国生活垃圾焚烧发电厂项目能源利用水平比较低,项目能源利用率平均约为21%。

2)对比炉排炉与流化床的吨垃圾净发电量与净上网电量可以看出,炉排炉的余热利用水平普遍高于流化床。

3)不同地区、不同规模、不同炉型的垃圾焚烧发电厂,吨垃圾发电量存在明显差异。

4)企业需加强节能管理建设,建议各生活垃圾焚烧发电厂进行用能分析,及时发现项目中存在的节能薄弱环节或可重点节能环节,进一步优化节能措施,提高经济效益。

来源: 《环境卫生工程》 作者:吴剑 蹇瑞欢 刘涛

返回顶部