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垃圾焚烧厂整体能效水平

2018年09月12日作者:来源:环境网

  从能量转换的角度来看,垃圾焚烧是一个把蕴藏在垃圾中的生物能释放出来转化成为电能的过程。而从物质转换的角度来看,垃圾焚烧则是一个把固体垃圾转化成气体和固体污染物的过程,这些污染物必须经过处理才能排放。

  为了把垃圾中的能量发掘出来用于发电,为了处理过程中产生的废弃物,就势必需要一整套设备来实现,维持这些设备的运转需要消耗能量。而能量在运输和转换的过程中也会有损耗。

  目前我国进入焚烧厂的垃圾几乎都是未经分拣的,也由于我国特殊的饮食结构,导致混合垃圾热值较低,在焚烧阶段需要添加煤或油辅燃。

  也就是说,垃圾发电本身是需要电力投入的,而且垃圾焚烧后释放的热能也并不能都转化成电能。

  那么,垃圾焚烧发电到底值不值呢?

  如何衡量?

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  2010 年 12 月 12 日,欧盟开始实行的新的 《废弃物框架指令》,其中要求生活垃圾焚烧厂的 R1> 0.6(2008年12月31日之后按照欧盟法律获得许可、目前在运行的设施的要求为 R1>0.65),才算作被可以认定为“垃圾管理优先次序原则”中所提及的“回收利用(recovery)”。[附1]

  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。[附2]

  调研与分析

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  2018年6月,《环境卫生工程》上刊载了一篇由中国城市建设研究院有限公司高级工程师吴剑主笔,分析了我国垃圾焚烧厂能效水平的文章——《我国生活垃圾焚烧发电厂的能效水平研究》。

  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 2.38×105 t/d、总装机超过4 906 MW。其中采用炉排炉焚烧厂数量为 168 座,流化床为 82 座。

  作者调研了 53 个炉排型焚烧炉与 7 座流化床型焚烧炉的基本情况,对其能源利用效率进行了分析。

  1. 用余热利用水平来衡量

  被调研的焚烧炉的整体水平如下表所示:

  总体看来,流化床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。

  炉排炉的余热利用水平普遍高于流化床。

  2. 利用欧盟的 R1 值来衡量

  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。对比结果如下所示: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。

  下图为一个处理规模 800 t/d 的炉排炉焚烧发电厂的能源网络图,可以看出,项目能源利用率为 17.33%,利用效率整体上比较低。

  能量都去哪了?

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  1. 能源转换损耗

  如 下图所示,垃圾中的生物能并不能直接转化成电能,其间需要经过蒸汽热能和机械能的转换。在转换过程中会损失大量热量,高达项目总综合能耗消费量的 82.3%. 主要损失有锅炉的损耗、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。 其中焚烧-锅炉系统的热效率一般为 78% 左右,汽轮-发电机以及凝汽器系统等损耗较大,一般热效率 40%~45%.

  2. 运行耗电

  如 前所述,焚烧厂的运行需要电。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、化学水系统、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%。

  所以,综合来看,是不是我国的垃圾焚烧厂还算不上“回收利用”呢?

  附:

  1. R1 计算公式:

  R1= (Ep-(Ef+Ei))/ (0.97×(Ew+Ef))

  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2数,修正锅炉不完全燃烧的燃料损失。

  2. 余热利用水平计算公式:

  吨垃圾发电量 = 厂总发电量/垃圾量

  吨垃圾净发电量 =(厂总发电量 - 外加燃料发电量)/垃圾量

  吨垃圾上网电量 =(厂总发电量 - 厂自用电 量)/垃圾量

  吨垃圾净上网电量 =(厂总发电量 - 外加燃料发电量 - 厂自用电量)/垃圾量

  文章来源:吴剑, 蹇瑞欢, 刘涛. 我国生活垃圾焚烧发电厂的能效水平研究 . 环境卫生工程[J].2018,26(3).39-42.


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