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生活垃圾焚烧发电厂发电量变化趋势分析
 
 


2021第七届中国(北京)国际垃圾焚烧发电产业展览会于2021年4月22-24日在北京亦创国际会展中心隆重举办!展会全面展示垃圾焚烧发电设备新产品。加强垃圾焚烧发电技术经验交流,寻求解决技术难点与对策,探讨行业热点问题。


生活垃圾焚烧发电厂发电量变化趋势分析



2021垃圾发电展】本文以部分有代表性的炉排炉焚烧发电厂为研究对象,对比分析了地理位置、运营年限及焚烧炉容量等因素对焚烧炉吨垃圾发电量变化的影响,并对垃圾焚烧炉的清洁高效运行提出了建议。

2 研究对象及研究方法

2.1 研究对象

本文选取已投产的92 座炉排炉垃圾焚烧厂为研究对象,约占总投产焚烧炉数量的25%。如图2所示,研究样本主要分布在经济发达地区,如四川、江苏、山东、广东、上海、天津、北京、浙江等,同时在地理分布上实现了东、南、西、北全覆盖。焚烧厂投产年份从2003 年到2018 年,垃圾处理量范围为450~3 000 t/d,单台焚烧炉垃圾处理量范围为150~750 t/d。焚烧炉蒸汽参数范围为400~450 ℃、4.0~6.3 MPa。

2.2 研究方法

由于进入焚烧厂的生活垃圾会在垃圾仓发酵后再投入焚烧炉,因此笔者重点分析了入炉吨垃圾发电量的变化规律。同时为避免季节变化对垃圾成分和热值的影响,采用城市生活垃圾焚烧厂年平均运营数据进行分析,包括年进厂垃圾量、年进炉垃圾量、年平均渗滤液产率、年发电量、入炉吨垃圾发电量等数据。其中年平均渗滤液产率L 通过年进厂垃圾量M 和年进炉垃圾量m 计算获得,如式(1) 所示。入炉吨垃圾发电量e 通过年发电量E 和年进炉垃圾量m 计算获得,如式(2) 所示。

L=(M-m)/M (1)

e=E/m (2)

3 焚烧厂年平均发电量变化规律

垃圾焚烧产生的蒸汽主要用于发电和供热,提高吨垃圾发电量对于提高垃圾焚烧厂经济效益和垃圾资源化利用具有重要意义。图3 为不同地区垃圾焚烧厂入炉吨垃圾发电量年平均数据,由图可知不同地区入炉吨垃圾发电量分布范围为366~467 kWh/t,地区之间的差异明显,最大值和最小值相差约100 kWh/t。其中,东南沿海地区吨垃圾发电量较高,如广东、浙江、上海、江苏;而东北地区垃圾发电量均较低,辽宁吨垃圾发电量最低为366 kWh/t;这是因为东南沿海地区经济更为发达,垃圾热值更高,吨垃圾发电量升高。

对比发现,北方地区吨垃圾发电量低于南方地区,东西部经济发达地区吨垃圾发电量无明显差异。

3.1 吨垃圾发电量与运营时间的关系

如图4 所示,上海、广州、深圳、北京等地不同焚烧厂吨垃圾发电量随着运营时间增加均呈上升趋势,而垃圾渗滤液产率则逐年下降。随着经济发展,居民生活水平逐年提高,生活垃圾中厨余含量呈下降趋势,纸类和塑料含量呈上升趋势,而厨余含水率高,因而垃圾中渗滤液产率呈下降趋势。随着垃圾渗滤液产率近年来逐渐下降,吨垃圾热值升高,垃圾焚烧厂处理相同质量垃圾获得热量更多,生产更多电能,因而吨垃圾发电量升高。图4 中4 座垃圾焚烧厂吨垃圾发电量上升趋势均与渗滤液产率下降趋势呈现很好的相关性,说明垃圾渗滤液产率是影响焚烧厂吨垃圾发电量的关键因素。同时图4 中4 个不同城市焚烧厂渗滤液数据亦有较大差异,A 焚烧厂垃圾渗滤液产率最高,B 焚烧厂垃圾渗滤液产率最低。这是因为A 焚烧厂垃圾组分中厨余比例为61.66%,而B 焚烧厂垃圾组分中厨余比例只有37.76%。由图4 (a) 和图4 (b) 数据对比也再次证实了上述分析,A 焚烧厂垃圾渗滤液产率明显高于B 焚烧厂,因此其吨垃圾发电量也更低。

3.2 吨垃圾发电量与地理区域的关系

南北方、东西部不同省份吨垃圾发电量分布规律如图5~ 图6 所示。对比图5 (a) 和图5 (b)数据可知,南方省份垃圾焚烧发电厂吨垃圾发电量明显高于北方省份垃圾焚烧发电厂数据,但大部分南方省份垃圾渗滤液产率(除广东外) 并未明显低于北方省份,说明还有其他因素影响吨垃圾发电量的变化。图6 东西部省份吨垃圾发电量分布规律亦表明了吨垃圾发电量和渗滤液产率的关联性。

由图5 (a) 不同省份数据对比发现,珠三角(广东) 和长三角(上海、浙江、江苏) 地区吨垃圾发电量最高,这是因为这些地区经济更为发达,垃圾中纸类和塑料含量会上升[6,9 ],垃圾热值更高。图5 (b) 北方省份数据表明,更靠近北方的辽宁、天津渗滤液产率低,吨垃圾发电量也低。这是因为北方冬季取暖期间垃圾中渣土含量高,降低了垃圾热值;同时在冬季低温下,垃圾仓发酵温度低,一部分渗滤液未析出,入炉垃圾含水量高,吨垃圾热值降低,吨垃圾发电量下降。

由于本文中西部焚烧厂主要建在武汉、成都等经济较发达地区,其垃圾渗滤液产率与东部长三角发达地区无明显差异,吨发电量亦接近。

3.3 吨垃圾发电量与焚烧炉容量的关系

随着城市生活垃圾处理量日益增多,垃圾焚烧厂焚烧炉单炉容量近年来逐渐增大,焚烧炉容量的改变对锅炉热效率有重要影响,进而影响吨垃圾发电量。为减少不同地域垃圾组分差异对吨垃圾发电量的影响,图7 对同一省份内不同容量的焚烧炉进行了吨垃圾发电量的比较分析。

如图7 (a) 所示,江苏省8 座焚烧厂数据表明,随着焚烧炉单炉容量从300 t/d 增大到750 t/d 后,吨垃圾发电量亦从340 kWh/t 升高到501 kWh/t,吨垃圾发电量与焚烧炉单炉容量呈正相关性。不同容量工业锅炉热效率测试结果表明,吨位越大,锅炉热效率越高、热损失越小。因而增大焚烧炉容量可以提高锅炉热效率,进而提升吨垃圾发电量。对比图7 (a) 中相同容量焚烧炉的吨垃圾发电量数据发现,相同单炉容量的焚烧厂之间吨垃圾发电量亦存在差异。如江苏B 厂、江苏C 厂、江苏D 厂,3 个焚烧厂单台焚烧炉容量均为500 t/d,但吨垃圾发电量分别为501、485、455 kWh/t。特别是江苏B 厂和江苏C 厂的垃圾来自同一个城市,垃圾成分几乎无差异,这说明吨垃圾发电量的变化除了受到垃圾成分和焚烧炉容量影响外,还与其他因素有关,例如焚烧炉设计制造和运营管理水平。



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