Vol . 32No . 3Heilongjiang Electric Power June . 2010垃圾焚烧发电厂余热锅炉蒸汽参数的比较研究陈善平 , 秦峰 , 孙向军 , 彭小军 , 刘开成 , 周洪权 , 朱加龙(上海环境卫生工程设计院 , 上海 200232摘要 :垃圾焚烧发电厂锅炉蒸汽参数的选择直接影响到汽轮机的发电效率、焚烧厂的经济收益、焚烧电厂运营的稳定性和安全性。
根据中国 2座分别采用中参数和高参数垃圾焚烧发电厂的运行经验和数据 , 参考国外垃圾焚烧发电厂的实际运行数据 , 对采用这两种参数的余热锅炉在设备投资、经济效益和运营维护方面进行了比较研究。
关键词 :中温中压 ; 中温次高压 ; 高温腐蚀 ; 管壁温度中图分类号 :TK11+5文献标识码 :A文章编号 :1002-1663(2010 03-0204-05Co m para ti ve study on wa ste hea t bo iler steam param eter ofgarbage burn i n g tCHEN Shanp ing, Q J ial ongon Design I nstitute, Shanghai 200232, ChinaAbstract:The of stea m para meter of garbage burning po wer p lant directly affects generating efficien 2cy of turbine, econo m ic benefit of p lant and stability and security of operati on . I n accordance with the experience and data fr om t w o garbage burning power p lants adop ting mediu m para meter and high para meter res pectively and operati onal data fr om foreign garbage burning power p lants, this paper makes a comparativestudy on equi pment in 2vest m ent, econom ic benefit, operati on and maintenance of the waste heat boilers adop ting these t w o types of para m 2eter .Key words:mediu m te mperature and mediu m p ressure; mediu m te mperature and high p ressure; high te mperature corr osi on; p i pe surface te mperature收稿日期 :2010-03-22作者简介 :陈善平 (1972- , 男 , 1996年毕业于中国纺织大学 , 高级工程师 , 从事生活垃圾处理处置与资源化研究。
垃圾焚烧发电厂余热锅炉主蒸汽参数的确定涉及很多方面因素 , 既要关注整个焚烧厂的经济效益 , 也要考虑到焚烧厂的运营稳定性和安全性。
美国在 20世纪 90年代之前多数采用中温中压参数 , 此后为了满足某些工业用户对较高蒸汽参数的需求 , 着重采用中温次高压参数。
日本的垃圾焚烧发电厂目前基本上都采用中温中压参数 , 正在尝试中温次高压参数。
东南亚国家则基本上都采用中温中压参数。
中国已建或在建的垃圾焚烧发电厂基本都采用中温中压参数 , 只有广州李坑垃圾焚烧厂采用高参数余热锅炉 (杭州锅炉厂制造 , 蒸汽参数为 450℃、 6. 4MPa [2]。
目前 , 余热锅炉主蒸汽参数主要有两种 :中温中压参数 (温度 400℃、压力 4. 0MPa (以下简称“ 中参数” 和中温次高压参数 (温度 450℃、压力6. 4MPa (以下简称“ 高参数”[1]。
所以 , 为了切合实际地使用这两种参数余热锅炉 , 在此对其设备投资、经济效益和运营维护方面进行了比较研究。
1设备投资比较1. 1锅炉材质选择余热锅炉主蒸汽采用高参数需考虑以下方面 :a . 由于提高了主蒸汽压力 , 锅炉受压面管道壁需要加厚 , 锅炉的质量会有一定的增加。
b . 由于提高了主蒸汽温度 50℃ , 过热器受热面需要增加。
—402—第 32卷第 3期黑龙江电力2010年 6月表 1不同蒸汽参数锅炉材质比较序号项目400℃、 4. 0MPa 材质类型质量 /(t ・台-1450℃、 6. 4MPa材质类型质量 /(t ・台-11锅筒材料 16Mng 40材料 19Mn6602水冷壁、省煤器、上升下降管等高压锅炉管20G 380高压锅炉管 20G4103低温、中温过热器高压锅炉管 20G 80高压锅炉管 20G 和 15Cr M oG1204高温过热器低合金钢 15Cr M oG40TP310S405非受压件 (钢架、平台扶梯、护板、吊挂、灰斗等碳素结构钢950碳素结构钢970c . 由于提高了过热器温度 , 高温过热器材质的防腐蚀等级需要提升 , 防止过热器高温腐蚀。
通常中参数余热锅炉高温过热器只需要采用低合金钢即可。
如果余热锅炉高温过热器采用高参数 , 为了防止腐蚀 , 宜采用奥氏体不锈钢 (如 TP310S 钢材。
这种钢材价格一般为低合金钢的 7倍左右 ; 同时奥氏体不锈钢可焊性稍差 , 大 , 制造成本提高。
表 1较 (为例。
1. 2设备投资根据 1. 1及相应的管路系统 , 对两种参数的余热利用系统设备投资进行了测算 , 如表 2所示。
表 3中参数、高参数发电量计算比较参数额定进汽量进汽焓给水焓额定负荷发电热耗/(t ・ h -1 /(kJ ・ kg -1/(kJ ・ kg -1/MW /(kJ ・ k W-1中参数 (4. 0MPa 、 400℃ 83. 932195391815234高参数 (6. 4MPa 、 450℃76. 533005391814310表 2不同蒸汽参数余热利用系统设备投资比较万元序号名称中参数高参数差价1余热锅炉单台锅炉价格225028806304台锅炉总价 90001152025202汽轮机单台汽轮机价格 14201570150汽轮机总价 (2台284031403003锅炉汽机设备费合计 118401466028204安装费 (设备费 8% 94711732265第二部分费用 (设备安装 10% 127915833056锅炉汽机总投资14066174163350由表 2可见 , 在垃圾热值和垃圾处理量相同的情况下 (以处理能力 4×750t/d 、配 4台余热锅炉、 2台汽轮机的垃圾焚烧发电厂为例 , 高参数余热锅炉比中参数锅炉的造价提高约 28%。
由于高参数锅炉总质量的增加 , 引起管道、安装等其它费用也相应提高 , 高参数余热锅炉余热利用系统的设备总投资比中参数的高 3350万元。
2 , 垃圾焚烧发 , 发电效率越高。
表 3是高参数余热锅炉和中参数的发电效率比较数据 (以单台炉日处理量 750t 、垃圾热值 7120kJ /kg 为例。
假定中参数余热锅炉效率和高参数的相同 , 均为 82%。
发电热耗 =进汽量 ×(进汽焓 -给水焓 /锅炉效率 /额定负荷。
中参数发电热耗 =83. 9×(3219-539 /82%/18=15234kJ /kW 。
高参数发电热耗 =76. 5×(3300-539 /82%/18=14310kJ /kW 。
高参数余热锅炉比中参数的发电量增加 =(15234-14310 /15234=6. 07%。
若中参数锅炉的全厂发电效率按 21%计算 , 采用高参数余热锅炉的全厂发电效率将提高 1. 27%(6. 07%×21% 。
与中参数余热锅炉效率比较 , 高参数余热锅炉效率可增加 6%~7%的发电量。
2. 2案例分析为掌握两种参数条件下的实际发电量差异 , 对—502—Vol . 32No . 3Heilongjiang Electric Power June . 2010垃圾处理量相近的两座垃圾焚烧发电厂— A 厂 (中温次高压参数 , 规模2×520t/d 、 B 厂 (中温中压参数 , 规模 2×500t/d 进行调研 , 并取得了相关运营数据 , 详细情况见表 4。
表 4 A 厂、 B 厂的发电量比较项目 A 厂 B 厂锅炉效率 /%8282年锅炉蒸发量 /(t ・ a -1 622430835200过热蒸汽的焓 /(kJ ・ kg -1 32953213给水焓 /(kJ ・ kg -1 525. 04538. 88年发电量 /(k W ・ h -1 115528000140825000年进炉垃圾量 /t 317859490300吨进炉垃圾发电量/(k W ・ h ・ t -1363287进炉垃圾热值 /(kJ ・ kg -1 62295241发电效率 /%20. 9819. 71表 4数据表明 , A 厂的全厂发电效率比 B 高 1. 27%。
A 厂的吨垃圾发电量 h /t 比 B (/t(B 厂 (5241 kJ /kg 。
若 B A 厂相同 , 则 B 厂的吨进炉垃圾发电量约 341k W ・h /t, A 厂较 B 厂的吨进炉垃圾发电量增加 6. 46%, 按中参数余热锅炉发电效率 20%计算 , 得到 A 厂较 B 厂的全厂发电效率提高约 1. 3%。
综合分析 , A 厂与同容量的中参数垃圾焚烧发电厂相比 , 发电量增加约 6. 9%。
3运营和维护比较3. 1锅炉腐蚀机理垃圾焚烧过程中产生的烟气含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和灰分 , 会对余热锅炉系统中的各换热部件产生严重腐蚀。
如锅炉采用中温次高压参数 , 会使余热锅炉各受热面壁温升高 , 这样将进一步加剧余热锅炉受热面的腐蚀 , 缩短设备的使用寿命 , 增加处理成本。
因此 , 高参数余热锅炉的维护成本和运行风险比中参数的大。
垃圾焚烧发电厂受热面的腐蚀主要包括 :过热器管、水冷壁管高温腐蚀和省煤器低温腐蚀等。
图 1为腐蚀与温度关系图。
由图 1可见 , 腐蚀速度与受热面管子壁温有很大关系。
在高温腐蚀区 , 管壁温度超过 300℃后 , 腐蚀速度增加很快。
国内外垃圾焚烧发电厂运行经验表明 , 余热锅炉容易发生严重腐蚀 , 导致受热面管子损坏的区域有以下 4处 :a . 炉膛内耐火墙砖与光管过渡区域 ; b. 通道转弯处 ; c . 过热器区域 ; d . 省煤器尾部。