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我國垃圾焚燒能源利用潛力巨大,利用效率如何提升?

時(shí)間:2023-09-27 10:07

來源:中國固廢網(wǎng)

作者:李曉佳整理

全球二氧化碳排放量的持續(xù)增加,帶來了一系列的社會問題,如全球每年因空氣污染導(dǎo)致的死亡人數(shù)正在持續(xù)增多等。在這樣的背景下,提升能源利用效率已經(jīng)成為應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵。

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黃立成

2023(第十屆)上海固廢熱點(diǎn)論壇現(xiàn)場,上海康恒環(huán)境科技有限公司技術(shù)中心常務(wù)副總經(jīng)理黃立成指出,通過升級改造垃圾焚燒處理設(shè)施,提升綠色低碳發(fā)展水平,可以使垃圾焚燒發(fā)電達(dá)到能源替代、節(jié)能增效和資源再生的要求。他強(qiáng)調(diào),與歐洲國家相比,目前我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的能源利用效率還相對較低,但是潛力巨大。論壇現(xiàn)場,他也重點(diǎn)介紹了康恒環(huán)境在這方面的積極探索經(jīng)驗(yàn)。

01提升能源利用效率是應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵

目前能源利用溫室氣體占全球排放總量的比例為73.2%,從能源利用細(xì)分領(lǐng)域溫室氣體排放占比來看,工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸、建筑行業(yè)等占比相對較高。在全球能源供需緊張的背景下,可再生能源扮演著重要角色,可再生能源在全球電力供給中的作用日益重要。

提供經(jīng)濟(jì)適用的清潔能源已經(jīng)成為聯(lián)合國17個可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一。從2010年到2021年,全世界可再生能源在最終能源消費(fèi)中的占比從16%上升到了19.44%。

國際上,多個國家也發(fā)布了相應(yīng)的能源產(chǎn)業(yè)扶持政策。包括上調(diào)可再生能源發(fā)展的目標(biāo),如歐盟2021年將2030年可再生能源占一次能源的比重目標(biāo)從32%提升至40%,要求所有成員國為之努力;我國明確提出到2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上等。其次也包括一些支持或調(diào)整核能發(fā)展的規(guī)劃,如俄羅斯:計(jì)劃在2035年前新建10臺大型核電機(jī)組,將核能發(fā)電占比提高到25%;而在加快氫能產(chǎn)業(yè)布局方面,英國、德國、日本、韓國等都有發(fā)布相關(guān)的政策支持文件。

2022年6月,我國生態(tài)環(huán)境部等部門聯(lián)合印發(fā)了《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》,其中,突出協(xié)同增效,推進(jìn)固體廢物污染防治協(xié)同控制。強(qiáng)調(diào)開展產(chǎn)業(yè)園區(qū)減污降碳協(xié)同創(chuàng)新,升級改造垃圾焚燒設(shè)施,提升綠色低碳發(fā)展水平。黃立成指出,通過升級改造垃圾焚燒處理設(shè)施,提升綠色低碳發(fā)展水平,可以使垃圾焚燒發(fā)電達(dá)到能源替代、節(jié)能增效和資源再生的要求。

02垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)能源管理的現(xiàn)狀如何?

對垃圾焚燒發(fā)電廠和傳統(tǒng)火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行比較,可以看出,垃圾焚燒發(fā)電廠全廠發(fā)電效率目前在約26%,火電廠約41%。供電效率,垃圾焚燒發(fā)電廠約22%,火電廠約39%,垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目供電效率約為火電廠的56%,所以它的能源利用效率還很低。

黃立成指出,垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目能源利用率低的原因有以下幾點(diǎn):

第一,垃圾焚燒鍋爐主蒸汽參數(shù)低下,垃圾發(fā)電項(xiàng)目常規(guī)主蒸汽參數(shù)為4.0MPa,450℃到6.4MPa,485℃之間,全廠發(fā)電效率約為22.3%~26%之間。主要制約因素有三:垃圾成分復(fù)雜,煙氣腐蝕性強(qiáng);防腐材料/防腐工藝成本高昂;相對火力發(fā)電,規(guī)模小。

第二,與歐洲相比,我國垃圾焚燒廠多為單純發(fā)電模式,熱量利用不充分。黃立成表示,國內(nèi)垃圾焚燒廠能效較歐洲還有較大差距,存在巨大提升空間。據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析,歐洲熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒廠能效較純發(fā)電與純供熱焚燒廠高,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中熱電聯(lián)產(chǎn)焚燒廠平均全廠能效R1可達(dá)0.76,而我國大型垃圾焚燒廠平均全廠能效R1約0.58,存在巨大提升空間。

03垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)如何提升能源管理效率?

以國內(nèi)某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例,全廠發(fā)電效率約26%,凝氣損失占比約48.7%,排煙損失占比約14.7%,鍋爐等其他損失,如機(jī)械未燃燒、化學(xué)未燃燒以及散熱損失等占比為5.6%。黃立成認(rèn)為,提高發(fā)電能效、降低凝汽損失和排煙損失是提高能源利用效率的關(guān)鍵。

國際上已經(jīng)有很多垃圾焚燒行業(yè)的高效率電廠熱力系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。

如在提高蒸汽參數(shù)方面,意大利Naples,采用9MPa/500°C,全廠熱效率達(dá)到30.2%;在再熱循環(huán)系統(tǒng)方面,荷蘭阿姆斯特丹AEB,采用13MPa/440°C,采用汽包飽和蒸汽將高壓缸排汽再熱到330°C,全廠熱效率達(dá)到30%以上。此外,在熱電聯(lián)產(chǎn)及外部熱源組合式高效垃圾發(fā)電工藝方面,國際上也有很多嘗試和經(jīng)驗(yàn)積累。

基于此,黃立成介紹,康恒在提升能效上也積極采取了多種措施:一是高參數(shù)再熱,已經(jīng)得到了應(yīng)用;二是正在實(shí)施的煙氣余熱利用系統(tǒng);三是實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)助力全廠能效提升。

高參數(shù)再熱發(fā)電技術(shù)能提升全廠能效,但面臨高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)。如參數(shù)提高后,鍋爐高溫腐蝕,對于防腐蝕工藝、材料提出了更高的要求。而壓力提高之后會導(dǎo)致汽機(jī)排汽干度降低,汽機(jī)末級葉片水蝕風(fēng)險(xiǎn)增加。

針對這些技術(shù)挑戰(zhàn),康恒環(huán)境做了很多實(shí)踐探索。

應(yīng)對鍋爐高溫腐蝕,康恒通過大數(shù)據(jù)模型的建立,來找尋解決辦法。通過分析40多個焚燒廠運(yùn)行早期至運(yùn)行末期的運(yùn)行數(shù)據(jù),確定余熱鍋爐在一個運(yùn)行周期中運(yùn)行狀態(tài),并通過記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù),反向校核鍋爐的熱力計(jì)算模型,達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)算鍋爐運(yùn)行各熱力計(jì)算參數(shù);通過腐蝕曲線和壁溫計(jì)算手段,評判過熱器不同部位的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。最終實(shí)現(xiàn)主蒸汽參數(shù)提高后,鍋爐各受熱面的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)可控。

應(yīng)對汽機(jī)末級葉片水蝕,康恒實(shí)踐中,采用爐外除濕再熱技術(shù)有效解決水蝕問題,提高全廠發(fā)電效率。通過高壓缸抽汽加熱高壓缸排汽,使其除濕再熱后進(jìn)入低壓缸做功。這個系統(tǒng)的優(yōu)勢在于,控制方便:汽機(jī)抽汽再熱,系統(tǒng)簡單;配置靈活:可實(shí)現(xiàn)多機(jī)母管制運(yùn)行。設(shè)備優(yōu)勢也很明顯,汽機(jī)水蝕?。撼凉裨贌?,大大降低末級葉片濕度;鍋爐腐蝕小:主蒸汽溫度低,過熱器腐蝕??;再熱方式成熟:借鑒核電成熟的MSR除濕再熱工藝。

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編輯:李丹

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