摘要： 采用歐盟垃圾焚燒發(fā)電廠能效計(jì)算方法和我國目前常用的能源計(jì)算方法,對(duì)生活垃圾焚燒發(fā)電廠的能效進(jìn)行了計(jì)算.結(jié)果表明:目前我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目能源利用水平比較低,項(xiàng)目能源利用率平均約為21%.對(duì)比爐排爐與流化床的噸垃圾凈發(fā)電量與凈上網(wǎng)電量,發(fā)現(xiàn)爐排爐的余熱利用水平普遍高于流化床.不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同爐型的垃圾焚燒發(fā)電廠,噸垃圾發(fā)電量存在明顯差異.同時(shí)也表明,我國生活垃圾焚燒發(fā)電能效還有進(jìn)一步的提升空間。
1垃圾焚燒發(fā)電廠能效計(jì)算方法
1.1歐盟垃圾焚燒發(fā)電廠能效計(jì)算方法
歐盟所有成員國從2010年12月12日開始實(shí)行的新的絞棄物框架指令》標(biāo)志著垃圾從一種不被需要的負(fù)擔(dān)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N有價(jià)值的資源。該指令提出直觀的“垃圾管理五層倒金字塔”原則，指導(dǎo)成員國按照5層優(yōu)先順序制定各自的政策法規(guī)。即：①避免和減少垃圾的產(chǎn)生(prevention);②垃圾直接利用(reuse);③循環(huán)利用(recycle);④回收利用(recovery)包括能源等利用方法;⑤處置(disposal)如填埋等作為最后使用的手段。
在應(yīng)用垃圾管理倒金字塔時(shí)，歐盟成員國應(yīng)當(dāng)在產(chǎn)品和服務(wù)的整個(gè)生命周期中鼓勵(lì)使用那些能產(chǎn)生最佳環(huán)境影響的技術(shù)與措施。將垃圾再加工成為新產(chǎn)品可以最有效地利用垃圾中的資源，當(dāng)垃圾回收不是環(huán)境友好的選擇時(shí)，或者技術(shù)或經(jīng)濟(jì)上不可行時(shí)，應(yīng)當(dāng)利用垃圾產(chǎn)生能源，并通過R，公式激勵(lì)措施，鼓勵(lì)生活垃圾焚燒廠為企業(yè)或者家庭提供能源。如果生活垃圾焚燒廠的能效達(dá)到或者超過該公式臨界值的，可以認(rèn)定為“垃圾管理五層倒金字塔”所提及的“回收利用(re—covery)”。
指令中的R1，公式表示為
式中：Ep表示每年產(chǎn)生的熱能或者電能，在計(jì)算時(shí)，電能乘以系數(shù)2.6，商業(yè)供熱乘以系數(shù)1.1，GJ/a;Ef表示燃料輸入到熱力系統(tǒng)的熱量，GJ/a;Ew表示廢棄物輸入到熱力系統(tǒng)的凈熱量，GJ/a;Ei表示除Ef和Ew之外的年輸入熱量，GJ/a;0.97是一個(gè)無量綱系數(shù)，修正鍋爐不完全燃燒的燃料損失。
1.2我國垃圾焚燒發(fā)電廠能效計(jì)算方法
我國對(duì)于垃圾焚燒發(fā)電廠能效計(jì)算通常用焚燒廠余熱利用水平來反映，一般由噸垃圾發(fā)電量、噸垃圾凈發(fā)電量、噸垃圾上網(wǎng)電量與噸垃圾凈上網(wǎng)電量4個(gè)指標(biāo)表征，即：
噸垃圾發(fā)電量=廠總發(fā)電量/垃圾量(2)
噸垃圾凈發(fā)電量=(廠總發(fā)電量一外加燃料發(fā)電量)/垃圾量(3)
噸垃圾上網(wǎng)電量=(廠總發(fā)電量一廠自用電量)/垃圾量(4)
噸垃圾凈上網(wǎng)電量=(廠總發(fā)電量一外加燃料發(fā)電量一廠自用電量)/垃圾量(5)
2垃圾焚燒發(fā)電廠能效概況
2.1歐盟垃圾焚燒發(fā)電廠能效分析
2.1.1能量回收的類型
在被調(diào)查的314家垃圾焚燒發(fā)電廠中，單純發(fā)電的焚燒廠有83家，單純供熱的焚燒廠有47家，而熱電聯(lián)產(chǎn)的有184家。
單純發(fā)電的83家焚燒廠，R1的平均因子約為0.55，R1≥0.6的只有31家，合格比例約為37.3%：
單純供熱的47家垃圾焚燒電廠，R1的平均因子約為0.64，R1≥0.6的只有32家，合格比例約為68.1%：
熱電聯(lián)產(chǎn)的184家垃圾焚燒電廠，R1的平均因子約為0.76，R1≥0.6的只有142家，合格比例約為77.2%。
2.1.2焚燒電廠的規(guī)模
規(guī)模G<300t/d的118家焚燒廠，R1的平均因子約為0.63，R1≥0.6的只有59家，合格比例約為50%;
規(guī)模300t/d≤G<750 t/d的124家焚燒廠，R1的平均因子約為0.70，R1≥0.6的只有85家，合格比例約為68.5%;
規(guī)模G≥750t/d的72家焚燒廠，R1的平均因子約為0.77，R1≥0.6的只有62家，合格比例約為86.1%。
2.2我國垃圾焚燒發(fā)電廠能效分析
截止到2016年12月底，我國建成并投入運(yùn)行的生活垃圾焚燒發(fā)電廠250座、總處理能力達(dá)2.38×105t/d、總裝機(jī)超過4906Mw。其中采用爐排爐焚燒廠數(shù)量超過采用流化床爐的焚燒廠數(shù)量，類型統(tǒng)計(jì)分析如表1所示。
對(duì)我國目前的2種主流焚燒技術(shù)，調(diào)研了53個(gè)爐排型焚燒爐與7座流化床型焚燒爐的基本情況，2種焚燒處理技術(shù)指標(biāo)的對(duì)比分析如表2所示。
調(diào)研爐排爐焚燒廠分析可知：噸垃圾發(fā)電量為228～380 kWh/t，噸垃圾凈發(fā)電量225～379kWh/t;噸垃圾上網(wǎng)電量164～311kWh/t;噸垃圾凈上網(wǎng)電量161～310kWh/t。噸垃圾發(fā)電量與噸垃圾凈發(fā)電量，噸垃圾上網(wǎng)電量與噸垃圾凈上網(wǎng)電量差別不大。
調(diào)研流化床焚燒廠表明：噸垃圾發(fā)電量180～344kWh/t，噸垃圾上網(wǎng)電量133～272kWh/t;扣除廠自用電后，噸垃圾凈發(fā)電量為59～196kWh/t，噸垃圾凈上網(wǎng)電量0～133kWh/t?？傮w看來，噸垃圾發(fā)電量與噸垃圾凈發(fā)電量，噸垃圾上網(wǎng)電量與噸垃圾凈上網(wǎng)電量差別較大。
對(duì)比爐排爐與流化床的噸垃圾凈發(fā)電量與凈上網(wǎng)電量可以看出，爐排爐的余熱利用水平普遍高于流化床。
從統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，53座爐排型焚燒廠除1廠用于對(duì)外供熱為主外均用于發(fā)電，平均噸垃圾發(fā)電量326.5kWh/t，最低143.1kWh/t，最高442.46kWhA，尚有整體提高空問。自用電率為16%～18%。按每kWh電耗335g煤計(jì)算，相當(dāng)于年節(jié)煤約1.8392×106t。各廠運(yùn)行狀態(tài)基本穩(wěn)定。造成不同廠較大發(fā)電差別的原因，除不同焚燒廠服務(wù)區(qū)的垃圾熱值差異外，還與設(shè)施建設(shè)水平與運(yùn)行管理水平有關(guān)。
不同規(guī)模、不同爐型的垃圾焚燒發(fā)電廠，噸垃圾發(fā)電量存在明顯差異。
按照歐盟指令的R1公式，在被調(diào)查的60個(gè)焚燒廠中，選取26個(gè)各參數(shù)資料齊全的爐排爐焚燒發(fā)電廠進(jìn)行計(jì)算，這26個(gè)焚燒廠均是純發(fā)電進(jìn)行余熱回收。結(jié)果表明：處理規(guī)模G≥1000t/d的R1值平均為0.58(16個(gè)焚燒廠)，處理規(guī)模G<750t/d的R1值平均為0.42(4個(gè)焚燒廠)，處理規(guī)模750t/d≤G<1000t/d的R1值平均為0.45(6個(gè)焚燒廠)，這26家總的R1能效平均值為0.51。相比歐盟焚燒廠的能效水平，我國焚燒廠的整體能效水平偏低。
3我國典型垃圾焚燒發(fā)電廠能耗分布
以處理規(guī)模800t/d的爐排爐焚燒發(fā)電廠為例，根據(jù)按照GB/T3484--2009企業(yè)能量平衡通則要求編制的能源網(wǎng)絡(luò)圖發(fā)現(xiàn)，項(xiàng)目主要能量損失在能源轉(zhuǎn)換這部分，即項(xiàng)目垃圾焚燒化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能的過程，該過程經(jīng)歷垃圾焚燒生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成化學(xué)能，再由化學(xué)能轉(zhuǎn)換成蒸汽熱能，蒸汽熱能轉(zhuǎn)換成汽輪機(jī)的機(jī)械能，最后由機(jī)械能帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換成電能的過程，損失量為標(biāo)準(zhǔn)煤48244.85t/a，占項(xiàng)目總綜合能耗消費(fèi)量的82.3%，如圖1所示，其主要損失包括鍋爐的損耗、汽輪機(jī)的損耗、排汽的損耗、發(fā)電機(jī)的損耗、管道系統(tǒng)的損耗、設(shè)備耗電等。該部分存在節(jié)能空間大，需加強(qiáng)在這區(qū)域的節(jié)能管理。
項(xiàng)目在輸送配送方面，損失標(biāo)準(zhǔn)煤約219.92t/a，主要損失包括線損、網(wǎng)損及配送電設(shè)備的電力損耗;從圖1可以看出，項(xiàng)目能源利用率為17.33%，利用效率整體上比較低，焚燒廠需加強(qiáng)節(jié)能管理建設(shè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中存在的節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)或可重點(diǎn)節(jié)能環(huán)節(jié)，并做出可行方案，予以實(shí)施。
在能源加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，主要能耗為焚燒爐一鍋爐的損耗、汽輪機(jī)的損耗、排汽的損耗、發(fā)電機(jī)的損耗、管道系統(tǒng)的損耗、設(shè)備耗電等。
焚燒爐一鍋爐系統(tǒng)的熱效率一般為78%左右，汽輪一發(fā)電機(jī)以及凝汽器系統(tǒng)等損耗較大，一般熱效率40%～45%;焚燒廠設(shè)備用電主要為水泵、風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等。
在垃圾接收系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)、爐渣及飛灰輸送系統(tǒng)、給排水設(shè)備系統(tǒng)、暖通設(shè)備系統(tǒng)、空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)、化學(xué)水系、輔助燃油系統(tǒng)以及廠區(qū)電力損耗這11個(gè)系統(tǒng)或部分中，燃燒系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)和給排水設(shè)備系統(tǒng)這4個(gè)部分的用電量占整個(gè)廠用電的比例為78.14%，而這幾個(gè)系統(tǒng)中的主要耗電設(shè)備如表3所示。
4我國垃圾焚燒發(fā)電廠能效提升方向
1)從能效的角度評(píng)價(jià)，采用爐排爐焚燒垃圾的處理效率高于流化床處理方式，強(qiáng)制通風(fēng)塔改為自然通風(fēng)冷卻塔，部分煙氣再循環(huán)。
2)開發(fā)基于垃圾焚燒過程中的燃燒穩(wěn)定性、垃圾電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性的多目標(biāo)評(píng)價(jià)監(jiān)測、控制體系，借助專業(yè)的第三方咨詢、檢測機(jī)構(gòu)，根據(jù)全廠能量平衡，找出重點(diǎn)用能環(huán)節(jié)，分析各系統(tǒng)的主要用能設(shè)備及參數(shù)，對(duì)全廠耗能進(jìn)行分析，從而形成針對(duì)性的能效診斷報(bào)告。
3)參照其他行業(yè)的對(duì)標(biāo)管理方法，結(jié)合垃圾焚燒行業(yè)的發(fā)展特點(diǎn)，建立符合垃圾焚燒電廠特點(diǎn)的對(duì)標(biāo)體系，得出切實(shí)可行的標(biāo)桿，用行業(yè)力量和預(yù)期引導(dǎo)企業(yè)根據(jù)標(biāo)桿找差距、找原因、找辦法，建立更為規(guī)范的運(yùn)營管理制度。
5結(jié)論
1)目前我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠項(xiàng)目能源利用水平比較低，項(xiàng)目能源利用率平均約為21%。
2)對(duì)比爐排爐與流化床的噸垃圾凈發(fā)電量與凈上網(wǎng)電量可以看出，爐排爐的余熱利用水平普遍高于流化床。
3)不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同爐型的垃圾焚燒發(fā)電廠，噸垃圾發(fā)電量存在明顯差異。
4)企業(yè)需加強(qiáng)節(jié)能管理建設(shè)，建議各生活垃圾焚燒發(fā)電廠進(jìn)行用能分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中存在的節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)或可重點(diǎn)節(jié)能環(huán)節(jié)，進(jìn)一步優(yōu)化節(jié)能措施，提高經(jīng)濟(jì)效益。
特此聲明：
1. 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)。
2. 請(qǐng)文章來源方確保投稿文章內(nèi)容及其附屬圖片無版權(quán)爭議問題，如發(fā)生涉及內(nèi)容、版權(quán)等問題，文章來源方自負(fù)相關(guān)法律責(zé)任。
3. 如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)表之日內(nèi)起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)益。