文章以近20年来投运的、有代表性的92座炉排炉垃圾焚烧发电厂为研究对象,统计了不同焚烧厂发电量等数据。分析了运营时间、地理位置及焚烧炉容量等因素对焚烧厂吨垃圾发电量的影响。研究结果表明:随着焚烧厂运营时间增加,吨垃圾发电量呈上升趋势;南方省份吨垃圾发电量高于北方省份,东西部地区焚烧厂数据无明显差异;吨垃圾发电量随焚烧炉容量增大而升高。
1引言
随着我国经济的快速发展,城市生活垃圾产生量迅速增加。垃圾焚烧处理具有减量化和无害化程度高的优点,已成为我国城市生活垃圾处理的主要方式。截至2018年12月底,已运营的生活垃圾焚烧发电厂364座。随着生活垃圾焚烧厂数量的快速增加,其年发电总量也迅速增加,如图1所示,2017年生活垃圾焚烧厂发电总量已达37.6TWh。生活垃圾焚烧厂在无害化处理垃圾的同时,通过余热发电回收能源,降低了焚烧厂运行费用。因此对于现有垃圾焚烧厂发电量的变化规律及影响因素进行深入分析,有助于提高生活垃圾焚烧厂发电效率,实现垃圾焚烧炉的安全经济运行。
数量众多的垃圾焚烧发电厂分布在全国各地,不同地区的垃圾组分和热值以及不同焚烧厂的工艺参数均有明显差异,这对垃圾焚烧厂发电量有重要影响。国内外部分研究人员已对生活垃圾理化特性及焚烧炉发电量、工艺参数等方面进行了探究分析。对夏季的北京城区不同主体产生的垃圾成分和理化特性的研究表明,垃圾的含水量直接影响到燃料发热量;而垃圾含水率与厨余的相关性最大,降水量对垃圾含水率影响不大。
北京、上海、深圳等地垃圾组分的历史数据表明,垃圾中厨余含量呈下降趋势,纸类和塑料含量则呈上升趋势,垃圾热值呈上升趋势;近几年随着人们生活水平和生活习惯逐渐稳定,垃圾,经济发展水平较低的地区垃圾中有机物占比较高,而经济发达地区纸类成分更多。文献数据表明垃圾成分的改变会影响其发热量的变化,并将进一步影响焚烧炉吨垃圾发电量。现有研究成果较多关注提高锅炉蒸汽参数来提高垃圾焚烧厂发电效率,或通过工艺改进来提高发电效率,如组合式高效垃圾发电工艺(WTE-GT)和再热循环工艺。然而研究人员对垃圾组分变化后吨垃圾发电量的变化趋势未做过多关注,同时随着我国焚烧厂垃圾处理量的不断增大,焚烧炉单炉垃圾处理量日益增大,其对焚烧炉吨垃圾发电量的影响被关注较少。
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450~3000t/d,单台焚烧炉垃圾处理量范围为150~750t/d。焚烧炉蒸汽参数范围为400~450℃、4.0~6.3MPa。
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)