隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，城市生活垃圾處理問題顯得越來越突出。垃圾焚燒發(fā)電技術已越來越多地得到應用，它是集經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益為一體的電力利用方式，其發(fā)展前景非常光明。鑒于我國在這方面發(fā)展較晚，目前國內(nèi)汽輪機機組效率不高，本文將討論如何提高垃圾發(fā)電的效率及汽輪機選型，描述機組系統(tǒng)的結構特點。

1 引言

二十一世紀以來，固體廢棄物的排放急劇增加，造成的大氣污染、地下水污染、自然景觀破壞等問題日趨嚴重。固體廢棄物分為工業(yè)垃圾和城市垃圾兩種，城市垃圾的產(chǎn)量是驚人的。對城市垃圾的常用處理方法有填埋、堆肥，制沼氣、填海、焚燒和流化床制燃氣等，其中以焚燒、流化床制燃氣的處理方法為佳。垃圾焚燒發(fā)電技術在歐美及日本等發(fā)達國家己得到初步應用，并產(chǎn)主了良好的環(huán)保和經(jīng)濟效益。焚燒垃圾、回收能源的辦法是我國處理城市垃圾的一個主要發(fā)展方向。

為了改善城市的環(huán)境衛(wèi)生狀況，建設生態(tài)良好的社會環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，適時規(guī)劃建設新的城市生活垃圾處理設施是必要的。

垃圾焚燒發(fā)電屬國家鼓勵和優(yōu)先支持項目，近幾年先后出臺了《關于推進城市污水、垃圾處理產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的意見》（計投資[2002]1591號），《可再生能源發(fā)電有關管理規(guī)定》的通知（發(fā)改能源[2006]13號），《關于完善垃圾焚燒發(fā)電價格政策的通知》（發(fā)改價格[2012]801號）等一系列促進垃圾焚燒發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的優(yōu)惠政策。

垃圾發(fā)電站簡介：

垃圾發(fā)電通常是指垃圾焚燒發(fā)電，其原理與燃煤發(fā)電基本相同，將垃圾壓實后，送到粉碎機粉碎，然后送入垃圾焚燒爐，利用焚燒產(chǎn)生的熱量加熱給水得到蒸汽，蒸汽推動汽輪發(fā)電機組做功發(fā)電。此過程包括4次能量轉換，即：在焚燒爐內(nèi)垃圾燃燒，生物能轉換成蒸汽熱能；在汽輪機內(nèi)蒸汽流過汽輪機噴嘴，熱能轉換成蒸汽高速流動的動能；高速汽流流過工作葉片時，將流動的動能轉換成汽輪機轉子旋轉的機械功，最后通過發(fā)電機將汽輪機轉子傳遞過來的機械功轉化為電能。

垃圾熱值具備以下特點：①垃圾成分經(jīng)常變化（工業(yè)垃圾和生活垃圾的成分非常不同）。②垃圾的含水量的變化（主要與天氣有關）。③垃圾物理形狀的變化。因此，受垃圾總產(chǎn)量及垃圾熱值的限制，汽輪機機組都為小功率機組，通常為3萬千瓦以下。

本項目垃圾發(fā)電站的動力系統(tǒng)部分主要包括一臺12MW凝汽式汽輪發(fā)電機組以及2臺600噸/天·臺（全廠1200噸）的垃圾焚燒余熱鍋爐。

正常情況下，每臺鍋爐輸出主蒸汽參數(shù)為壓力4.0MPa、溫度400℃，輸出主蒸汽59.6t/h，兩臺汽輪發(fā)電機組以基本負荷運行。

提高垃圾發(fā)電的效率及汽輪機選型當今熱力設備的設計必須滿足如下日益嚴格要求：

對于汽輪機而言，導致其機組效率降低的損失包括如下方面：

噴嘴損失：蒸汽流經(jīng)噴嘴時，部分蒸汽產(chǎn)生擾動和渦流，蒸汽和噴嘴表面有摩擦，引起做功能力的損失。

動葉損失：蒸汽流經(jīng)動葉時，由于汽流與動葉表面發(fā)生摩擦和渦流，也會產(chǎn)生做功能力的損失。

余速損失：蒸汽從動葉排出時，絕對速度具有一定的動能，這部分動能未能被利用，它會重新轉變成熱能，使排汽焓值升高，引起做功能力的損失。

端部損失：在葉片上下兩個端面的邊界層中，氣流沿通道中心線方向運動的速度相對很少，由此產(chǎn)生的離心力不足以抵消壓力梯度。于是就形成由腹面向背面移動的氣流，它將葉型背面出口部分氣流由兩端向當中排擠，從而形成兩個旋渦區(qū)，引起能量損失。

部分進汽損失：它包括： a.鼓風損失。動葉處在沒有蒸汽流過的部分轉動時，把蒸汽從動葉片一側鼓到另一側所產(chǎn)生的附加損失。b.弧端損失。汽流將動葉中滯止蒸汽推動所消耗的能量。

長江動力集團生產(chǎn)的N12-3.8/395型汽輪機系中壓、單缸、沖動凝汽式汽輪機。額定功率為12000kW。本汽輪機與發(fā)電機、鍋爐及其他附屬設備成套，安裝于企業(yè)自備電站或熱電廠。

2 產(chǎn)品主要技術性能

N12-3.8/395型汽輪機為中壓、單缸、沖動、凝汽式汽輪機。調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用低壓透平油數(shù)字調(diào)節(jié)，操作簡捷，運行安全可靠。汽輪機采用剛性聯(lián)軸器直接帶動發(fā)電機旋轉，發(fā)出電功率。

本汽輪機采用沖動式技術，沖動式葉輪和隔板結構久經(jīng)考驗。沖動式設計使每級有較大的焓降，比起反動級汽輪機可減少50%的級數(shù)。它容許級間有較大的空間，允許應用多齒密封和厚度大的剛度和強度好的部件。

最大壓降產(chǎn)生在隔板噴嘴，維持很小的壓降用于轉動輪轂及葉輪使最小的軸向推力作用于推力軸承。負荷的變化不會引起軸向推力很大的變化，從而使推力軸承十分可靠。

采用快裝式的整體公共底盤布置方式，汽輪機的結構非常靈活，排汽口可以向上，也可以向下，當采用向上排汽的快裝式結構時，汽輪機單層布置，安裝簡單，可以節(jié)省土建費用和工程工期。

汽輪機熱力系統(tǒng)

汽輪發(fā)電機組熱力系統(tǒng)是根據(jù)用戶提供的垃圾發(fā)電站的基本參數(shù)而設計的。本熱力系統(tǒng)應滿足如下：

（1）汽輪機具有三級抽汽。一級供給空氣預熱器，預熱垃圾焚燒爐一次風及煙氣凈化系統(tǒng)用汽。二級供給除氧器用汽，除氧器工作參數(shù)定為：壓力約0.27MPa（絕壓），溫度約130℃。三級供給低壓加熱器。不設高壓加熱器。

（2）正常情況下，2臺垃圾焚燒余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽首先保證12MW機組做功使用。主凝結水由凝結水泵經(jīng)汽封冷卻器、低壓加熱器進入除氧器，經(jīng)加熱和除氧后由給水泵送入各垃圾焚燒余熱鍋爐。一級抽汽供鍋爐空氣預熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用汽。

（3）當1臺余熱鍋爐檢修時，此時2爐帶1臺12MW機組運行。除氧器、煙氣凈化系統(tǒng)及焚燒爐一、二次風加熱用汽由運行的汽輪機抽汽及余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽供給。

（4）機組設供空氣預熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用、除氧和低壓加熱器用的抽汽。

（5）供鍋爐空氣預熱器和煙氣凈化系統(tǒng)用的一級抽汽，在加熱工作介質(zhì)后，其凝結水回收到除氧器，同時每臺鍋爐自身用于空氣預熱器用的蒸汽的凝結水也回到除氧器中。

汽輪機熱力系統(tǒng)主要包括汽輪機本體、輔機系統(tǒng)、汽封及疏水系統(tǒng)和真空系統(tǒng)。此外由于垃圾焚燒發(fā)電的特殊性，在汽輪機需要檢修或出現(xiàn)故障時，垃圾依然需要處理，即使汽輪機不發(fā)電，鍋爐還要繼續(xù)焚燒垃圾，故需增加汽輪機旁路系統(tǒng)。汽輪機冷凝器兼作旁路凝汽器使用。該系統(tǒng)共設置兩臺減溫減壓器，即一級旁路減溫減壓器和二級旁路減溫減壓器。旁路系統(tǒng)一級減溫減壓器安裝在主蒸汽母管上，出口端通過蒸汽管道接至旁路二級減溫加壓器進口，旁路二級減溫減壓器集成在冷凝器喉部處。

3 結語

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展及人民生活水平的不斷提高，垃圾焚燒發(fā)電實現(xiàn)了變廢為寶，其需求也將越來越大，發(fā)展前景相當廣闊。

無害化垃圾焚燒發(fā)電可實現(xiàn)垃圾無害化，因為垃圾在高溫（1000℃左右）下焚燒，可進行無菌和分解有害物質(zhì)，且尾氣經(jīng)凈化處理達標后排放，較徹底地無害化。垃圾焚燒后的殘渣，只有原來容積的10%～30%，從而延長了填埋場的使用壽命，緩解了土地資源緊張狀態(tài)。因此，興建垃圾電廠十分有利于城市的環(huán)境保護，尤其是對土地資源和水資源的保護，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

隨著垃圾回收、處理、運輸、綜合利用等各環(huán)節(jié)技術不斷發(fā)展，垃圾發(fā)電方式很有可能成為最經(jīng)濟的發(fā)電技術之一，從長遠效益和綜合指標看，將優(yōu)于傳統(tǒng)的燃煤發(fā)電。

作者簡介

張全勝（1979-）男，河南省平頂山市，現(xiàn)職稱：技師，學歷：本科，研究方向：電廠汽輪機。