（上?？岛悱h(huán)境股份有限公司 上海 201703）

0 引言

近年來，生活垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)在國家政策支持下獲得了快速發(fā)展，生活垃圾焚燒發(fā)電項目在各大城市密集上馬，部分城市實現(xiàn)了原生垃圾“零填埋”的目標。同時，大量的市政污泥主要依靠填埋方式進行處理，浪費土地資源的同時存在環(huán)境風險，市政污水處理廠正積極探索環(huán)保、高效、徹底的污泥終端處理方式。以垃圾焚燒發(fā)電廠為核心協(xié)同處理污泥、餐廚等廢棄物的城市靜脈產業(yè)園，有機的將垃圾焚燒發(fā)電與污泥處理相結合，為環(huán)保、高效、徹底處理污泥提供了有效的解決方案。巨大的污泥處理需求，必將促進大量協(xié)同處理污泥的垃圾焚燒發(fā)電廠出現(xiàn)。污泥協(xié)同處理中需消耗大量的蒸汽能源，降低了垃圾焚燒發(fā)電廠上網電量，影響企業(yè)售電收益。針對污泥協(xié)同處理特點，對垃圾焚燒發(fā)電廠熱力系統(tǒng)進行優(yōu)化，減少因處理污泥對上網電量的影響，具有較大的研究空間。本文針對垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處理污泥的常規(guī)熱力系統(tǒng)進行分析，提出一種基于汽電聯(lián)合驅動給水泵的熱力系統(tǒng)，并以山東某協(xié)同處理污泥的垃圾焚燒發(fā)電廠為例進行技術經濟分析。

1 常規(guī)熱力系統(tǒng)

在生活垃圾焚燒熱能回收過程中，由于垃圾所含鹽分、塑料成分較高，煙氣中含有大量的氯化氫等腐蝕性氣體和含鹽性灰分。若在鍋爐省煤器后設置煙氣空氣預熱器，空預器易腐蝕，影響焚燒系統(tǒng)正常運行，垃圾焚燒發(fā)電廠中通常采用蒸汽空氣預熱器來實現(xiàn)對一次風的加熱。為滿足蒸汽空氣預熱器用汽需求，汽輪機上設置一級非調節(jié)抽汽，壓力為1.0～1.3 MPa（a）。

生活垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處理污泥過程：從市政污水處理廠送來的濕污泥（含水量80%左右）送至垃圾焚燒發(fā)電廠內設置的濕污泥存儲倉，濕污泥存儲倉內濕污泥通過污泥輸送泵送至污泥干化機，經污泥干化機干化后的干污泥 （含水量30%～40%），進入垃圾池與生活垃圾混合后入爐焚燒。

為減少污泥干化對垃圾焚燒發(fā)電廠原有設備及系統(tǒng)影響，污泥干化用蒸汽取自供蒸汽空氣預熱器用的汽輪機一級抽汽母管。一抽蒸汽經減溫減壓器減壓到0.6 MPa（a）飽和蒸汽后進入污泥干化機對污泥進行加熱干燥，蒸汽疏水經檢測合格后回到除氧器。垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處理污泥的常規(guī)熱力系統(tǒng)如圖1所示。

汽輪機一級抽汽減溫減壓過程中從高品質的過熱蒸汽降低為低品質的飽和蒸汽，過程中存在大量的損失，降低了全廠熱效率，減少了發(fā)電上網收益。

2 汽電聯(lián)合驅動給水泵熱力系統(tǒng)

污泥干化過程中，為減少汽輪機一級抽汽在蒸汽參數(shù)變化過程中能量的損失，采用背壓式汽輪機系統(tǒng)替代減溫減壓器實現(xiàn)能量的梯級利用，不但能降低廠用電、增加發(fā)電收益，該系統(tǒng)還能在全廠突然斷電情況下繼續(xù)利用鍋爐的余汽實現(xiàn)給水泵的正常給水，提高了鍋爐的安全性。

采用汽電聯(lián)合驅動給水泵的垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處理污泥的熱力系統(tǒng)如圖2所示。

背壓式汽輪機通過超越離合器與給水泵相連，給水泵軸的另一側與電動機連接。一抽蒸汽 ［參數(shù)為1.3 MPa（a），292℃］，在背壓式汽輪機中做功完成后，蒸汽壓力降低為0.6 MPa（a）進入污泥干化機對污泥進行加熱干燥，蒸汽疏水經檢測合格后回到除氧器，背壓式汽輪機輸出的軸功通過超越離合器傳遞到給水泵。

系統(tǒng)運行時，電動機始終保持運行狀態(tài)。給水泵首先由對應電動機單獨驅動，背壓式汽輪機經過一級抽汽暖管暖機后開始沖轉。當轉速高于電動機轉速時，超越離合器自動嚙合，使背壓式汽輪機、電動機、給水泵實現(xiàn)同軸轉動。隨著背壓式汽輪機的進汽量繼續(xù)增大，背壓式汽輪機開始對給水泵做功，電動機的工作電流會隨著背壓式汽輪機做功的增大而逐漸減小，達到降低廠用電的目的。當背壓式汽輪機的進汽量逐步降低時，背壓式汽輪機做功量逐漸減少，電動機電流隨之增加。當進汽量減少到背壓式汽輪機轉速小于電動機轉速時，超越離合器分離，給水泵僅由電動機驅動［1］。

由于生活垃圾成分復雜、熱值及組分變化大、燃燒負荷波動大，為保證焚燒系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，一般要求污泥摻燒比例不超過10%。污泥干化系統(tǒng)抽汽量有限，背壓式汽輪機輸出功率無法完全滿足給水泵軸功率要求，采用上述系統(tǒng)背壓式汽輪機能很好的降低給水泵電機耗電量，但無法取代電動機單獨運行。背壓式汽輪機的投運與否不會影響原有主給水系統(tǒng)的穩(wěn)定性，故該系統(tǒng)技術上可行。

3 技術經濟分析

以山東某協(xié)同處理污泥的生活垃圾焚燒發(fā)電廠為例，對上述系統(tǒng)進行技術經濟分析。項目基本信息如下。①項目規(guī)模：生活垃圾處理規(guī)模2 250 t/d；協(xié)同處理濕污泥500 t/d（污泥含水量 80%）；②鍋爐主蒸汽參數(shù)：6.4 MPa（a），485 ℃；③汽輪發(fā)電機組容量：2×30 MW；④設計熱值：垃圾設計熱值7 953 kJ/kg，干污泥設計熱值3 767 kJ/kg；⑤煙氣凈化工藝：采用“半干法+干法+活性炭吸附+袋式除塵器+SCR”系統(tǒng)。

3.1 投資估算

采用汽電聯(lián)合驅動給水泵熱力系統(tǒng)需額外配置1臺510 kW背壓式汽輪機及1套超越離合器，價格約為60萬元?？紤]設備基礎、管道、保溫閥門、電儀及安裝工程等增加費用約為20萬元。綜上，該汽電聯(lián)合驅動給水泵熱力系統(tǒng)比常規(guī)熱力系統(tǒng)需增加總投資約80萬元。

3.2 經濟效益分析

經計算，兩種系統(tǒng)的汽輪發(fā)電機組發(fā)電量、給水泵的耗電量對比如表1所示。

由表1可知，采用汽電聯(lián)合驅動給水泵系統(tǒng)（方案二）的汽輪發(fā)電機組總發(fā)電量比常規(guī)熱力系統(tǒng)（方案一）低131 kW，主要因為在污泥干化系統(tǒng)熱量需求一定的情況下，方案二額外對外做功，消耗的一級抽汽量增加，降低了主汽輪機一級抽汽后各級的做功能力。由于背壓式小機輪機對給水泵直接做功，從而降低了給水泵耗電量553 kW。

綜合以上因素后，方案二比方案一每小時總增加上網電量422 kWh，按照項目年運行8000小時計算，則年增加上網電量337.6萬kWh。取標桿電價0.38元/kWh，則年增加售電收入128.3萬元。

3.3 投資回收期

項目投資回收期=80/128.3=0.62年

4 結論

（1）生活垃圾焚燒發(fā)電廠協(xié)同處理污泥時穩(wěn)定的用汽需求，解決了背壓式小汽輪機的蒸汽來源及排汽去處的問題，為背壓式小汽輪機應用創(chuàng)造了條件，且采用汽輪機拖動給水泵技術已經相對成熟，在燃煤火電廠中已有大量應用實例；同時給水泵采用汽電聯(lián)合驅動，能在不影響給水系統(tǒng)穩(wěn)定性的基礎上降低給水泵電動機的耗電量，降低了系統(tǒng)風險。汽電聯(lián)合驅動給水泵應用于協(xié)同處理污泥的生活垃圾發(fā)電廠，技術上有可行性。

（2）以山東某項目為例，采用汽電聯(lián)合驅動給水泵系統(tǒng)總投資增加約80萬元，年售電收入增加約128.3萬元，投資回收期為0.62年，系統(tǒng)經濟可行。

（3）隨著對市政污泥徹底“無害化、減量化”處理的需求日益迫切，協(xié)同處理污泥的生活垃圾焚燒發(fā)電廠將越來越多。上述系統(tǒng)有較大的應用空間，同時也對垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)降低廠用電、提高發(fā)電上網收益優(yōu)化方向具有一定的借鑒意義。