垃圾焚烧发电蒸汽系统技术分析

2012-12-28王斌

中国新技术新产品 2012年15期

王斌

(宁波枫林绿色能源开发有限公司，浙江宁波 315822)

1 概述

宁波枫林绿色能源开发有限公司设计日处理量1950吨，配套三台德国进口顺推阶梯式焚烧炉、2台6000kW汽轮发电机组及配套系统。项目于2002年元月正式投产，是全国第一个千吨规模、运行良好的垃圾焚烧发电厂。鉴于生活垃圾焚烧发电的主要生产特点及特殊运行工况的要求，除常规发电厂蒸汽系统外，一般还须考虑汽水旁路系统，并考虑与之相适应的运行方式。这些配置是生活垃圾焚烧发电的典型工艺，也是垃圾焚烧发电厂区别于常规小型火力发电厂的重要特点。

2 汽水旁路系统典型构成及特点

针对垃圾焚烧发电厂停机不停炉的工艺特点，汽轮机系统一般都考虑设置旁路系统。通常采用的汽轮机旁路系统一般有两种典型构成，一种是“旁路减温减压器+汽轮机及旁路公共凝汽器”；另一种是“旁路减温减压器+旁路高压凝汽器”。

2.1 “旁路减温减压器+汽轮机及旁路公共凝汽器”的系统特点

这种系统一般应用在设置在2台以上汽轮机的垃圾电厂中，当任何一台汽轮机停机时，锅炉均可在额定负荷下运行，另一台运行着的汽轮机应尽可能增加进汽量以多发电，同时多余的新蒸汽通过汽轮机旁路系统排入运行着的凝汽器。该旁路系统主要由旁路减温减压器系统+低负荷减温减压器系统+减温水系统等组成，新蒸汽通过减温减压后排入凝汽器，此时凝汽器背压会相应提高。由于事故状态下凝汽器内的蒸汽温度和压力值均超过常规运行的数倍，所需的冷却水量和冷却面积也大幅增加，因此凝汽器需作特殊设计和制造。另外需设置低负荷减温减压器系统，当汽轮机停机时，新蒸汽经过减温减压装置后一路进入空气预热器加热空气，另一路作为加热蒸汽进入除氧器。此方案系统简单，配套辅助设备少，占地面积小，相应循环冷却水和凝结水系统也比较简单，可节省运行维护费用。但凝汽器及凝结水系统均属于非标设计，对设备的设计及制造提出了更高的要求。典型工程案例上海浦西江桥垃圾发电厂。

2.2 “旁路减温减压器+旁路高压凝汽器”的系统特点

与上一方案相比，本方案系统较为复杂，除了设置旁路减温减压器系统+低负荷减温减压器系统+减温水系统外，还需要配套旁路高压凝汽器及其循环冷却水、旁路凝结水系统+旁路射水抽气系统。当汽轮机停机时，焚烧炉同样在额定负荷下运行，所产生的新蒸汽直接经过减温减压后进入旁路高压凝汽器冷凝为旁路凝结水。旁路凝结水通过旁路凝结水系统进入汽水系统凝结水母管，再进入除氧器。汽机停机同时开启低负荷减温减压器系统，新蒸汽经过减温减压后进入除氧加热蒸汽管和空气预热器，分别用于锅炉给水除氧加热和焚烧炉级空气预热器，以保证焚烧炉、余热锅炉和除氧器的正常运行。此方案旁路系统处于热态备用状态，事故时切换投入运行时间短，切换所需时间和汽轮机降负荷从100%至零负荷所需时间基本一致，汽机负荷可以满足从零负荷到满负荷的调节范围，系统运行的可靠性是相当有保障的。但是本系统需要设置汽轮机主凝汽器和旁路高压凝汽器各一套，主凝汽器射水抽气系统和旁路高压凝汽器射水抽气系统各一套，相对于前一种方案系统较为复杂。另外，由于旁路减温减压器和高压凝汽器均处于热态备用的状态，高压凝汽器内需保持一定的真空度，以保证经过减温减压器后的饱和蒸汽能迅速进入高压凝汽器被冷却。典型工程案例广州李坑垃圾发电厂。

2.3 两种方案的比较

上述两种典型构成各有特点。“旁路减温减压阀+汽轮机及旁路系统公共凝汽器”方案设备数量较少，占地面积较小，但汽轮机排汽接管上必须设置密封性能很高的矩形排汽逆止阀，以保证汽轮机停机检修时，严密关闭逆止阀，避免公共凝汽器中的蒸汽倒流至汽缸；另外，公共凝汽器本体要求能够同时承受来自不同方向、不同温度、不同压力的汽轮机排汽和旁路减温减压阀二次蒸汽的冲击；由此，这对公共凝汽器和矩形逆止阀的制造要求相当高，国内技术难以完成，设备均需依赖进口，导致工程投资费用激增。而“旁路减温减压阀+旁路凝汽器”方案对汽轮机主凝汽器和旁路凝汽器的制造要求按常规，虽然增加了旁路凝汽器、旁路抽真空系统、旁路循环冷却水系统和旁路凝结水系统各一套，而且占地面积较大，但整套系统运行的可靠性和经济性是相当有保障的，并已在运行中得到证实，而且工程投资费用相对较低。

3 汽水系统运行方式

3.1 二台焚烧炉+余热锅炉在额定或负荷正常波动范围内运行，余热锅炉产生的蒸汽全部用于发电而送入汽轮机，电网接受机组满负荷或负荷略有波动地运行，汽轮机的电动主汽阀和自动主汽阀全开，调节汽阀在压力控制模式下，即主蒸汽母管压力由汽轮机调节汽阀控制，汽轮机在额定负荷或正常波动范围内运行，使得机组尽可能地多发电获得更好的经济效益。

3.2 汽水旁路系统运行，汽轮机停机。二台焚烧炉+余热锅炉可在额定或负荷正常波动范围内运行，汽轮发电机组解列，关闭汽轮机的电动主汽阀和自动主汽阀，调节汽阀全关，关闭汽轮机抽汽逆止阀，汽水旁路系统减温减压阀系统和低负荷减温减压系统投入运行。来自余热锅炉的过热蒸汽经旁路减温减压阀系统的减温减压后，进入旁路凝汽器，凝结水由旁路凝结水泵送入除氧器，除氧后给水经给水泵升压后送回余热锅炉。此运行方式下，主蒸汽母管压力由旁路减温减压阀控制。少量过热蒸汽经过低负荷减温减压系统的减温减压，一部分进入焚烧锅炉空气预热器，把经过空气预热器的空气加热，之后排人全厂疏水系统；另一部分蒸汽进人除氧器，用于余热锅炉给水的除氧加热。

3.3 汽水旁路系统运行，汽轮机降负荷孤网运行，仅带厂用电孤岛运行。二台焚烧炉+余热锅炉可在额定或负荷正常波动范围内运行，汽轮机电动主汽阀和自动主汽阀全开，调节汽阀在速度控制模式下，保持恒定的厂内用电系统频率，控制全厂发电量恰好等于厂内总耗电量。多余的过热蒸汽经旁路减温减压阀系统的减温减压后，进入旁路凝汽器，凝结水由旁路凝结水泵送人除氧器，除氧后给水经给水泵升压后送回余热锅炉。由于汽轮机负荷很低，汽轮机的第一级非调整抽汽压力过低，汽量及其压力不能满足锅炉空气预热器和除氧加热的蒸汽需求，此时需联锁开启旁路的低负荷减温减压系统，提供除氧加热蒸和空气预热器用蒸汽。