汽电双驱给水泵在垃圾发电厂中的应用研究

（上海康恒环境股份有限公司 上海 201703）

0 引言

近年来，生活垃圾焚烧发电行业在国家政策支持下获得了快速发展，生活垃圾焚烧发电项目在各大城市密集上马，部分城市实现了原生垃圾“零填埋”的目标。同时，大量的市政污泥主要依靠填埋方式进行处理，浪费土地资源的同时存在环境风险，市政污水处理厂正积极探索环保、高效、彻底的污泥终端处理方式。以垃圾焚烧发电厂为核心协同处理污泥、餐厨等废弃物的城市静脉产业园，有机的将垃圾焚烧发电与污泥处理相结合，为环保、高效、彻底处理污泥提供了有效的解决方案。巨大的污泥处理需求，必将促进大量协同处理污泥的垃圾焚烧发电厂出现。污泥协同处理中需消耗大量的蒸汽能源，降低了垃圾焚烧发电厂上网电量，影响企业售电收益。针对污泥协同处理特点，对垃圾焚烧发电厂热力系统进行优化，减少因处理污泥对上网电量的影响，具有较大的研究空间。本文针对垃圾焚烧发电厂协同处理污泥的常规热力系统进行分析，提出一种基于汽电联合驱动给水泵的热力系统，并以山东某协同处理污泥的垃圾焚烧发电厂为例进行技术经济分析。

1 常规热力系统

在生活垃圾焚烧热能回收过程中，由于垃圾所含盐分、塑料成分较高，烟气中含有大量的氯化氢等腐蚀性气体和含盐性灰分。若在锅炉省煤器后设置烟气空气预热器，空预器易腐蚀，影响焚烧系统正常运行，垃圾焚烧发电厂中通常采用蒸汽空气预热器来实现对一次风的加热。为满足蒸汽空气预热器用汽需求，汽轮机上设置一级非调节抽汽，压力为1.0～1.3 MPa（a）。

生活垃圾焚烧发电厂协同处理污泥过程：从市政污水处理厂送来的湿污泥（含水量80%左右）送至垃圾焚烧发电厂内设置的湿污泥存储仓，湿污泥存储仓内湿污泥通过污泥输送泵送至污泥干化机，经污泥干化机干化后的干污泥 （含水量30%～40%），进入垃圾池与生活垃圾混合后入炉焚烧。

为减少污泥干化对垃圾焚烧发电厂原有设备及系统影响，污泥干化用蒸汽取自供蒸汽空气预热器用的汽轮机一级抽汽母管。一抽蒸汽经减温减压器减压到0.6 MPa（a）饱和蒸汽后进入污泥干化机对污泥进行加热干燥，蒸汽疏水经检测合格后回到除氧器。垃圾焚烧发电厂协同处理污泥的常规热力系统如图1所示。

汽轮机一级抽汽减温减压过程中从高品质的过热蒸汽降低为低品质的饱和蒸汽，过程中存在大量的损失，降低了全厂热效率，减少了发电上网收益。

2 汽电联合驱动给水泵热力系统

污泥干化过程中，为减少汽轮机一级抽汽在蒸汽参数变化过程中能量的损失，采用背压式汽轮机系统替代减温减压器实现能量的梯级利用，不但能降低厂用电、增加发电收益，该系统还能在全厂突然断电情况下继续利用锅炉的余汽实现给水泵的正常给水，提高了锅炉的安全性。

采用汽电联合驱动给水泵的垃圾焚烧发电厂协同处理污泥的热力系统如图2所示。

背压式汽轮机通过超越离合器与给水泵相连，给水泵轴的另一侧与电动机连接。一抽蒸汽 ［参数为1.3 MPa（a），292℃］，在背压式汽轮机中做功完成后，蒸汽压力降低为0.6 MPa（a）进入污泥干化机对污泥进行加热干燥，蒸汽疏水经检测合格后回到除氧器，背压式汽轮机输出的轴功通过超越离合器传递到给水泵。

系统运行时，电动机始终保持运行状态。给水泵首先由对应电动机单独驱动，背压式汽轮机经过一级抽汽暖管暖机后开始冲转。当转速高于电动机转速时，超越离合器自动啮合，使背压式汽轮机、电动机、给水泵实现同轴转动。随着背压式汽轮机的进汽量继续增大，背压式汽轮机开始对给水泵做功，电动机的工作电流会随着背压式汽轮机做功的增大而逐渐减小，达到降低厂用电的目的。当背压式汽轮机的进汽量逐步降低时，背压式汽轮机做功量逐渐减少，电动机电流随之增加。当进汽量减少到背压式汽轮机转速小于电动机转速时，超越离合器分离，给水泵仅由电动机驱动［1］。

由于生活垃圾成分复杂、热值及组分变化大、燃烧负荷波动大，为保证焚烧系统长期稳定运行，一般要求污泥掺烧比例不超过10%。污泥干化系统抽汽量有限，背压式汽轮机输出功率无法完全满足给水泵轴功率要求，采用上述系统背压式汽轮机能很好的降低给水泵电机耗电量，但无法取代电动机单独运行。背压式汽轮机的投运与否不会影响原有主给水系统的稳定性，故该系统技术上可行。

3 技术经济分析

以山东某协同处理污泥的生活垃圾焚烧发电厂为例，对上述系统进行技术经济分析。项目基本信息如下。①项目规模：生活垃圾处理规模2 250 t/d；协同处理湿污泥500 t/d（污泥含水量 80%）；②锅炉主蒸汽参数：6.4 MPa（a），485 ℃；③汽轮发电机组容量：2×30 MW；④设计热值：垃圾设计热值7 953 kJ/kg，干污泥设计热值3 767 kJ/kg；⑤烟气净化工艺：采用“半干法+干法+活性炭吸附+袋式除尘器+SCR”系统。

3.1 投资估算

采用汽电联合驱动给水泵热力系统需额外配置1台510 kW背压式汽轮机及1套超越离合器，价格约为60万元。考虑设备基础、管道、保温阀门、电仪及安装工程等增加费用约为20万元。综上，该汽电联合驱动给水泵热力系统比常规热力系统需增加总投资约80万元。

3.2 经济效益分析

经计算，两种系统的汽轮发电机组发电量、给水泵的耗电量对比如表1所示。

由表1可知，采用汽电联合驱动给水泵系统（方案二）的汽轮发电机组总发电量比常规热力系统（方案一）低131 kW，主要因为在污泥干化系统热量需求一定的情况下，方案二额外对外做功，消耗的一级抽汽量增加，降低了主汽轮机一级抽汽后各级的做功能力。由于背压式小机轮机对给水泵直接做功，从而降低了给水泵耗电量553 kW。

综合以上因素后，方案二比方案一每小时总增加上网电量422 kWh，按照项目年运行8000小时计算，则年增加上网电量337.6万kWh。取标杆电价0.38元/kWh，则年增加售电收入128.3万元。

3.3 投资回收期

项目投资回收期=80/128.3=0.62年

4 结论

（1）生活垃圾焚烧发电厂协同处理污泥时稳定的用汽需求，解决了背压式小汽轮机的蒸汽来源及排汽去处的问题，为背压式小汽轮机应用创造了条件，且采用汽轮机拖动给水泵技术已经相对成熟，在燃煤火电厂中已有大量应用实例；同时给水泵采用汽电联合驱动，能在不影响给水系统稳定性的基础上降低给水泵电动机的耗电量，降低了系统风险。汽电联合驱动给水泵应用于协同处理污泥的生活垃圾发电厂，技术上有可行性。

（2）以山东某项目为例，采用汽电联合驱动给水泵系统总投资增加约80万元，年售电收入增加约128.3万元，投资回收期为0.62年，系统经济可行。

（3）随着对市政污泥彻底“无害化、减量化”处理的需求日益迫切，协同处理污泥的生活垃圾焚烧发电厂将越来越多。上述系统有较大的应用空间，同时也对垃圾焚烧发电行业降低厂用电、提高发电上网收益优化方向具有一定的借鉴意义。