摘要： 采用歐盟垃圾焚燒發(fā)電廠能效計算方法和我國目前常用的能源計算方法,對生活垃圾焚燒發(fā)電廠的能效進行了計算.結(jié)果表明:目前我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠項目能源利用水平比較低,項目能源利用率平均約為21%.對比爐排爐與流化床的噸垃圾凈發(fā)電量與凈上網(wǎng)電量,發(fā)現(xiàn)爐排爐的余熱利用水平普遍高于流化床.不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同爐型的垃圾焚燒發(fā)電廠,噸垃圾發(fā)電量存在明顯差異.同時也表明,我國生活垃圾焚燒發(fā)電能效還有進一步的提升空間。

1垃圾焚燒發(fā)電廠能效計算方法

1.1歐盟垃圾焚燒發(fā)電廠能效計算方法

歐盟所有成員國從2010年12月12日開始實行的新的絞棄物框架指令》標志著垃圾從一種不被需要的負擔轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N有價值的資源。該指令提出直觀的“垃圾管理五層倒金字塔”原則，指導成員國按照5層優(yōu)先順序制定各自的政策法規(guī)。即：①避免和減少垃圾的產(chǎn)生(prevention);②垃圾直接利用(reuse);③循環(huán)利用(recycle);④回收利用(recovery)包括能源等利用方法;⑤處置(disposal)如填埋等作為最后使用的手段。

在應(yīng)用垃圾管理倒金字塔時，歐盟成員國應(yīng)當在產(chǎn)品和服務(wù)的整個生命周期中鼓勵使用那些能產(chǎn)生最佳環(huán)境影響的技術(shù)與措施。將垃圾再加工成為新產(chǎn)品可以最有效地利用垃圾中的資源，當垃圾回收不是環(huán)境友好的選擇時，或者技術(shù)或經(jīng)濟上不可行時，應(yīng)當利用垃圾產(chǎn)生能源，并通過R，公式激勵措施，鼓勵生活垃圾焚燒廠為企業(yè)或者家庭提供能源。如果生活垃圾焚燒廠的能效達到或者超過該公式臨界值的，可以認定為“垃圾管理五層倒金字塔”所提及的“回收利用(re—covery)”。

指令中的R1，公式表示為

式中：Ep表示每年產(chǎn)生的熱能或者電能，在計算時，電能乘以系數(shù)2.6，商業(yè)供熱乘以系數(shù)1.1，GJ/a;Ef表示燃料輸入到熱力系統(tǒng)的熱量，GJ/a;Ew表示廢棄物輸入到熱力系統(tǒng)的凈熱量，GJ/a;Ei表示除Ef和Ew之外的年輸入熱量，GJ/a;0.97是一個無量綱系數(shù)，修正鍋爐不完全燃燒的燃料損失。

1.2我國垃圾焚燒發(fā)電廠能效計算方法

我國對于垃圾焚燒發(fā)電廠能效計算通常用焚燒廠余熱利用水平來反映，一般由噸垃圾發(fā)電量、噸垃圾凈發(fā)電量、噸垃圾上網(wǎng)電量與噸垃圾凈上網(wǎng)電量4個指標表征，即：

噸垃圾發(fā)電量=廠總發(fā)電量/垃圾量(2)

噸垃圾凈發(fā)電量=(廠總發(fā)電量一外加燃料發(fā)電量)/垃圾量(3)

噸垃圾上網(wǎng)電量=(廠總發(fā)電量一廠自用電量)/垃圾量(4)

噸垃圾凈上網(wǎng)電量=(廠總發(fā)電量一外加燃料發(fā)電量一廠自用電量)/垃圾量(5)

2垃圾焚燒發(fā)電廠能效概況

2.1歐盟垃圾焚燒發(fā)電廠能效分析

2.1.1能量回收的類型

在被調(diào)查的314家垃圾焚燒發(fā)電廠中，單純發(fā)電的焚燒廠有83家，單純供熱的焚燒廠有47家，而熱電聯(lián)產(chǎn)的有184家。

單純發(fā)電的83家焚燒廠，R1的平均因子約為0.55，R1≥0.6的只有31家，合格比例約為37.3%：

單純供熱的47家垃圾焚燒電廠，R1的平均因子約為0.64，R1≥0.6的只有32家，合格比例約為68.1%：

熱電聯(lián)產(chǎn)的184家垃圾焚燒電廠，R1的平均因子約為0.76，R1≥0.6的只有142家，合格比例約為77.2%。

2.1.2焚燒電廠的規(guī)模

規(guī)模G<300t/d的118家焚燒廠，R1的平均因子約為0.63，R1≥0.6的只有59家，合格比例約為50%;

規(guī)模300t/d≤G<750 t/d的124家焚燒廠，R1的平均因子約為0.70，R1≥0.6的只有85家，合格比例約為68.5%;

規(guī)模G≥750t/d的72家焚燒廠，R1的平均因子約為0.77，R1≥0.6的只有62家，合格比例約為86.1%。

2.2我國垃圾焚燒發(fā)電廠能效分析

截止到2016年12月底，我國建成并投入運行的生活垃圾焚燒發(fā)電廠250座、總處理能力達2.38×105t/d、總裝機超過4906Mw。其中采用爐排爐焚燒廠數(shù)量超過采用流化床爐的焚燒廠數(shù)量，類型統(tǒng)計分析如表1所示。

對我國目前的2種主流焚燒技術(shù)，調(diào)研了53個爐排型焚燒爐與7座流化床型焚燒爐的基本情況，2種焚燒處理技術(shù)指標的對比分析如表2所示。

調(diào)研爐排爐焚燒廠分析可知：噸垃圾發(fā)電量為228～380 kWh/t，噸垃圾凈發(fā)電量225～379kWh/t;噸垃圾上網(wǎng)電量164～311kWh/t;噸垃圾凈上網(wǎng)電量161～310kWh/t。噸垃圾發(fā)電量與噸垃圾凈發(fā)電量，噸垃圾上網(wǎng)電量與噸垃圾凈上網(wǎng)電量差別不大。

調(diào)研流化床焚燒廠表明：噸垃圾發(fā)電量180～344kWh/t，噸垃圾上網(wǎng)電量133～272kWh/t;扣除廠自用電后，噸垃圾凈發(fā)電量為59～196kWh/t，噸垃圾凈上網(wǎng)電量0～133kWh/t?？傮w看來，噸垃圾發(fā)電量與噸垃圾凈發(fā)電量，噸垃圾上網(wǎng)電量與噸垃圾凈上網(wǎng)電量差別較大。

對比爐排爐與流化床的噸垃圾凈發(fā)電量與凈上網(wǎng)電量可以看出，爐排爐的余熱利用水平普遍高于流化床。

從統(tǒng)計結(jié)果來看，53座爐排型焚燒廠除1廠用于對外供熱為主外均用于發(fā)電，平均噸垃圾發(fā)電量326.5kWh/t，最低143.1kWh/t，最高442.46kWhA，尚有整體提高空問。自用電率為16%～18%。按每kWh電耗335g煤計算，相當于年節(jié)煤約1.8392×106t。各廠運行狀態(tài)基本穩(wěn)定。造成不同廠較大發(fā)電差別的原因，除不同焚燒廠服務(wù)區(qū)的垃圾熱值差異外，還與設(shè)施建設(shè)水平與運行管理水平有關(guān)。

不同規(guī)模、不同爐型的垃圾焚燒發(fā)電廠，噸垃圾發(fā)電量存在明顯差異。

按照歐盟指令的R1公式，在被調(diào)查的60個焚燒廠中，選取26個各參數(shù)資料齊全的爐排爐焚燒發(fā)電廠進行計算，這26個焚燒廠均是純發(fā)電進行余熱回收。結(jié)果表明：處理規(guī)模G≥1000t/d的R1值平均為0.58(16個焚燒廠)，處理規(guī)模G<750t/d的R1值平均為0.42(4個焚燒廠)，處理規(guī)模750t/d≤G<1000t/d的R1值平均為0.45(6個焚燒廠)，這26家總的R1能效平均值為0.51。相比歐盟焚燒廠的能效水平，我國焚燒廠的整體能效水平偏低。

3我國典型垃圾焚燒發(fā)電廠能耗分布

以處理規(guī)模800t/d的爐排爐焚燒發(fā)電廠為例，根據(jù)按照GB/T3484--2009企業(yè)能量平衡通則要求編制的能源網(wǎng)絡(luò)圖發(fā)現(xiàn)，項目主要能量損失在能源轉(zhuǎn)換這部分，即項目垃圾焚燒化學能轉(zhuǎn)換成電能的過程，該過程經(jīng)歷垃圾焚燒生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換成化學能，再由化學能轉(zhuǎn)換成蒸汽熱能，蒸汽熱能轉(zhuǎn)換成汽輪機的機械能，最后由機械能帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)換成電能的過程，損失量為標準煤48244.85t/a，占項目總綜合能耗消費量的82.3%，如圖1所示，其主要損失包括鍋爐的損耗、汽輪機的損耗、排汽的損耗、發(fā)電機的損耗、管道系統(tǒng)的損耗、設(shè)備耗電等。該部分存在節(jié)能空間大，需加強在這區(qū)域的節(jié)能管理。

項目在輸送配送方面，損失標準煤約219.92t/a，主要損失包括線損、網(wǎng)損及配送電設(shè)備的電力損耗;從圖1可以看出，項目能源利用率為17.33%，利用效率整體上比較低，焚燒廠需加強節(jié)能管理建設(shè)，及時發(fā)現(xiàn)項目中存在的節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)或可重點節(jié)能環(huán)節(jié)，并做出可行方案，予以實施。

在能源加工轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，主要能耗為焚燒爐一鍋爐的損耗、汽輪機的損耗、排汽的損耗、發(fā)電機的損耗、管道系統(tǒng)的損耗、設(shè)備耗電等。

焚燒爐一鍋爐系統(tǒng)的熱效率一般為78%左右，汽輪一發(fā)電機以及凝汽器系統(tǒng)等損耗較大，一般熱效率40%～45%;焚燒廠設(shè)備用電主要為水泵、風機、空壓機等。

在垃圾接收系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)、爐渣及飛灰輸送系統(tǒng)、給排水設(shè)備系統(tǒng)、暖通設(shè)備系統(tǒng)、空氣壓縮機系統(tǒng)、化學水系、輔助燃油系統(tǒng)以及廠區(qū)電力損耗這11個系統(tǒng)或部分中，燃燒系統(tǒng)、煙氣凈化系統(tǒng)、余熱發(fā)電系統(tǒng)和給排水設(shè)備系統(tǒng)這4個部分的用電量占整個廠用電的比例為78.14%，而這幾個系統(tǒng)中的主要耗電設(shè)備如表3所示。

4我國垃圾焚燒發(fā)電廠能效提升方向

1)從能效的角度評價，采用爐排爐焚燒垃圾的處理效率高于流化床處理方式，強制通風塔改為自然通風冷卻塔，部分煙氣再循環(huán)。

2)開發(fā)基于垃圾焚燒過程中的燃燒穩(wěn)定性、垃圾電廠運行的經(jīng)濟性與環(huán)保性的多目標評價監(jiān)測、控制體系，借助專業(yè)的第三方咨詢、檢測機構(gòu)，根據(jù)全廠能量平衡，找出重點用能環(huán)節(jié)，分析各系統(tǒng)的主要用能設(shè)備及參數(shù)，對全廠耗能進行分析，從而形成針對性的能效診斷報告。

3)參照其他行業(yè)的對標管理方法，結(jié)合垃圾焚燒行業(yè)的發(fā)展特點，建立符合垃圾焚燒電廠特點的對標體系，得出切實可行的標桿，用行業(yè)力量和預期引導企業(yè)根據(jù)標桿找差距、找原因、找辦法，建立更為規(guī)范的運營管理制度。

5結(jié)論

1)目前我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠項目能源利用水平比較低，項目能源利用率平均約為21%。

2)對比爐排爐與流化床的噸垃圾凈發(fā)電量與凈上網(wǎng)電量可以看出，爐排爐的余熱利用水平普遍高于流化床。

3)不同地區(qū)、不同規(guī)模、不同爐型的垃圾焚燒發(fā)電廠，噸垃圾發(fā)電量存在明顯差異。

4)企業(yè)需加強節(jié)能管理建設(shè)，建議各生活垃圾焚燒發(fā)電廠進行用能分析，及時發(fā)現(xiàn)項目中存在的節(jié)能薄弱環(huán)節(jié)或可重點節(jié)能環(huán)節(jié)，進一步優(yōu)化節(jié)能措施，提高經(jīng)濟效益。

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