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我国垃圾焚烧能源利用潜力巨大,利用效率如何提升?
通标小菜鸟
2024/02/23
私聊
土壤固体废弃物监测
全球二氧化碳排放量的持续增加,带来了一系列的社会问题,如全球每年因空气污染导致的死亡人数正在持续增多等。在这样的背景下,提升能源利用效率已经成为应对气候变化的关键。
01提升能源利用效率是应对气候变化的关键
目前能源利用温室气体占全球排放总量的比例为73.2%,从能源利用细分领域温室气体排放占比来看,工业领域、交通运输、建筑行业等占比相对较高。在全球能源供需紧张的背景下,可再生能源扮演着重要角色,可再生能源在全球电力供给中的作用日益重要。
提供经济适用的
清洁能源
已经成为联合国17个可持续发展目标之一。从2010年到2021年,全世界可再生能源在最终能源消费中的占比从16%上升到了19.44%。
国际上,多个国家也发布了相应的能源产业扶持政策。包括上调可再生能源发展的目标,如欧盟2021年将2030年可再生能源占一次能源的比重目标从32%提升至40%,要求所有成员国为之努力;我国明确提出到2030年风电、太阳能发电总装机容量达到12亿千瓦以上等。其次也包括一些支持或调整核能发展的规划,如俄罗斯:计划在2035年前新建10台大型核电机组,将核能发电占比提高到25%;而在加快氢能产业布局方面,英国、德国、日本、韩国等都有发布相关的政策支持文件。
2022年6月,我国
生态环境
部等部门联合印发了《减污降碳协同增效实施方案》,其中,突出协同增效,推进固体废物污染防治协同控制。强调开展产业园区减污降碳协同创新,升级改造垃圾焚烧设施,提升绿色低碳发展水平。黄立成指出,通过升级改造垃圾焚烧处理设施,提升绿色低碳发展水平,可以使垃圾焚烧发电达到能源替代、节能增效和资源再生的要求。
02垃圾焚烧发电行业能源管理的现状如何?
对垃圾焚烧发电厂和传统火力发电厂能量转化效率进行比较,可以看出,垃圾焚烧发电厂全厂发电效率目前在约26%,火电厂约41%。供电效率,垃圾焚烧发电厂约22%,火电厂约39%,垃圾焚烧发电项目供电效率约为火电厂的56%,所以它的能源利用效率还很低。
黄立成指出,垃圾焚烧发电项目能源利用率低的原因有以下几点:
第一,垃圾焚烧锅炉主蒸汽参数低下,垃圾发电项目常规主蒸汽参数为4.0MPa,450℃到6.4MPa,485℃之间,全厂发电效率约为22.3%~26%之间。主要制约因素有三:垃圾成分复杂,烟气腐蚀性强;防腐材料/防腐工艺成本高昂;相对火力发电,规模小。
第二,与欧洲相比,我国垃圾焚烧厂多为单纯发电模式,热量利用不充分。黄立成表示,国内垃圾焚烧厂能效较欧洲还有较大差距,存在巨大提升空间。据调研数据分析,欧洲热电联产垃圾焚烧厂能效较纯发电与纯供热焚烧厂高,统计数据中热电联产焚烧厂平均全厂能效R1可达0.76,而我国大型垃圾焚烧厂平均全厂能效R1约0.58,存在巨大提升空间。
03垃圾焚烧发电行业如何提升能源管理效率?
以国内某垃圾焚烧发电项目为例,全厂发电效率约26%,凝气损失占比约48.7%,排烟损失占比约14.7%,锅炉等其他损失,如机械未燃烧、化学未燃烧以及散热损失等占比为5.6%。黄立成认为,提高发电能效、降低凝汽损失和排烟损失是提高能源利用效率的关键。
国际上已经有很多垃圾焚烧行业的高效率电厂热力系统的成功经验。
如在提高蒸汽参数方面,意大利Naples,采用9MPa/500°C,全厂热效率达到30.2%;在再热循环系统方面,荷兰阿姆斯特丹AEB,采用13MPa/440°C,采用汽包饱和蒸汽将高压缸排汽再热到330°C,全厂热效率达到30%以上。此外,在热电联产及外部热源组合式高效垃圾发电工艺方面,国际上也有很多尝试和经验积累。
基于此,黄立成介绍,康恒在提升能效上也积极采取了多种措施:一是高参数再热,已经得到了应用;二是正在实施的烟气余热利用系统;三是实现热电联产助力全厂能效提升。
高参数再热发电技术能提升全厂能效,但面临高难度的技术挑战。如参数提高后,锅炉高温腐蚀,对于防腐蚀工艺、材料提出了更高的要求。而压力提高之后会导致汽机排汽干度降低,汽机末级叶片水蚀风险增加。
针对这些技术挑战,康恒环境做了很多实践探索。
应对锅炉高温腐蚀,康恒通过大数据模型的建立,来找寻解决办法。通过分析40多个焚烧厂运行早期至运行末期的运行数据,确定余热锅炉在一个运行周期中运行状态,并通过记录的运行数据,反向校核锅炉的热力计算模型,达到准确计算锅炉运行各热力计算参数;通过腐蚀曲线和壁温计算手段,评判过热器不同部位的腐蚀风险。最终实现主蒸汽参数提高后,锅炉各受热面的腐蚀风险可控。
应对汽机末级叶片水蚀,康恒实践中,采用炉外除湿再热技术有效解决水蚀问题,提高全厂发电效率。通过高压缸抽汽加热高压缸排汽,使其除湿再热后进入低压缸做功。这个系统的优势在于,控制方便:汽机抽汽再热,系统简单;配置灵活:可实现多机母管制运行。设备优势也很明显,汽机水蚀小:除湿再热,大大降低末级叶片湿度;锅炉腐蚀小:主蒸汽温度低,过热器腐蚀小;再热方式成熟:借鉴核电成熟的MSR除湿再热工艺。
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