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垃圾发电入炉垃圾设计热值确定方法

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：屈会格

[导读] 摘要：入炉垃圾低位热值是垃圾发电设计的基础，设计热值和热值波动范围的确定方法，关系到焚烧厂的长期稳定和经济的运行，起到至关重要的作用。

        （山东电力工程咨询院有限公司）
        摘要：入炉垃圾低位热值是垃圾发电设计的基础，设计热值和热值波动范围的确定方法，关系到焚烧厂的长期稳定和经济的运行，起到至关重要的作用。本文提出了设计热值确定方法，得出较为合理的计算公式。以取样年原生垃圾低位热值为基础，考虑因生活水平的提高，垃圾的热值会不断上升，又考虑了同一年份季节的变化、晴天和雨天等因素对垃圾热值的影响。
        关键词：入炉垃圾、低位热值、取样年、上限、下限
        引言
        随着我国经济的发展，人民生活水平不断提高，消费能力持续增长，随之而来的是每年生活垃圾的产量保持较快速度的提升，垃圾无害化处理成为刚需。垃圾焚烧发电能够较好的实现垃圾的减量化、无害化处理，回收的热能可用来发电，受到我国政策的大力支持。近年来，垃圾焚烧发电行业规模持续扩大，2019年全国开标的焚烧发电项目共92个，总投资439亿元，我国在运行的垃圾焚烧电厂数量已经突破400座，预计2020年将有600座垃圾焚烧厂处于运行状态。入炉垃圾低位热值作为最基础的输入条件，在垃圾电厂工艺系统设计中起到非常重要的作用，本文提出了一种入炉垃圾低位热值确定方法。
        1.垃圾热值的重要性
        垃圾焚烧发电厂的设计运营年限在25-30年，垃圾低位热值的设定不但要考虑适应目前垃圾的焚烧，还应考虑随着生活水平的提高，垃圾的热值会不断上升，上升至一定值后将基本保持不变。同时，垃圾收集及分类方式的改变、同一年份季节的变化、晴天和雨天等因素都将影响垃圾的热值。焚烧炉设计时，需要考虑较宽的热值变化范围。
        余热锅炉受热面的布置，是按一定的燃烧强度考虑，并留有富裕度，但如果垃圾热值上下偏离设计点过大，则会对焚烧炉的适应范围要求过宽，从而对垃圾处理厂的正常运行和运行成本有较大的影响。若设计点定得过低，则当实际垃圾热值较高时，造成受热面超温和垃圾处理量下降，甚至达不到处理量的要求；反之，若设计点定得过高，则余热利用系统设备投资费用相应增加，当垃圾实际热值较低时，设备长期处于低负荷运行，从而使产汽量和蒸汽参数不足，甚至需要喷油等助燃以保证达到环保指标和发电参数的要求。因此，最佳设计点的设定，关系到焚烧厂的长期运行工况及长期运行成本，至关重要。
        2.入炉垃圾低位热值确定方法
        2.1项目前期应该由第三方检测机构提供垃圾采样及分析结果，采样及分析结果要求原则上应满足CJ/T313-2009《生活垃圾采样和物理分析方法》规范；在分析垃圾特性及确定垃圾热值时，所分析的垃圾组分不得少于四组，且各组分垃圾取样时间间隔不少于一个月，取样地点要多样化，保证取样具有代表性；对上述取样分析结果进行判断，剔除热值严重偏离的取样，剩余取样进行平均，低位热值均值作为取样年原生垃圾低位热值。
        2.2以项目投产运行后第五年的入炉垃圾平均低位热值作为工程入炉垃圾设计低位热值。以取样年原生垃圾低位热值为分析基准，经过垃圾熟化和渗滤液析出，再考虑合理的热值年增长率，最后可计算出投产运行后第五年的入炉垃圾平均低位热值，即为入炉垃圾设计低位热值。
        计算公式参见下式：
         （1-1）
        式中：
        Qs—表示入炉垃圾设计低位热值，单位为(KJ/Kg)；
        Q ar—表示取样年原生垃圾低位热值，单位为(KJ/Kg);
        ω—表示渗滤液析出导致的含水率降低百分比，单位为%；
        q—表示垃圾单位含水率降低的热值增加值，单位为(KJ/（Kg.%）)；
        α—表示入炉垃圾热值年均增长率。
        经过熟化和渗滤液析出后，垃圾热值升高，渗滤液析出率一般按照垃圾总重15%进行考虑，然后计算含水率降低百分比 ,垃圾单位含水率降低的热值增加值不同设计单位设计
        值不一样，一般按照q =160KJ/Kg取值。表示取样年入炉垃圾低位热值。
        鉴于未来生活水平提高导致的垃圾低位热值增加，垃圾热值按照年均增长1.5-2%考虑，垃圾分析年至项目投产运行后第五年，共计算增长年为7年，这是计算式中7的依据，根据不同项目的实际情况调整公式中的系数。
        2.3入炉垃圾上限低位热值等于项目设计寿命最后一年入炉垃圾低位热值同时考虑垃圾热值的季节波动。
        计算公式参见下式：

        上限热值需要同时考虑季节性变化，夏季垃圾含水率高，热值低，冬季垃圾含水率低，热值高，热值季节波动值按照500-1000 KJ/Kg考虑。
        2.4项目投产第一年入炉垃圾低位热值减去季节波动值与4180KJ/Kg相比较，取其中小者作为入炉垃圾下限低位热值。
        《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》-（GB/T 18750-2008）规定低位热值不宜低于4180KJ/Kg；一般入炉垃圾热值计算结果大于4180 KJ/Kg，故入炉垃圾下限低位热值大多取4180 KJ/Kg。
        3.结论
        3.1 垃圾热值随着生活水平的提高，垃圾的热值会不断上升；同时垃圾收集及分类方式的改变、同一年份季节降雨的变化等因素都将影响垃圾的热值。焚烧炉设计时，需要考虑较宽的热值变化范围。热值变化范围和设计点的设定，关系到焚烧厂的长期稳定和经济的运行，起到至关重要的作用。
        3.2以取样年原生垃圾低位热值为分析基准，经过垃圾熟化和渗滤液析出，考虑合理的热值年增长率，最后可计算出投产运行后第五年的入炉垃圾平均低位热值，入炉垃圾设计低位热值。
        3.3入炉垃圾上限低位热值需要考虑项目设计寿命最后一年入炉垃圾低位热值同时考虑垃圾热值的季节波动。入炉垃圾下限低位热值，第一年入炉垃圾低位热值减去季节波动值与4180KJ/Kg相比较，取其中小者。
        参考文献
        [1] 2020-2024年中国垃圾发电行业投资分析及前景预测报告（上下卷）[M].
        [2] 张志坤等.垃圾低位热值设计工况研究[J].黑龙江电力,2007.29(06)
        [3]《生活垃圾焚烧炉及余热锅炉》（GB/T 18750-2008）[M].中国标准出版社.2008
        作者简介
        屈会格（1988年02月-），工程师，硕士研究生毕业，山东电力工程咨询院有限公司，发电热机工艺设计。