垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機特點及熱力系統(tǒng)優(yōu)化

　　與常規(guī)火電廠不同，垃圾焚燒發(fā)電廠以垃圾處理為主，發(fā)電為輔。受垃圾總產(chǎn)量及垃圾熱值不高的限制(相對于標煤熱量)，垃圾焚燒發(fā)電廠均配置小功率的汽輪機組，采用定壓啟動的運行方式，同時不參與調(diào)頻。相配套的垃圾焚燒鍋爐蒸汽參數(shù)均為中溫中壓工況(4.0MPa，400℃)[1-2]，僅有少數(shù)垃圾焚燒電廠采用了中溫次高壓工況(6.4MPa，450℃)[3]。由于垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機的主蒸汽溫度不高易導致汽輪機低壓段濕蒸汽區(qū)擴大，為了避免低壓段的水蝕，汽輪機低壓段葉片級數(shù)就必須增加。又因垃圾熱值會隨季節(jié)波動，導致鍋爐主蒸汽流量和參數(shù)變化幅度也相當大，所以首選具有較強變工況運行能力的汽輪機組[4]。

　　本文結合垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機組及其熱力系統(tǒng)的技術特點，對汽輪機的選型合理性進行了計算分析，同時針對國內(nèi)典型垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機組熱力系統(tǒng)方面存在的問題，給出了合理的優(yōu)化措施，其分析結論適用于同類型機組。

　　1 寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機及其相關熱力系統(tǒng)特點分析

　　1.1 汽輪機技術特點

　　由以上分析得出，垃圾焚燒發(fā)電廠常選擇低壓段抗水蝕能力強、變工況能力強的中壓或次高壓凝汽式汽輪機。寶安垃圾焚燒發(fā)電廠二期工程配置4臺比利時西格斯的焚燒爐，形式為多級傾斜式往復排爐，單臺焚燒爐日處理垃圾量為750t，日處理能力可達4200t，垃圾低位熱值設計值為7118kJ/kg。配套的2臺汽輪機由南京汽輪電機有限責任公司制造，中壓、單缸、抽汽、凝汽式汽輪機，型號為C30-3.8/1.7/395型，配套2×32MW的發(fā)電機組。采用定壓啟停方式。汽輪機相關技術數(shù)據(jù)見表1。

　　表1 寶安垃圾發(fā)電廠(二期)汽輪機技術參數(shù)

　　1.2汽輪機選型合理性分析

　　垃圾焚燒發(fā)電廠不同于火力發(fā)電機組，在以垃圾處理為主的情況下，需考慮如何降低發(fā)電成本。從汽輪機選型合理性的角度來分析，汽輪機的額定容量成為關鍵分析因素，既要選取額定功率較小的汽輪發(fā)電機組，同時也要避免汽輪發(fā)電機組的額定功率太小，導致與鍋爐出力不相匹配的情況發(fā)生。以下對寶安垃圾焚燒發(fā)電廠的汽輪機選型情況進行校核計算。

　　以下結合寶安垃圾發(fā)電廠2臺焚燒爐匹配1臺汽輪機組的滿負荷實際運行工況下的相關數(shù)據(jù)，應用以上計算公式，得出了機組滿負荷運行所需汽輪機的最大輸出功率，見表2。

　　表2 滿負荷運行工況下汽輪機的功率計算結果

　　由表2計算結果可知，在滿負荷運行工況下，也即2臺焚燒爐達到最大出力工況時，汽輪機組的輸出功率略高于31.64MW，才能與鍋爐出力基本相匹配。該廠配置額定輸出功率為30MW(最大功率32MW)的汽輪機組，滿足垃圾焚燒電廠的正常運行，所以該廠汽輪機組的選型合理。

　　1.3 汽輪機組旁路系統(tǒng)特點分析

　　與常規(guī)火電廠不同，垃圾焚燒發(fā)電廠要求“停機不停爐”，年運行時間一般要求不低于8000h，即當汽輪發(fā)電機組因故障或檢修停機時，焚燒爐能夠保持正常連續(xù)運行。所以垃圾焚燒發(fā)電廠均設置為汽輪機旁路系統(tǒng)運行方式。汽輪機因故障停機時，主蒸汽經(jīng)旁路系統(tǒng)減溫減壓后排至凝汽器。同時設置啟動、低負荷減溫減壓器系統(tǒng)，旁路蒸汽經(jīng)過減溫減壓后用于鍋爐空氣預熱器和除氧器的加熱蒸汽。目前旁路系統(tǒng)有兩種設計方案: 一種是配備旁路減溫減壓器和高壓旁路凝汽器的大旁路系統(tǒng)，另一種是僅具有旁路減溫減壓器的小旁路系統(tǒng)[5]。

　　寶安垃圾焚燒發(fā)電廠采用的是第一種配置方案(旁路系統(tǒng)額定流量為168t/h)，配套旁路高壓凝汽器及其循環(huán)冷卻水、旁路凝結水系統(tǒng)和旁路真空系統(tǒng)。當汽輪機停機時，焚燒爐燃燒產(chǎn)生的新蒸汽直接經(jīng)過減溫減壓后進入旁路高壓凝汽器冷凝為旁路凝結水，旁路凝結水通過旁路凝結水系統(tǒng)進入除氧器。同時開啟啟動、低負荷減溫減壓器系統(tǒng)，新蒸汽經(jīng)過減溫減壓后分別進入除氧加熱蒸汽和空氣預熱器母管，分別用于鍋爐給水加熱除氧和焚燒爐空氣預熱器，以保證焚燒爐、余熱鍋爐和除氧器的正常運行。此方案雖然相對于后一種增加了投資成本，但可以實現(xiàn)事故狀況下的快速響應，同時有利于汽輪機降負荷的變工況運行，大大提高了運行的穩(wěn)定性和靈活性[6]。

　　2 機組熱力系統(tǒng)優(yōu)化分析

　　2.1 除氧器加熱蒸汽系統(tǒng)優(yōu)化

　　寶安垃圾焚燒發(fā)電廠二期工程給水除氧采用壓力式熱力除氧，除氧器正常運行時加熱汽源來自于汽輪機二段抽汽，調(diào)試啟動期間由主蒸汽通過減溫減壓后的加熱蒸汽作為啟動備用汽源。該廠初期通過機械式彈簧減壓閥將加熱蒸汽減壓來達到除氧器的壓力范圍，該閥門的工作原理是預先調(diào)整彈簧的預緊力，當閥門入口壓力達到調(diào)整壓力后，克服彈簧預緊力而開啟閥門，但在實際運行過程中，由于啟動初期主蒸汽壓力不穩(wěn)定，該閥門頻繁開啟和關閉，需頻繁調(diào)整彈簧預緊力，造成了除氧器加熱蒸汽壓力也不穩(wěn)定，除氧效果不佳。同時由于加熱蒸汽至除氧器的供汽母管沿途未設置疏水管路，導致管路中大量積水，積水中雜質(zhì)集聚到機械式彈簧減壓閥前，使得該閥門常發(fā)生彈簧卡澀而無法正常開啟，除氧器供汽量不足。通過改造減壓閥和增設疏水管路解決了該問題。

　　2.2 軸封供汽管道改造

　　寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機組加熱蒸汽通過均壓箱后供汽輪機前后汽封，均壓箱上裝有汽封壓力調(diào)整分配閥，使均壓箱保持2.94～29.4kPa的正常壓力,當均壓箱中壓力低于2.94kPa時,二段抽汽作為備用軸封供汽通過該分配閥向均壓箱供汽,當均壓箱中壓力高于29.4kPa 時,多余的蒸汽通過汽封壓力調(diào)整分配閥排入凝汽器。該廠啟動初期在汽輪機前后汽封正常投入時，均壓箱壓力卻無法建立起來。初步分析為均壓箱供汽不足，通過計算分析得出設計院給定的加熱蒸汽至均壓箱的供汽管道直徑太小(直徑為20cm)，同時存在軸封回汽不暢的問題，由于疏水系統(tǒng)設計未將無壓和有壓疏水分開，造成有壓疏水通過無壓疏水管道時因反串到軸封供汽管道內(nèi)而積水，致使軸封供汽不暢。后通過將供汽管道直徑改造為108cm，增加了軸封供汽量，通過隔離有壓疏水管路，并通過均壓箱內(nèi)加熱蒸汽對軸封管道充分暖管疏水來解決軸封管道積水問題(使表述清晰)，建議該廠需對疏水系統(tǒng)的有壓和無壓管道分別布置。

　　2.3 軸封供汽溫度調(diào)整

　　該廠汽輪機組低壓汽封供汽溫度要求范圍為：120～180℃(整定值為150℃)，如果軸封供汽溫度過高，則易造成汽輪機組軸封體松動，而較大熱應力作用會造成機組動靜摩擦，影響轉(zhuǎn)子壽命;軸封溫度過低則易使軸封供汽帶水進入汽輪機機組。由于該廠二段抽汽供均壓箱和軸封供汽均未設計調(diào)溫裝置，運行期間會長時間出現(xiàn)供汽溫度大于220℃的情況，目前只能通過調(diào)整均壓箱進汽量來調(diào)整溫度，這一方面增加了運行人員操作量，另一方面調(diào)整進汽量也會影響機組汽封壓力的穩(wěn)定，長期運行則對機組安全產(chǎn)生一定的影響，故建議該廠在均壓箱處增設減溫裝置來解決此問題。

　　3 結 論

　　本文對寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機選型的合理性和旁路系統(tǒng)的技術特點進行了分析，結合實際數(shù)據(jù)得出該廠配置的汽輪機組與鍋爐出力基本相匹配，滿足垃圾焚燒電廠的正常運行。盡管該廠汽輪機選型和旁路系統(tǒng)設計合理，但在調(diào)試期間發(fā)現(xiàn)該廠的除氧器加熱蒸汽管道系統(tǒng)、疏水管道設計和軸封供汽方面均存在一定的問題，因此必須通過實際分析給出合理的解決方案。本文對于同類型垃圾焚燒發(fā)電廠具有一定的借鑒意義。