新闻中心

我国垃圾焚烧能源利用潜力巨大,利用效率如何提升?

2023-09-27 文章来源:环保在线 浏览量:0

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。
 
  2023(第十届)上海固废热点论坛现场,上海康恒环境科技有限公司技术中心常务副总经理黄立成指出,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。他强调,与欧洲国家相比,目前我国垃圾焚烧发电行业的能源利用效率还相对较低,但是潜力巨大。论坛现场,他也重点介绍了康恒环境在这方面的积极探索经验。
 
  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。
 
  如康恒在三河项目采用高参数再热技术,全厂发电效率提高至31%。高参数及炉外再热发电技术大幅提高发电效率,增加碳减排量,三河项目的碳减排增量达到了5.87万t CO2。
 
  烟气余热利用也是康恒环境探索的关键部分。随着环保要求越来越高,众多垃圾焚烧发电厂配置了SCR系统。黄立成介绍,SCR系统出口烟气温度一般在180℃,直接排放就造成了热量的浪费。
 
  康恒实践中,在SCR系统出口采用烟气余热利用技术回收热量,提升能源利用效率。以某2x750t/d项目为例,余热回收系统将烟气温度由180℃降低至130℃。
 
  在康恒新会、大名项目中,在SCR系统出口采用烟气余热利用技术,经计算,新会项目规模为2×750t/d,SCR出口烟气温度由180℃降至130℃,全厂发电效率提升1%。大名项目规模为1×500t/d,SCR出口烟气温度由180℃降至140℃,全厂发电效率提升0.8%。
 
  实现热电联产能够助力全厂能效提升。这方面主要强调的是对外供汽和供热。康恒在黄岛项目中,采用高背压凝汽机组,利用汽机排汽进行供热,供热量大,目前正在实施。在宝清的项目中,利用烟气余热深度利用系统,充分利用排烟中的水蒸汽潜热,使机组COP高达3——3.5。
 
  目前,康恒的项目已经遍布全国各地。截止到今年6月,垃圾焚烧发电项目约有73个,规模近11万吨/日;污泥处置规模超2899吨/日;餐厨厨余垃圾处置规模超1460吨/日;建筑垃圾处置规模超1000吨/日。
 
  代表性的项目如首台国产千吨炉排投产项目三河项目、低碳静脉产业园协同处置项目南宁双定循环经济产业园、获得中国建设工程鲁班奖的青岛西海岸新区静脉产业园项目、生态环境部宣传教育中心实践基地之一的西安高陵项目。
 
  同时,康恒环境也在积极走出去。2014年,康恒成立国际事业部,聚焦东南亚,深入非洲,布局南美、欧洲、澳洲。2019年,康恒与中投公司、法国国家投资银行、法国Quadran公司在巴黎爱丽舍宫,在中法两国领导人的共同见证下签订了《可再生能源开发平台共建工作协议》,锁定首批20亿欧元项目投资意向。目前康恒的设备技术已经供应全球1469个垃圾焚烧发电厂。
 
  黄立成表示,康恒环境希望帮助更多的发展中国家实现固废的可持续发展目标。