1、1垃圾焚烧发电站的汽轮机选型及应用摘要：随着我国经济的迅猛发展，城市生活垃圾处理问题显得越来越突出。垃圾焚烧发电技术已越来越多地得到应用，它是集经济效益、社会效益、环境效益为一体的电力利用方式，其发展前景非常光明。鉴于我国在这方面发展较晚，目前国内汽轮机机组效率不高，本文将介绍如何提高垃圾发电的效率及汽轮机选型，描述机组系统的结构特点。 关键词：汽轮机、垃圾发电、效率、选型、系统、结构 中图分类号：U664 文献标识码： A 文章编号： 引言 二十世纪以来，固体废弃物的排放急剧增加，造成的大气污染、地下水污染、自然景观破坏等问题日趋严重。固体废弃物分为工业垃圾和城市垃圾两种，城市垃圾的产量是惊
2、人的。对城市垃圾的常用处理方法有填埋、堆肥，制沼气、填海、焚烧和流化床制燃气等，其中以焚烧、流化床制燃气的处理方法为佳。垃圾焚烧发电技术在欧美及日本等发达国家己得到初步应用，并产主了良好的环保和经济效益。焚烧垃圾、回收能源的办法是我国处理城市垃圾的一个主要发展方向。 垃圾发电站简介： 垃圾发电通常是指垃圾焚烧发电，其原理与燃煤发电基本相同，将垃圾压实后，送到粉碎机粉碎，然后送入垃圾焚烧炉，利用焚烧产生的热量加热给水得到蒸汽，蒸汽推动汽轮发电机组做功发电。此过程包括24 次能量转换，即:在焚烧炉内垃圾燃烧，生物能转换成蒸汽热能;在汽轮机内蒸汽流过汽轮机喷嘴，热能转换成蒸汽高速流动的动能;高速汽流
3、流过工作叶片时，将流动的动能转换成汽轮机转子旋转的机械功，最后通过发电机将汽轮机转子传递过来的机械功转化为电能。 垃圾热值具备以下特点：垃圾成分经常变化（工业垃圾和生活垃圾的成分非常不同） 。垃圾的含水量的变化（主要与天气有关） 。垃圾物理形状的变化。因此，受垃圾总产量及垃圾热值的限制，汽轮机机组都为小功率机组，通常为 3 万千瓦以下。 本项目垃圾发电站的动力系统部分主要包括一台 20000 KW 凝汽式汽轮发电机组、一台 20000 KW 抽汽凝汽式汽轮发电机组以及 4 台 500 吨/天?台（全厂 2000 吨）的垃圾焚烧余热锅炉。 正常情况下，每台锅炉输出主蒸汽参数为压力 4.0MPa、
4、温度 400，输出主蒸汽 45.85t/h，两台汽轮发电机组以基本负荷运行。 提高垃圾发电的效率及汽轮机选型 当今热力设备的设计必须满足如下日益严格要求： 优良的热力性能 高的可靠性 运行的灵活性 具体表现为： 效率高 适应性广 3维护简便 检修时间少 能在系统要求的任意负荷下无故障运行 对于汽轮机而言，导致其机组效率降低的损失包括如下方面1： 喷嘴损失。蒸汽流经喷嘴时，部分蒸汽产生扰动和涡流，蒸汽和喷嘴表面有摩擦，引起做功能力的损失。 动叶损失。蒸汽流经动叶时，由于汽流与动叶表面发生摩擦和涡流，也会产生做功能力的损失。 余速损失。蒸汽从动叶排出时，绝对速度具有一定的动能，这部分动能未能被利用
5、，它会重新转变成热能，使排汽焓值升高，引起做功能力的损失。 端部损失。在叶片上下两个端面的边界层中，气流沿通道中心线方向运动的速度相对很少，由此产生的离心力不足以抵消压力梯度。于是就形成由腹面向背面移动的气流，它将叶型背面出口部分气流由两端向当中排挤，从而形成两个旋涡区，引起能量损失。 部分进汽损失。它包括: a.鼓风损失。动叶处在没有蒸汽流过的部分转动时，把蒸汽从动叶片一侧鼓到另一侧所产生的附加损失。b.弧端损失。汽流将动叶中滞止蒸汽推动所消耗的能量。 目前，用于垃圾发电的国内小功率汽轮机，由于技术陈旧，效率较低，汽耗、热耗较高。其大部分源于上世纪的国外早期技术，其工作转速为 3000rpm
6、,采用套装转子。尽管国内的生产厂家对这种早期的国外技4术进行了机型的改进，但整体设计方法和结构形式方面仍然没有根本性的改变。 自上世纪后期，在小功率汽轮机的设计与结构方面，国外的一流生产厂家已对其做出了革命性的改进。为此，我们从捷克 SKODA 引进了其90 年代的汽轮机技术，将汽轮机由原来的 3000rpm 提高到更高的转速，一般汽轮机的重量与其转速的 m 次方成反比 ,其中 1 m 2 提高转速的优点： n W 耗材 成本 z 、dm 可适当降低。 n u chsz 、dm 因为通流面积 ，所以 A 一定的情况下，dm 、e 端部损失 鼓风损失 弧端损失 汽轮机效率提高 本汽轮机采用冲动式
7、技术，冲动式叶轮和隔板结构久经考验。冲动式设计使每级有较大的焓降，比起反动级汽轮机可减少 50%的级数。它容许级间有较大的空间，允许应用多齿密封和厚度大的刚度和强度好的部件。 最大压降产生在隔板喷嘴，维持很小的压降用于转动轮毂及叶轮使最小的轴向推力作用于推力轴承。负荷的变化不会引起轴向推力很大的变化，从而使推力轴承十分可靠。 使用整锻转子的小直径和大的轮缘半径减少了热应力，因此允许负荷的快速变化。 5采用快装式的整体公共底盘布置方式，汽轮机的结构非常灵活，排汽口可以向上，也可以向下，当采用向上排汽的快装式结构时，汽轮机单层布置，安装简单，可以节省土建费用和工程工期。 汽轮机热力系统 汽轮发电机
8、组热力系统是根据客户提供的垃圾发电站的基本参数而设计的。本热力系统应满足如下： （1）汽轮机具有三级抽汽。一级供给空气预热器，预热垃圾焚烧炉一次风及烟气净化系统用汽。二级供给除氧器用汽，除氧器工作参数定为：压力约 0.27MPa（绝压） ，温度约 130。三级供给低压加热器。不设高压加热器。 （2）正常情况下，4 台垃圾焚烧余热锅炉产生的蒸汽首先保证 20 MW 机组做功使用。主凝结水由凝结水泵经汽封冷却器、低压加热器进入除氧器，经加热和除氧后由给水泵送入各垃圾焚烧余热锅炉。一级抽汽供锅炉空气预热器和烟气净化系统用汽。 （3）当 1 台余热锅炉检修时，此时 3 炉带 2 台 20MW 机组运行
9、。除氧器、烟气净化系统及焚烧炉一、二次风加热用汽由运行的汽轮机抽汽及余热锅炉产生的蒸汽供给。 （4）机组设供空气预热器和烟气净化系统用、除氧和低压加热器用的抽汽。 （5）供锅炉空气预热器和烟气净化系统用的一级抽汽，在加热工作介质后，其凝结水回收到除氧器，同时每台锅炉自身用于空气预热器用的蒸汽的凝结水也回到除氧器中。 6以其中的一台凝汽式汽轮发电机组为例，其热力系统图如下图所示：主蒸汽由锅炉出来后经过阀门及管道损失，由锅炉出口的压力 4.0MPa、温度 400，降低到汽轮机进口的 3.8MPa、温度 395。汽轮机在额定工况的主要技术参数如下表所示： 汽轮机热力系统主要包括汽轮机本体、辅机系统、
10、汽封及疏水系统和真空系统。此外由于垃圾焚烧发电的特殊性，在汽轮机需要检修或出现故障时，垃圾依然需要处理，即使汽轮机不发电，锅炉还要继续焚烧垃圾，故需增加汽轮机旁路系统。汽轮机冷凝器兼作旁路凝汽器使用。该系统共设置两台减温减压器，即一级旁路减温减压器和二级旁路减温减压器。旁路系统一级减温减压器安装在主蒸汽母管上，出口端通过蒸汽管道接至旁路二级减温加压器进口，旁路二级减温减压器集成在冷凝器喉部处。其热力系统图见右图： 结语 随着我国经济的不断发展及人民生活水平的不断提高，垃圾焚烧发电实现了变废为宝，其需求也将越来越大，发展前景相当广阔。 无害化垃圾焚烧发电可实现垃圾无害化，因为垃圾在高温（1000
11、左右）下焚烧，可进行无菌和分解有害物质，且尾气经净化处理达标后7排放，较彻底地无害化。垃圾焚烧后的残渣，只有原来容积的10%30%，从而延长了填埋场的使用寿命，缓解了土地资源紧张状态。因此，兴建垃圾电厂十分有利于城市的环境保护，尤其是对土地资源和水资源的保护，实现可持续发展。现时，垃圾焚烧处理量占总垃圾产量的 10%，焚烧热能用于发电和供热，需要新建日处理能力为 3.2 万吨的垃圾焚烧设备。 随着垃圾回收、处理、运输、综合利用等各环节技术不断发展，垃圾发电方式很有可能成为最经济的发电技术之一，从长远效益和综合指标看，将优于传统的燃煤发电。 1 蔡颐年.西安交大涡轮机教研室蒸汽轮机. 1974。 作者简介：王志煜（1984-） ，男，广东广州人，广重企业集团有限公司助理工程师，主要从事热能动力设备设计方面的工作。 李俊辉（1973 -） ，男，广东广州人，广重企业集团有限公司助理工程师，主要从事热能动力设备设计方面的工作。
