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(duì)于標(biāo)煤熱量)，垃圾焚燒發(fā)電廠均配置小功率的汽輪機(jī)組，采用定壓?jiǎn)?dòng)的運(yùn)行方式，同時(shí)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(jī)的主蒸汽溫度不高易導(dǎo)致汽輪機(jī)低壓段濕蒸汽區(qū)擴(kuò)大，為了避免低壓段的水蝕，汽輪機(jī)低壓段葉片級(jí)數(shù)就必須增加。又因垃圾熱值會(huì)隨季節(jié)波動(dòng)，導(dǎo)致鍋爐主蒸汽流量和參數(shù)變化幅度也相當(dāng)大，所以首選具有較強(qiáng)變工況運(yùn)行能力的汽輪機(jī)組[4]。

本文結(jié)合垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)組及其熱力系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)，對(duì)汽輪機(jī)的選型合理性進(jìn)行了計(jì)算分析，同時(shí)針對(duì)國(guó)內(nèi)典型垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)組熱力系統(tǒng)方面存在的問(wèn)題，給出了合理的優(yōu)化措施，其分析結(jié)論適用于同類型機(jī)組。

1 寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)及其相關(guān)熱力系統(tǒng)特點(diǎn)分析

1.1 汽輪機(jī)技術(shù)特點(diǎn)

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(qiáng)、變工況能力強(qiáng)的中壓或次高壓凝汽式汽輪機(jī)。寶安垃圾焚燒發(fā)電廠二期工程配置4臺(tái)比利時(shí)西格斯的焚燒爐，形式為多級(jí)傾斜式往復(fù)排爐，單臺(tái)焚燒爐日處理垃圾量為750t，日處理能力可達(dá)4200t，垃圾低位熱值設(shè)計(jì)值為7118kJ/kg。配套的2臺(tái)汽輪機(jī)由南京汽輪電機(jī)有限責(zé)任公司制造，中壓、單缸、抽汽、凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為C30-3.8/1.7/395型，配套2×32MW的發(fā)電機(jī)組。采用定壓?jiǎn)⑼７绞?。汽輪機(jī)相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 寶安垃圾發(fā)電廠(二期)汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)

1.2汽輪機(jī)選型合理性分析

垃圾焚燒發(fā)電廠不同于火力發(fā)電機(jī)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(jī)選型合理性的角度來(lái)分析，汽輪機(jī)的額定容量成為關(guān)鍵分析因素，既要選取額定功率較小的汽輪發(fā)電機(jī)組，同時(shí)也要避免汽輪發(fā)電機(jī)組的額定功率太小，導(dǎo)致與鍋爐出力不相匹配的情況發(fā)生。以下對(duì)寶安垃圾焚燒發(fā)電廠的汽輪機(jī)選型情況進(jìn)行校核計(jì)算。

以下結(jié)合寶安垃圾發(fā)電廠2臺(tái)焚燒爐匹配1臺(tái)汽輪機(jī)組的滿負(fù)荷實(shí)際運(yùn)行工況下的相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用以上計(jì)算公式，得出了機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行所需汽輪機(jī)的最大輸出功率，見(jiàn)表2。

表2 滿負(fù)荷運(yùn)行工況下汽輪機(jī)的功率計(jì)算結(jié)果

由表2計(jì)算結(jié)果可知，在滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，也即2臺(tái)焚燒爐達(dá)到最大出力工況時(shí)，汽輪機(jī)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(jī)組，滿足垃圾焚燒電廠的正常運(yùn)行，所以該廠汽輪機(jī)組的選型合理。

1.3 汽輪機(jī)組旁路系統(tǒng)特點(diǎn)分析

與常規(guī)火電廠不同，垃圾焚燒發(fā)電廠要求“停機(jī)不停爐”，年運(yùn)行時(shí)間一般要求不低于8000h，即當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)組因故障或檢修停機(jī)時(shí)，焚燒爐能夠保持正常連續(xù)運(yùn)行。所以垃圾焚燒發(fā)電廠均設(shè)置為汽輪機(jī)旁路系統(tǒng)運(yùn)行方式。汽輪機(jī)因故障停機(jī)時(shí)，主蒸汽經(jīng)旁路系統(tǒng)減溫減壓后排至凝汽器。同時(shí)設(shè)置啟動(dòng)、低負(fù)荷減溫減壓器系統(tǒng)，旁路蒸汽經(jīng)過(guò)減溫減壓后用于鍋爐空氣預(yù)熱器和除氧器的加熱蒸汽。目前旁路系統(tǒng)有兩種設(shè)計(jì)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(jié)水系統(tǒng)和旁路真空系統(tǒng)。當(dāng)汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，焚燒爐燃燒產(chǎn)生的新蒸汽直接經(jīng)過(guò)減溫減壓后進(jìn)入旁路高壓凝汽器冷凝為旁路凝結(jié)水，旁路凝結(jié)水通過(guò)旁路凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)入除氧器。同時(shí)開(kāi)啟啟動(dòng)、低負(fù)荷減溫減壓器系統(tǒng)，新蒸汽經(jīng)過(guò)減溫減壓后分別進(jìn)入除氧加熱蒸汽和空氣預(yù)熱器母管，分別用于鍋爐給水加熱除氧和焚燒爐空氣預(yù)熱器，以保證焚燒爐、余熱鍋爐和除氧器的正常運(yùn)行。此方案雖然相對(duì)于后一種增加了投資成本，但可以實(shí)現(xiàn)事故狀況下的快速響應(yīng)，同時(shí)有利于汽輪機(jī)降負(fù)荷的變工況運(yùn)行，大大提高了運(yùn)行的穩(wěn)定性和靈活性[6]。

2 機(jī)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(yùn)行時(shí)加熱汽源來(lái)自于汽輪機(jī)二段抽汽，調(diào)試啟動(dòng)期間由主蒸汽通過(guò)減溫減壓后的加熱蒸汽作為啟動(dòng)備用汽源。該廠初期通過(guò)機(jī)械式彈簧減壓閥將加熱蒸汽減壓來(lái)達(dá)到除氧器的壓力范圍，該閥門的工作原理是預(yù)先調(diào)整彈簧的預(yù)緊力，當(dāng)閥門入口壓力達(dá)到調(diào)整壓力后，克服彈簧預(yù)緊力而開(kāi)啟閥門，但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于啟動(dòng)初期主蒸汽壓力不穩(wěn)定，該閥門頻繁開(kāi)啟和關(guān)閉，需頻繁調(diào)整彈簧預(yù)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(shí)由于加熱蒸汽至除氧器的供汽母管沿途未設(shè)置疏水管路，導(dǎo)致管路中大量積水，積水中雜質(zhì)集聚到機(jī)械式彈簧減壓閥前，使得該閥門常發(fā)生彈簧卡澀而無(wú)法正常開(kāi)啟，除氧器供汽量不足。通過(guò)改造減壓閥和增設(shè)疏水管路解決了該問(wèn)題。

2.2 軸封供汽管道改造

寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)組加熱蒸汽通過(guò)均壓箱后供汽輪機(jī)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(dāng)均壓箱中壓力低于2.94kPa時(shí),二段抽汽作為備用軸封供汽通過(guò)該分配閥向均壓箱供汽,當(dāng)均壓箱中壓力高于29.4kPa ?時(shí),多余的蒸汽通過(guò)汽封壓力調(diào)整分配閥排入凝汽器。該廠啟動(dòng)初期在汽輪機(jī)前后汽封正常投入時(shí)，均壓箱壓力卻無(wú)法建立起來(lái)。初步分析為均壓箱供汽不足，通過(guò)計(jì)算分析得出設(shè)計(jì)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(shí)存在軸封回汽不暢的問(wèn)題，由于疏水系統(tǒng)設(shè)計(jì)未將無(wú)壓和有壓疏水分開(kāi)，造成有壓疏水通過(guò)無(wú)壓疏水管道時(shí)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(guò)將供汽管道直徑改造為108cm，增加了軸封供汽量，通過(guò)隔離有壓疏水管路，并通過(guò)均壓箱內(nèi)加熱蒸汽對(duì)軸封管道充分暖管疏水來(lái)解決軸封管道積水問(wèn)題(使表述清晰)，建議該廠需對(duì)疏水系統(tǒng)的有壓和無(wú)壓管道分別布置。

2.3 軸封供汽溫度調(diào)整

該廠汽輪機(jī)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(guò)高，則易造成汽輪機(jī)組軸封體松動(dòng)，而較大熱應(yīng)力作用會(huì)造成機(jī)組動(dòng)靜摩擦，影響轉(zhuǎn)子壽命;軸封溫度過(guò)低則易使軸封供汽帶水進(jìn)入汽輪機(jī)機(jī)組。由于該廠二段抽汽供均壓箱和軸封供汽均未設(shè)計(jì)調(diào)溫裝置，運(yùn)行期間會(huì)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)供汽溫度大于220℃的情況，目前只能通過(guò)調(diào)整均壓箱進(jìn)汽量來(lái)調(diào)整溫度，這一方面增加了運(yùn)行人員操作量，另一方面調(diào)整進(jìn)汽量也會(huì)影響機(jī)組汽封壓力的穩(wěn)定，長(zhǎng)期運(yùn)行則對(duì)機(jī)組安全產(chǎn)生一定的影響，故建議該廠在均壓箱處增設(shè)減溫裝置來(lái)解決此問(wèn)題。

3 結(jié) 論

本文對(duì)寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)選型的合理性和旁路系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了分析，結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)得出該廠配置的汽輪機(jī)組與鍋爐出力基本相匹配，滿足垃圾焚燒電廠的正常運(yùn)行。盡管該廠汽輪機(jī)選型和旁路系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和軸封供汽方面均存在一定的問(wèn)題，因此必須通過(guò)實(shí)際分析給出合理的解決方案。本文對(duì)于同類型垃圾焚燒發(fā)電廠具有一定的借鑒意義。