提升我国垃圾焚烧能源利用效率的方法

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。

黄立成

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。
一、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。
二、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。
三、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。