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(biāo)煤熱量)，垃圾焚燒發(fā)電廠均配置小功率的汽輪機(jī)組，采用定壓啟動的運(yùn)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(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)低壓段葉片級數(shù)就必須增加。又因垃圾熱值會隨季節(jié)波動，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，對汽輪機(jī)的選型合理性進(jìn)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(jī)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(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)特點分析

1.1 汽輪機(jī)技術(shù)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(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臺比利時西格斯的焚燒爐，形式為多級傾斜式往復(fù)排爐，單臺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)計值為7118kJ/kg。配套的2臺汽輪機(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)，型號為C30-3.8/1.7/395型，配套2×32MW的發(fā)電機(jī)組。采用定壓啟停方式。汽輪機(jī)相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)見表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)行校核計算。

以下結(jié)合寶安垃圾發(fā)電廠2臺焚燒爐匹配1臺汽輪機(jī)組的滿負(fù)荷實際運(yùn)行工況下的相關(guān)數(shù)據(jù)，應(yīng)用以上計算公式，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，見表2。

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

由表2計算結(jié)果可知，在滿負(fù)荷運(yùn)行工況下，也即2臺焚燒爐達(dá)到最大出力工況時，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，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，主蒸汽經(jīng)旁路系統(tǒng)減溫減壓后排至凝汽器。同時設(shè)置啟動、低負(fù)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(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，焚燒爐燃燒產(chǎn)生的新蒸汽直接經(jīng)過減溫減壓后進(jìn)入旁路高壓凝汽器冷凝為旁路凝結(jié)水，旁路凝結(jié)水通過旁路凝結(jié)水系統(tǒng)進(jìn)入除氧器。同時開啟啟動、低負(fù)荷減溫減壓器系統(tǒng)，新蒸汽經(jīng)過減溫減壓后分別進(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(yīng)，同時有利于汽輪機(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)行時加熱汽源來自于汽輪機(jī)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(jī)械式彈簧減壓閥將加熱蒸汽減壓來達(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)緊力而開啟閥門，但在實際運(yùn)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(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)生彈簧卡澀而無法正常開啟，除氧器供汽量不足。通過改造減壓閥和增設(shè)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(jī)組加熱蒸汽通過均壓箱后供汽輪機(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,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(dāng)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(jī)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(shè)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(shè)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(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高，則易造成汽輪機(jī)組軸封體松動，而較大熱應(yīng)力作用會造成機(jī)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(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)計調(diào)溫裝置，運(yùn)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(jìn)汽量來調(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)汽量也會影響機(jī)組汽封壓力的穩(wěn)定，長期運(yùn)行則對機(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)減溫裝置來解決此問題。

3 結(jié) 論

本文對寶安垃圾焚燒發(fā)電廠汽輪機(jī)選型的合理性和旁路系統(tǒng)的技術(shù)特點進(jìn)行了分析，結(jié)合實際數(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。