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全球二氧化碳排放量的持續(xù)增加，帶來了一系列的社會問題，如全球每年因空氣污染導(dǎo)致的死亡人數(shù)正在持續(xù)增多等。在這樣的背景下，提升能源利用效率已經(jīng)成為應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵。
2023(第十屆)上海固廢熱點(diǎn)論壇現(xiàn)場，上?？岛悱h(huán)境科技有限公司技術(shù)中心常務(wù)副總經(jīng)理黃立成指出，通過升級改造垃圾焚燒處理設(shè)施，提升綠色低碳發(fā)展水平，可以使垃圾焚燒發(fā)電達(dá)到能源替代、節(jié)能增效和資源再生的要求。他強(qiáng)調(diào)，與歐洲國家相比，目前我國垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的能源利用效率還相對較低，但是潛力巨大。論壇現(xiàn)場，他也重點(diǎn)介紹了康恒環(huán)境在這方面的積極探索經(jīng)驗(yàn)。
01 提升能源利用效率是應(yīng)對氣候變化的關(guān)鍵
目前能源利用溫室氣體占全球排放總量的比例為73.2%，從能源利用細(xì)分領(lǐng)域溫室氣體排放占比來看，工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸、建筑行業(yè)等占比相對較高。在全球能源供需緊張的背景下，可再生能源扮演著重要角色，可再生能源在全球電力供給中的作用日益重要。
提供經(jīng)濟(jì)適用的清潔能源已經(jīng)成為聯(lián)合國17個可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)之一。從2010年到2021年，全世界可再生能源在最終能源消費(fèi)中的占比從16%上升到了19.44%。
國際上，多個國家也發(fā)布了相應(yīng)的能源產(chǎn)業(yè)扶持政策。包括上調(diào)可再生能源發(fā)展的目標(biāo)，如歐盟2021年將2030年可再生能源占一次能源的比重目標(biāo)從32%提升至40%，要求所有成員國為之努力；我國明確提出到2030年風(fēng)電、太陽能發(fā)電總裝機(jī)容量達(dá)到12億千瓦以上等。其次也包括一些支持或調(diào)整核能發(fā)展的規(guī)劃，如俄羅斯：計(jì)劃在2035年前新建10臺大型核電機(jī)組，將核能發(fā)電占比提高到25%；而在加快氫能產(chǎn)業(yè)布局方面，英國、德國、日本、韓國等都有發(fā)布相關(guān)的政策支持文件。
2022年6月，我國生態(tài)環(huán)境部等部門聯(lián)合印發(fā)了《減污降碳協(xié)同增效實(shí)施方案》，其中，突出協(xié)同增效，推進(jìn)固體廢物污染防治協(xié)同控制。強(qiáng)調(diào)開展產(chǎn)業(yè)園區(qū)減污降碳協(xié)同創(chuàng)新，升級改造垃圾焚燒設(shè)施，提升綠色低碳發(fā)展水平。黃立成指出，通過升級改造垃圾焚燒處理設(shè)施，提升綠色低碳發(fā)展水平，可以使垃圾焚燒發(fā)電達(dá)到能源替代、節(jié)能增效和資源再生的要求。
02 垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)能源管理的現(xiàn)狀如何？
對垃圾焚燒發(fā)電廠和傳統(tǒng)火力發(fā)電廠能量轉(zhuǎn)化效率進(jìn)行比較，可以看出，垃圾焚燒發(fā)電廠全廠發(fā)電效率目前在約26%，火電廠約41%。供電效率，垃圾焚燒發(fā)電廠約22%，火電廠約39%，垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目供電效率約為火電廠的56%，所以它的能源利用效率還很低。
黃立成指出，垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目能源利用率低的原因有以下幾點(diǎn)：
第一，垃圾焚燒鍋爐主蒸汽參數(shù)低下，垃圾發(fā)電項(xiàng)目常規(guī)主蒸汽參數(shù)為4.0MPa，450℃到6.4MPa，485℃之間，全廠發(fā)電效率約為22.3%——26%之間。主要制約因素有三：垃圾成分復(fù)雜，煙氣腐蝕性強(qiáng)；防腐材料/防腐工藝成本高昂；相對火力發(fā)電，規(guī)模小。
第二，與歐洲相比，我國垃圾焚燒廠多為單純發(fā)電模式，熱量利用不充分。黃立成表示，國內(nèi)垃圾焚燒廠能效較歐洲還有較大差距，存在巨大提升空間。據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)分析，歐洲熱電聯(lián)產(chǎn)垃圾焚燒廠能效較純發(fā)電與純供熱焚燒廠高，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中熱電聯(lián)產(chǎn)焚燒廠平均全廠能效R1可達(dá)0.76，而我國大型垃圾焚燒廠平均全廠能效R1約0.58，存在巨大提升空間。
03 垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)如何提升能源管理效率？
以國內(nèi)某垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目為例，全廠發(fā)電效率約26%，凝氣損失占比約48.7%，排煙損失占比約14.7%，鍋爐等其他損失，如機(jī)械未燃燒、化學(xué)未燃燒以及散熱損失等占比為5.6%。黃立成認(rèn)為，提高發(fā)電能效、降低凝汽損失和排煙損失是提高能源利用效率的關(guān)鍵。
國際上已經(jīng)有很多垃圾焚燒行業(yè)的高效率電廠熱力系統(tǒng)的成功經(jīng)驗(yàn)。
如在提高蒸汽參數(shù)方面，意大利Naples，采用9MPa/500°C，全廠熱效率達(dá)到30.2%；在再熱循環(huán)系統(tǒng)方面，荷蘭阿姆斯特丹AEB，采用13MPa/440°C，采用汽包飽和蒸汽將高壓缸排汽再熱到330°C，全廠熱效率達(dá)到30%以上。此外，在熱電聯(lián)產(chǎn)及外部熱源組合式高效垃圾發(fā)電工藝方面，國際上也有很多嘗試和經(jīng)驗(yàn)積累。
基于此，黃立成介紹，康恒在提升能效上也積極采取了多種措施：一是高參數(shù)再熱，已經(jīng)得到了應(yīng)用；二是正在實(shí)施的煙氣余熱利用系統(tǒng)；三是實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)助力全廠能效提升。
高參數(shù)再熱發(fā)電技術(shù)能提升全廠能效，但面臨高難度的技術(shù)挑戰(zhàn)。如參數(shù)提高后，鍋爐高溫腐蝕，對于防腐蝕工藝、材料提出了更高的要求。而壓力提高之后會導(dǎo)致汽機(jī)排汽干度降低，汽機(jī)末級葉片水蝕風(fēng)險(xiǎn)增加。
針對這些技術(shù)挑戰(zhàn)，康恒環(huán)境做了很多實(shí)踐探索。
應(yīng)對鍋爐高溫腐蝕，康恒通過大數(shù)據(jù)模型的建立，來找尋解決辦法。通過分析40多個焚燒廠運(yùn)行早期至運(yùn)行末期的運(yùn)行數(shù)據(jù)，確定余熱鍋爐在一個運(yùn)行周期中運(yùn)行狀態(tài)，并通過記錄的運(yùn)行數(shù)據(jù)，反向校核鍋爐的熱力計(jì)算模型，達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)算鍋爐運(yùn)行各熱力計(jì)算參數(shù)；通過腐蝕曲線和壁溫計(jì)算手段，評判過熱器不同部位的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)。最終實(shí)現(xiàn)主蒸汽參數(shù)提高后，鍋爐各受熱面的腐蝕風(fēng)險(xiǎn)可控。
應(yīng)對汽機(jī)末級葉片水蝕，康恒實(shí)踐中，采用爐外除濕再熱技術(shù)有效解決水蝕問題，提高全廠發(fā)電效率。通過高壓缸抽汽加熱高壓缸排汽，使其除濕再熱后進(jìn)入低壓缸做功。這個系統(tǒng)的優(yōu)勢在于，控制方便：汽機(jī)抽汽再熱，系統(tǒng)簡單；配置靈活：可實(shí)現(xiàn)多機(jī)母管制運(yùn)行。設(shè)備優(yōu)勢也很明顯，汽機(jī)水蝕?。撼凉裨贌?，大大降低末級葉片濕度；鍋爐腐蝕?。褐髡羝麥囟鹊?，過熱器腐蝕?。辉贌岱绞匠墒欤航梃b核電成熟的MSR除濕再熱工藝。
如康恒在三河項(xiàng)目采用高參數(shù)再熱技術(shù)，全廠發(fā)電效率提高至31%。高參數(shù)及爐外再熱發(fā)電技術(shù)大幅提高發(fā)電效率，增加碳減排量，三河項(xiàng)目的碳減排增量達(dá)到了5.87萬t CO2。
煙氣余熱利用也是康恒環(huán)境探索的關(guān)鍵部分。隨著環(huán)保要求越來越高，眾多垃圾焚燒發(fā)電廠配置了SCR系統(tǒng)。黃立成介紹，SCR系統(tǒng)出口煙氣溫度一般在180℃，直接排放就造成了熱量的浪費(fèi)。
康恒實(shí)踐中，在SCR系統(tǒng)出口采用煙氣余熱利用技術(shù)回收熱量，提升能源利用效率。以某2x750t/d項(xiàng)目為例，余熱回收系統(tǒng)將煙氣溫度由180℃降低至130℃。
在康恒新會、大名項(xiàng)目中，在SCR系統(tǒng)出口采用煙氣余熱利用技術(shù)，經(jīng)計(jì)算，新會項(xiàng)目規(guī)模為2×750t/d，SCR出口煙氣溫度由180℃降至130℃，全廠發(fā)電效率提升1%。大名項(xiàng)目規(guī)模為1×500t/d，SCR出口煙氣溫度由180℃降至140℃，全廠發(fā)電效率提升0.8%。
實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)能夠助力全廠能效提升。這方面主要強(qiáng)調(diào)的是對外供汽和供熱?？岛阍邳S島項(xiàng)目中，采用高背壓凝汽機(jī)組，利用汽機(jī)排汽進(jìn)行供熱，供熱量大，目前正在實(shí)施。在寶清的項(xiàng)目中，利用煙氣余熱深度利用系統(tǒng)，充分利用排煙中的水蒸汽潛熱，使機(jī)組COP高達(dá)3——3.5。
目前，康恒的項(xiàng)目已經(jīng)遍布全國各地。截止到今年6月，垃圾焚燒發(fā)電項(xiàng)目約有73個，規(guī)模近11萬噸/日；污泥處置規(guī)模超2899噸/日；餐廚廚余垃圾處置規(guī)模超1460噸/日；建筑垃圾處置規(guī)模超1000噸/日。
代表性的項(xiàng)目如首臺國產(chǎn)千噸爐排投產(chǎn)項(xiàng)目三河項(xiàng)目、低碳靜脈產(chǎn)業(yè)園協(xié)同處置項(xiàng)目南寧雙定循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)園、獲得中國建設(shè)工程魯班獎的青島西海岸新區(qū)靜脈產(chǎn)業(yè)園項(xiàng)目、生態(tài)環(huán)境部宣傳教育中心實(shí)踐基地之一的西安高陵項(xiàng)目。
同時(shí)，康恒環(huán)境也在積極走出去。2014年，康恒成立國際事業(yè)部，聚焦東南亞，深入非洲，布局南美、歐洲、澳洲。2019年，康恒與中投公司、法國國家投資銀行、法國Quadran公司在巴黎愛麗舍宮，在中法兩國領(lǐng)導(dǎo)人的共同見證下簽訂了《可再生能源開發(fā)平臺共建工作協(xié)議》，鎖定首批20億歐元項(xiàng)目投資意向。目前康恒的設(shè)備技術(shù)已經(jīng)供應(yīng)全球1469個垃圾焚燒發(fā)電廠。
黃立成表示，康恒環(huán)境希望幫助更多的發(fā)展中國家實(shí)現(xiàn)固廢的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。
原標(biāo)題：我國垃圾焚燒能源利用潛力巨大，利用效率如何提升？
