垃圾焚烧电厂能源系统特征及效率优化研究

摘要：目前，我国对电能的需求不断增加，垃圾焚烧电厂建设越来越多。由于我国垃圾焚烧电厂余热回收水平较低、热电联产发展较晚等因素，目前我国垃圾焚烧电厂能效水平较低，对我国垃圾焚烧电厂的能源系统特征及效率优化进行深入研究尤为重要。本文首先分析垃圾焚烧发电厂的主要生产工艺，其次探讨垃圾焚烧电厂能源系统特征及效率优化，对能源可持续发展具有重要意义。

关键词：垃圾焚烧；发电厂；能源利用效率

引言

随着全球能源结构的深刻转变，传统化石能源正逐步被可再生能源、清洁能源所替代。在这一背景下，智能电网技术得到了前所未有的发展和推广，它不仅能实现电网的智能化管理，还能有效整合各类分布式能源资源。然而，这种转变同时带来了新的挑战。垃圾焚烧电厂可结合热电联产技术，将发电产生的余热输送至城市热网，用于居民区供热。且由于垃圾焚烧电厂常建于负荷中心附近，相较远离市区的火电厂更具地理优势，可以有效减少管网建设成本，同时降低热网传送过程中的热能损耗，提高电厂能源利用效率。然而，我国垃圾焚烧电厂热电联产起步较晚，与供热结合的垃圾焚烧电厂较少，这也是我国垃圾焚烧电厂平均能效显著低于欧盟等发达国家的主要原因之一。

1垃圾焚烧发电厂的主要生产工艺

垃圾焚烧发电厂通过一系列精细且环保的生产工艺，将城市垃圾转化为电能，实现了垃圾的无害化、减量化和资源化利用。以下是垃圾焚烧发电的主要生产工艺。垃圾在由专门车辆运抵发电厂后，会经过严格检视和精确称重被卸载至封闭的卸料平台，并被迅速转运至大型垃圾池内。经过数日的混合、发酵和脱水等预处理后，垃圾会被垃圾吊抓取并投入焚烧炉的投料口。在焚烧炉内，垃圾被炉排按照设定的速度推送，并进行干燥、燃烧和燃烬。在整个燃烧过程中，炉排会保持持续运动，以确保垃圾均匀、充分燃烧。焚烧产生的高温烟气会经过专门的烟道进入余热锅炉。在锅炉内，烟气与水进行热交换，将水加热成高温、高压的过热蒸汽。这些过热蒸汽随后驱动汽轮发电机组运转，将热能转化为机械能，并进一步通过发电机将机械能转化为电能。产生的电能在经过变压器升压后，接入电网，供所在地区的用户使用。垃圾焚烧过程中产生的渗滤液和烟气会经过环保处理后作进一步处理。其中，渗滤液通过专门的管道输送至厂内污水处理站，经过多道工序处理，达到排放标准后进行排放，或者直接用于发电厂的冷却等。焚烧产生的烟气则经过除尘、脱硫、脱硝等净化工艺处理，去除其中的固体颗粒物和有害气体，达到环保标准后进行排放。焚烧产生的炉渣经过冷却和筛分后，作为建筑材料或填埋场的覆盖材料加以利用，飞灰会在经过固化处理，并经一定时间养护后运往填埋场进行安全填埋。

2垃圾焚烧电厂能源系统特征及效率优化

2.1一次风预热改造

以供暖季为例，分别采用烟气+一级抽汽替代原有的一级抽汽+主蒸汽作为两级空预器的热源。该方案可有效减少两级空预器的两侧流体温差，减小系统能源品位损失。

2.2双层级VPP负荷优化配置策略

综合能源系统中，多元化的能源生产方式，如光伏发电、风力发电和燃气发电，共同为系统提供稳定、多样的能源。EV，作为一种分布式资源，与微网结合，构建了一个灵活的能源储备与调度网络，可有效提升系统的储能容量及供电灵活性。为实现能源的精准管理，控制中心与拥有强大数据处理能力的云中心紧密协作，对各种能源进行高效调控。此外，为解决由大规模分布式资源接入电网后可能引发的负荷问题。VPP双层优化配置框架包括了下层结构和上层架构：下层结构运用聚类算法，将众多EV有效地集结成一个统一的聚合体，以便于统一管理和调控；上层架构的控制中心会先根据光伏、风电等分布式能源的预期数据构建功率模型，进而计算出全部EV的总充放电功率需求。随后，结合不同地区EV的充电负荷预测，将整体功率需求细化分配给各个代理商。

2.3规范开展安全检查

首先，明确安全检查的种类与职责。发电厂应明确不同层级的安全检查种类和对应的职责。例如，专业工程师负责日常的设备设施巡查，值长负责当班期间的生产现场巡查，部门负责人进行定期的消防安全检查，公司分管负责人在重要时段组织全面的安全检查。安全管理部门负责日常的监督检查和专业检查的组织，确保各项安全措施得到有效执行。其次，建立安全责任制。在明确安全检查种类与职责后，发电厂应建立健全安全责任制，明确各级管理人员和操作人员的安全职责和权限。通过强化责任追究，形成震慑效应，促使员工自觉遵守安全规定，确保生产活动安全稳定开展。最后，规范问题整改流程。当安全检查发现问题时，相关人员应迅速采取行动，先详细记录问题，并下达整改通知书给相关责任人，明确整改要求和期限，随后跟踪整改进度，并在整改期限结束后进行复查和评估。

3.4沼气高效利用改造

园区内渗滤液处理（发电作业区）及厨余垃圾处理（餐厨作业区）经厌氧系统处理后均产生大量沼气，部分沼气用于浸没式燃烧处理渗滤液浓缩液，剩余沼气燃烧排空，存在较大的“高能低用”及资源浪费现象。基于此，本方案将从MVR系统取缔浸没式燃烧及沼气发电两方面进行优化改造。（1）MVR系统取缔浸没式燃烧以供暖季为例，渗滤液浓缩液处理过程中MVR系统需消耗二级抽汽10.37t/h，浸没式燃烧消耗沼气257.66m3/h。若取消浸没式燃烧，完全使用MVR系统处理渗滤液浓缩液能显著减少沼气的消耗，实现能源利用的高效化发展。计算得MVR系统取缔浸没式燃烧后，可有效节省沼气量257.66m3/h，但由于耗蒸汽量增加，该方案会影响发电量0.29MW。（2）沼气内燃机组发电有学者研究表明采用沼气内燃机组是最高效的厌氧沼气利用方式，每立方米沼气最终可发电约2kWh。因此，采用沼气内燃机组发电作为改造方案，以供暖季典型日为例进行计算，计算结果表明如回收所有渗滤液处理、厨余垃圾处理产生的沼气，最终可增加发电量0.72MW。

3.5算例仿真

因为新能源最优消纳与净负荷波动的限制约束，新能源的接入降低了碳捕集燃煤机组的净出力，为保证峰时净负荷波动满足约束，模型2与模型3减小了电锅炉的耗电量，同时经3类TIDR资源所调节的热负荷曲线也趋于平滑，使得燃气轮机可以平稳进行热能的供给，弥补了电锅炉的热功率缺额。燃气轮机的电能稳定供应也减轻了燃煤机组的供能压力，降低了启、停成本与煤耗成本，进一步验证了本文模型在低碳运行方面的优势。针对各模型在各阶段的机组运行情况与能耗情况进行细致分析。因为各调度阶段的机组出力原理相似，因此，对机组运行情况进行分析。降低燃煤机组净出力进而提供部分上旋转备用，分担燃煤机组的备用容量，减少了燃煤机组的启、停次数，减小了系统的运行成本与碳排放量。在日前调度阶段，模型碳排差异主要取决于风、光功率的消纳水平，其直接影响着被替代的燃煤机组出力，弃风、弃光量越少，被替代的燃煤机组出力越多，碳排量越少。

结语

垃圾焚烧发电厂的安全管理是一项长期的工作，需要公司、部门、外协单位的共同努力。目前，垃圾焚烧发电厂存在的安全风险主要包括火灾爆炸风险、锅炉爆炸风险、中毒窒息风险和其他风险。针对这种情况，发电厂要从安全教育培训、消防安全管理、易燃易爆物品管理、电气安全管理、设备管理、高风险作业管理、安全检查、安全应急演练，以及作业场所职业危害防护与管理等方面入手，开展精细化、全面化的安全管理，以管控风险源，降低安全管理事故的发生率。

参考文献

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