1概述
2015年,全国共有246个大、中城市生活垃圾产生量约为18564.0万t。截至2015年,共建设生活垃圾无害化处理厂(场)890座,其中填埋场640座,焚烧厂220座,堆肥及其他类型处理厂(场)30座。随着土地资源越来越紧张,各地"垃圾围城无地可埋",生活垃圾焚烧发电具有的占地小、处理时间短、减量化显著、最终处置的无害化程度高以及可回收垃圾焚烧预热等优势越来越突出。解决国内生活垃圾处理问题,垃圾焚烧是必由之路。
生活垃圾焚烧发电从国外发达国家开始发展至今大约100多年以来,从处理技术、工艺、设备到渗滤液、烟气净化、飞灰、炉渣等的治理水平,都已经实现了可控在控的基本目标。近年来,国内生活垃圾焚烧发电技术得到快速发展,国内垃圾焚烧发电企业数量增长迅速,为实现垃圾“无害化、减量化、资源化”处理目标提供了一种切实有效、可持续发展的解决方案。根据《固定资产投资项目节能审查办法》(中华人民共和国国家发展和改革委员会令[2016]第44号),垃圾焚烧发电项目必须开展节能评估工作,对项目能源利用是否科学合理进行分析评估。
2垃圾焚烧发电节能评估主要内容
从项目特点出发,垃圾焚烧发电节能评估主要内容包括:
(1)建设方案节能评估,包括项目机组选型节能评估,主要用能系统节能评估,主要耗能设备能效评估,辅助生产及附属生活设施节能评估,以及能源计量器具配备方案节能评估等。
(2)节能措施评估,既包括采用的高效节能设备、先进的生产工艺以及供配电系统设计等技术方面的节能措施评估,也包括节能管理和能源计量管理等管理上的节能措施评估。对这些节能措施的技术可行性、经济可行性以及节能效果进行分析,选取节能效果好、技术经济可行的节能技术和管理措施。
(3)项目能源消费及能效水平评估。从项目能源消费量、能源消费结构、能源效率等方面进行分析;对所在地完成能源消耗总量和强度目标、煤炭消费减量替代目标的影响等方面进行分析评价。
以下对三种主要评估内容进行详细介绍。
2.1建设方案节能评估
主要用能系统节能评估中,主要用能工艺为主机单元,包括焚烧炉、余热锅炉与汽轮发电机组。该单元通过焚烧炉、余热锅炉将生活垃圾(化学能)转化为蒸汽(热能),再由汽轮机将热能转化为机械能,最后通过发电机组将机械能转化为电能。主要耗能设备为一次、二次风机、水泵及变压器等设备,按照项目设备规格型号,对比设备能效限定标准和《全国工业能效指南》,分析各设备能效水平,推荐选择1级能效水平的设备,若不能达到,建议重新选型。对于大型用电设备,推荐选用变频设备。故项目机组选择方案应从垃圾处理量和垃圾热值出发,兼顾规范、产业政策对垃圾焚烧处理规模的推荐,在焚烧炉、余热锅炉、汽轮机及发电机的选型上,选择适合项目的焚烧炉型,热效率高、能量利用率高、运行可靠的余热锅炉,以及节能高效汽轮机和发电机。
焚烧炉是垃圾焚烧发电厂极其重要的核心设备,它决定着整个垃圾焚烧发电厂的工艺路线与工程造价,生产厂家的选择也决定了产品质量以及能源利用效率。《城市生活垃圾处理及污染防治技术政策》指出:“目前垃圾焚烧宜采用以炉排炉为基础的成熟技术,审慎采用其它炉型”。《城市生活垃圾焚烧处理工程项目建设标准》对各类处理规模的垃圾焚烧发电厂推荐了焚烧生产线,如Ⅲ类处理规模,焚烧生产线宜为2~4条。
余热锅炉通过吸收垃圾焚烧生产的热量,以产生具有给定参数的蒸汽,主要用于汽轮机发电以及预热燃烧空气,是与焚烧炉配套设计的专用锅炉。蒸汽参数直接影响到余热锅炉的制造成本、运行成本、热效率和焚烧厂的收益。综合多年运行情况,中温中压和中温次高压两种工况的经济效果基本相当。因锅炉设备费及运营维修费用,国内外已建成的垃圾焚烧厂中,约90%以上采用中温中压参数。
汽轮发电系统是为提高垃圾焚烧发电厂的经济性,并防止对大气环境的热污染,从而对焚烧过程产生的热能进行回收利用,选择效率高的汽轮发电系统是衡量垃圾发电量的重要标准之一。
垃圾发电辅助生产系统为供水设施、污水处理设施、烟气净化设施、电气设施等;附属生活设施主要为综合楼、照明和生活用水设施等,此部分节能评估主要分析辅助生产及附属生活设施主要用能设备,分析节能措施,推荐能源的重复利用,阶梯利用,采用节能设备,提高设备的能效水平。
能源计量器具配备方案从合理配置满足生产经营需要的各种能源计量器具,同时配备专职的节能专工、计量专工,持证上岗,负责能源计量专业的各方面管理工作等方面来进行节能评估。
2.2节能措施评估
项目生产过程中实际消耗的能源品种包括生活垃圾、二次能源(柴油)和耗能工质(水)以及生活垃圾焚烧发电的电力,全厂用电除启动外,可自给自足,多余发电量还可并入电网。垃圾发电本身是废物综合利用项目,可将垃圾中的能源回收且资源化。节能措施评估主要含主机选型、设备选型、供配电系统设计等技术方面的节能措施;保温设计、建筑节能措施;以及节能管理和能源计量管理等管理上的节能措施。如保温设计措施,因项目特点所致,项目有热力设备和汽水管道,根据《设备及管道绝热技术通则》、《设备及管道绝热设计导则》、《工业设备及管道绝热工程设计规范》,选择合适的保温材料和外保护层,可以减少热量损失,提高全厂的热效率。
对这些节能措施的技术可行性、经济可行性以及节能效果进行分析,针对节能方面存在的问题、可继续完善的环节,提出相应的节能措施或建设方案调整意见,并从其节能效果和经济性方面进行评估,选取节能效果好、技术经济可行的节能技术和管理措施。
2.3项目能源消费及能效水平评估
对节能评估前后项目能源利用状况进行分析,根据《综合能耗计算通则》等标准,按能耗种类核算了节能后项目年综合能源消费量,对于节能前后项目能耗情况进行了对比分析,即分析采取措施后,项目生产运行中可节约的能耗。
结合区域能源发展规划以及能源消费增量,评估分析项目对所在地能源消费影响增量的影响,所占比例较小,对所在地能源消费增量的影响非常有限。
选择《国家节能中心节能评审评价指标》中项目新增能源消费量占所在地能源消费增量控制数比例(m%)和项目增加值能耗影响所在地单位GDP能耗的比例(n%),来判断评估项目对所在地完成节能目标的影响程度,如影响程度较大,不推荐该项目或者建议其改变技术方案。
项目能效水平评估指标推荐选择发电标准煤耗、供电标准煤耗、发电厂用电率、单位产值综合能耗以及万元工业增加值能耗,与国内同类型先进生产企业和区域能耗指标对比,结合项目特点,分析项目整体能效水平。
3案例分析
某县级市生活垃圾焚烧发电项目拟建设2台250t/d焚烧炉,余热锅炉采用2台中温中压(4MPa,400℃)余热锅炉,汽轮发电机组为1套10MW凝汽式机组,建设内容包括垃圾接收及贮存系统、垃圾焚烧系统、余热锅炉系统、烟气净化系统、汽轮发电系统、炉渣飞灰处理系统和与之配套的公辅设施。焚烧炉推荐采用机械炉排炉。项目各种能源消费总量见表1。

项目年综合能源消费量折合标准煤当量值为21934.99tce,等价值为4135.52tce;能量利用率为20.44%。项目年能源消耗总量占所在省“十二五”能源消费增量的0.013‰,占该县级市“十二五”能源消费增量的0.59%,对所在地能源消费增量的影响非常有限,不会对当地能源的正常使用产生较大影响。
与区域能耗指标对比分析见表2,拟建项目单位产值能耗和万元工业增加值能耗优于该市2015年区域能耗指标。

主要能效指标与同行业的对比见表3。

由表3可知,该项目发电煤耗为511.2gce/kW·h,供电煤耗601.8gce/kW·h,拟建项目稍低于国内先进企业,优于国内平均水平,主要能效指标处于国内一般。这与拟建项目焚烧生产线规模小,因区域环境受限,需自建供水设施、出水水质要求更严有关。
4讨论
(1)目前研究者提出的垃圾发电标准煤耗、供电标准煤耗等,仅计算一般能源,未将生活垃圾计入消耗能源之内,垃圾发电是以其为原/燃料,应参考火电、天然气等类型发电项目,将原/燃料计入能耗之中;且厂用电率作为技术经济指标,可纳入对比指标。
(2)垃圾发电项目变废为宝,从生活垃圾处理方式对比分析,焚烧发电在其利用上更具有发展前景。各地区垃圾热值存在差异,对于这种能源而言,热值过低,在发电热值相对煤炭、天然气而言较低,不具对比性,应从同类型生产实例对比,分析项目能效水平。
(3)生活垃圾焚烧发电技术日益进步,其节能评估也应及时加入新技术、新设备的节能措施,使其能源利用更科学更合理。
5结语
(1)基于我国国情和技术成熟度考虑,生活垃圾焚烧发电因其优势而受到了市场青睐,本文对生活垃圾焚烧发电项目节能评估主要内容进行了分析研究。
(2)以某县级市生活垃圾发电项目为案例进行分析,依据项目特点,计算其各种能源消费总量,与区域能耗指标、同行业能效进行分析对比,结合项目特点分析其能效水平。
(3)对目前研究者提出的能效指标计算方式提出异议,也建议结合项目特点分析对比,节能评估应与时俱进,笔者观点更有现实意义。