一种火电厂耦合垃圾焚烧发电系统
技术领域
本实用新型涉及垃圾焚烧发电领域，具体涉及一种火电厂耦合垃圾焚烧发电系统。
背景技术
我国煤炭资源丰富，是主要的能源结构。煤燃烧时产生能量，并通过发电动力装置转换成电能。但是煤燃烧不可避免地带来二氧化碳气体的排放。为了节能减排，通常需要其它燃料作为补充的能源结构，提高发电效率，降低污染排放。
城市生活垃圾已经成为当今世界最严重的公害之一。目前, 国内外广泛采用的城市垃圾处理方式主要有卫生填埋、焚烧、堆肥和综合利用4种。长期以来中国绝大部分城市采用露天堆放、自然填沟和填埋的原始方式处理城市垃圾, 这种处理方式对土壤、地下水、大气等都会造成不利的影响和潜在的危害。垃圾问题实际上已经阻碍了人民生活水平的进一步提高和城市建设的发展。
中国在2000年垃圾产生量已达1.5亿多吨, 占世界总量的四分之一以上, 而且每年以8%～10%的速度增长。中国是世界上13个贫水国之一,全国668座城市中有400 多座城市缺水, 其中110座城市严重缺水。而中国历年堆放的垃圾中的重金属以及在腐败过程中产生的病原微生物等,使一些城市的水源遭到污染,造成了严重的危害。发达国家城市垃圾处理的发展历程表明,垃圾焚烧处理具有占地面积小、选址较容易、处理快速、减量化显著、无害化较彻底以及可回收焚烧余热等优点, 在世界各国得到越来越广泛的应用。全世界每年垃圾焚烧量约为1.1亿吨, 绝大部分的垃圾焚烧处理厂分布于发达国家。日本现有焚烧厂约1900座, 每年焚烧处理量近4 千万吨, 是世界上垃圾焚烧处理规模最大的国家。我国垃圾处理的发展趋势是:在分类收集基础上的再生利用越来越受到重视;垃圾填埋的标准将越来越高, 比例将逐步下降;垃圾焚烧将稳步发展, 焚烧余热利用特别是余热发电的比例将有所上升。
但目前的垃圾焚烧发电机组建设成本高昂，特别是除了垃圾焚烧锅炉之外的蒸汽轮机及发电机及烟气处理系统占总投资额的很大比例。
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种火电厂耦合垃圾焚烧发电系统，将垃圾焚烧锅炉与火电厂电站锅炉进行耦合，且垃圾焚烧锅炉和电站锅炉共用一套烟气处理系统和汽轮机及发电机，可极大降低垃圾燃烧后的烟气处理成本，并利用垃圾焚烧锅炉实现火电厂的燃料灵活性和负荷灵活性。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种火电厂耦合垃圾焚烧发电系统，包括电站锅炉和汽轮机，电站锅炉的主蒸汽管路与汽轮机相连通；所述电站锅炉包括汽包、过热器、省煤器、烟道和烟气处理系统，所述汽包、过热器、省煤器、烟道和烟气处理系统依次连通；系统还包括垃圾焚烧锅炉，所述垃圾焚烧锅炉包括入料口、蒸汽出口、烟气出口、炉渣排出口，所述入料口通过垃圾输送装置连接于垃圾储坑，所述蒸汽出口与所述汽轮机的蒸汽输入口相连通，所述烟气出口通过垃圾焚烧锅炉排烟联络管与所述烟道相连通。
进一步地，所述垃圾焚烧锅炉的蒸汽出口通过蒸汽联络管和所述汽轮机连通，和/或经再热器通过再热热段蒸汽联络管和所述汽轮机连通。
进一步地，所述电站锅炉的锅炉给水管道和/或汽轮机的冷凝水管路通过给水管路连通于所述垃圾焚烧锅炉。
进一步地，所述垃圾焚烧锅炉排烟联络管的一端和所述垃圾焚烧锅炉的烟气出口连通，另一端和烟道相连通，并且连通点设置在所述省煤器或烟气处理系统之前。
进一步地，所述垃圾储坑的渗滤液出口连通于所述电站锅炉的炉膛或设置在烟道尾部、烟气处理系统前的蒸发处理装置，用于对渗滤液进行焚烧蒸发处理或烟道尾部蒸发处理。
进一步地，所述烟气处理系统的炉烟气排放管道和/或汽轮机的抽汽管道通过干燥管和所述垃圾储坑连通。
进一步地，系统还包括蒸汽流量及发电量计算单元，蒸汽流量及发电量计算单元设置在蒸汽联络管上，用于探测流经蒸汽联络管的蒸汽的流量、温度和压力，并根据探测得到的蒸汽的流量、温度和压力以及引入汽轮机的位置，计算得出垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功所产生的发电量。
进一步地，所述垃圾焚烧锅炉排烟联络管上设置有活性炭吸附或过滤装置。
本实用新型的有益效果在于：
（1）利用垃圾焚烧锅炉内垃圾焚烧产生的蒸汽至少部分替代电站锅炉燃煤产生的蒸汽。垃圾作为燃料不但解决了城市垃圾处理的难题，而且垃圾燃料作为可再生能源，可以实现火电厂的碳减排；
（2）垃圾焚烧锅炉排放的烟气利用电站锅炉的烟气处理系统即脱硫脱硝除尘装置处理，降低垃圾焚烧锅炉的烟气处理设备投资；
（3）对垃圾焚烧锅炉产生蒸汽流量参数的计量监测，并计量计算出这部分蒸汽在汽轮机和发电机产生的发电量，这部分发电量上网电价按垃圾焚烧发电上网电价，从而极大提高火电厂的经济效益。
附图说明
图1为本实用新型实施例1的系统结构示意图。
图2为本实用新型实施例2的方法流程示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本实用新型作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
一种火电厂耦合垃圾焚烧发电系统，如图1所示，包括电站锅炉2和汽轮机3，电站锅炉2的主蒸汽管路8与汽轮机3的蒸汽输入口相连通；所述电站锅炉包括汽包4、过热器5、省煤器6、烟道21和烟气处理系统7，所述汽包4、过热器5、省煤器6、烟道21和烟气处理系统7依次连通；系统还包括垃圾焚烧锅炉1，所述垃圾焚烧锅炉1包括入料口、蒸汽出口、烟气出口、炉渣排出口，所述入料口通过垃圾输送装置连接于垃圾储坑20，所述蒸汽出口通过蒸汽联络管9与所述汽轮机3的蒸汽输入口相连通，所述烟气出口通过垃圾焚烧锅炉排烟联络管13与所述烟道21相连通。
进一步地，所述垃圾焚烧锅炉1的蒸汽出口通过蒸汽联络管9和所述汽轮机3连通，和/或经再热器12通过再热热段蒸汽联络管10和所述汽轮机3连通。
进一步地，所述电站锅炉2的锅炉给水管道和/或汽轮机3的冷凝水管路通过给水管路14连通于所述垃圾焚烧锅炉1。
进一步地，所述垃圾焚烧锅炉排烟联络管13的一端和所述垃圾焚烧锅炉1的烟气出口连通，另一端和烟道21相连通并且连通点设置在所述省煤器6或烟气处理系统7之前。
进一步地，所述垃圾储坑20的渗滤液出口连通于所述电站锅炉2的炉膛或蒸发处理装置19，所述蒸发处理装置19设置在烟道21尾部、烟气处理系统7之前，用于对渗滤液进行焚烧蒸发处理或在烟道尾部利用烟气的热量蒸发处理。
进一步地，所述烟气处理系统7的炉烟气排放管道和/或汽轮机3的抽汽管道通过干燥管15和所述垃圾储坑20连通。
进一步地，系统还包括蒸汽流量及发电量计算单元16，蒸汽流量及发电量计算单元16设置在蒸汽联络管9上，用于探测流经蒸汽联络管9的蒸汽的流量、温度和压力，并根据探测得到的蒸汽的流量、温度和压力以及引入汽轮机的位置，计算得出垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功所产生的发电量。
进一步地，所述垃圾焚烧锅炉排烟联络管13上设置有活性炭吸附或过滤装置17。
实施例2
本实施例提供一种实施例1所述的火电厂耦合垃圾焚烧发电系统的运行方法，如图2所示，包括如下步骤：
利用所述垃圾焚烧锅炉1与电站锅炉2经所述烟气处理系统7净化后的炉烟气，和/或汽轮机3的抽汽作为热源对所述垃圾储坑20内的垃圾燃料进行干燥处理，干燥后的垃圾燃料通过输送装置送入所述垃圾焚烧锅炉1内焚烧；
将所述电站锅炉2的锅炉给水和/或汽轮机3的冷凝水通过给水管路14输送至所述垃圾焚烧锅炉1内，提供所述垃圾焚烧锅炉1焚烧产生蒸汽的水源；
所述电站锅炉2产生的蒸汽经过热器5加热后通过主蒸汽管路8进入所述汽轮机3，所述垃圾焚烧锅炉1产生的蒸汽通过蒸汽联络管9进入所述汽轮机3；
根据所述垃圾焚烧锅炉1和所述电站锅炉2燃烧产生的蒸汽的压力和温度，选择蒸汽进入所述汽轮机3的接入点；所述汽轮机3内的蒸汽温度下降时，根据其温度、压力送入所述再热冷段蒸汽联络管，经所述再热器12加热后从再热热段蒸汽联络管10再次进入汽轮机3，为汽轮机3提供做功动力；
所述蒸汽流量及发电量计算单元16计量垃圾焚烧锅炉1产生的蒸汽流量、温度和压力；根据探测得到的蒸汽的流量、温度和压力以及引入汽轮机的位置，计算得出垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功所产生的发电量；
垃圾焚烧锅炉1焚烧后的烟气通过所述垃圾焚烧锅炉排烟联络管13进入所述烟气处理系统7，和所述电站锅炉2燃烧产生的烟气混合净化处理。
实施例3
本实施例提供一种利用火电厂耦合垃圾焚烧发电系统的碳减排方法，采用实施例1所述的火电厂耦合垃圾焚烧发电系统以及实施例2所述的运行方法，所述垃圾焚烧锅炉1至少部分替代电站锅炉2产生的蒸汽进入所述汽轮机3带动发电机发电，这部分蒸汽产生的发电量按此火电厂的发电效率换算出燃煤量，这部分燃煤量所能产生的碳排放量就是所述垃圾焚烧锅炉1产生的碳减排量；所述碳减排量的具体计算方法如下：
所述蒸汽流量及发电量计算单元16计量垃圾焚烧锅炉1产生的蒸汽流量、温度和压力；根据探测得到的蒸汽的流量、温度和压力以及引入汽轮机的位置，计算得出垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功所产生的发电量；
根据所述垃圾焚烧锅炉1产生蒸汽的发电量，计算替代燃煤量；根据替代燃煤量，计算所述垃圾焚烧锅炉1产生的碳减排量。
实施例4
进入所述汽轮机3的蒸汽具有不同的温度压力，因此所述汽轮机3由高到低呈梯形分布，蒸汽在所述汽轮机3内逐级做功。所述电站锅炉2内的燃煤燃烧后，经过所述汽包4汽水分离后，得到的蒸汽再经所述过热器5进一步加热。由于所述电站锅炉2燃烧产生的蒸汽为主蒸汽，温度和压力最高。汽轮机的高压缸接入点处设置的感应装置能采集到由所述电站锅炉2产生的蒸汽的温度压力范围，此时所述高压缸接入点处的阀门便会打开。所述电站锅炉2产生的蒸汽沿着所述主蒸汽管路8和所述高压缸接入点进入所述汽轮机3的高压缸做功。由所述垃圾焚烧锅炉1产生的蒸汽，可以直接进入所述汽轮机3，根据蒸汽的压力、温度和过热度等参数确定，进入汽轮机3的中压缸或低压缸的入口，如果温度不够也可以经过再热器12再次加热后进入所述汽轮机3的中压缸入口。所述垃圾焚烧锅炉1直接产生的蒸汽的温度压力范围如果适合直接进入汽轮机的低压缸做功，所述垃圾焚烧锅炉1也可通过蒸汽联络管直接接入汽轮机低压缸入口。
在主蒸汽管路8、蒸汽联络管9、再热热段蒸汽联络管10和再热冷段蒸汽联络管11上设置逆流阀，防止蒸汽回流，提高装置的安全性。
实施例5
如实施例1所述的火电厂耦合垃圾焚烧发电系统，当所述垃圾燃料含有大量的水分时，需要对其进行干燥处理后再焚烧。所述垃圾干燥处理的热源来自所述垃圾焚烧锅炉1焚烧后产生的蒸汽、所述电站锅炉2产生的主蒸汽或汽轮机3的抽汽，或电站锅炉2的高温烟气，电站锅炉烟气通过保温联络管道输送至垃圾储坑或换热界面，可以作为干燥热源来烘干所述垃圾中的水分，为垃圾燃料提供充足的干燥热源，有效降低干燥设备的运行成本，降低垃圾水分含量，保证垃圾进入焚烧锅炉前的干度要求，提高垃圾焚烧锅炉的燃烧效率。
实施例6
如实施例1所述的火电厂耦合垃圾焚烧发电系统，垃圾渗滤液送入电站锅炉炉膛焚烧蒸发，或送入烟道21尾部、烟气处理系统7前的蒸发处理装置19蒸发，剩余的含硫含硝含尘烟气进入锅炉脱硫脱硝除尘装置进行处理。
实施例7
如实施例1所述的一种火电厂耦合垃圾焚烧发电系统，所述电站锅炉2燃烧后，经过所述汽包4进行水汽分离，高温蒸汽用于使所述汽轮机3做功或发电，分离后得到的水经过所述省煤器6加热后，可以沿着给水管路14流入所述垃圾焚烧锅炉1内。这部分水可以提供所述垃圾焚烧锅炉1焚烧产生蒸汽的水源，同时经过所述省煤器6加热后的水，在进入所述垃圾焚烧锅炉1前就进行了预热，更有利于蒸汽的产生。进入所述汽轮机3的蒸汽，在所述汽轮机3完成做功或发电后，蒸汽可以通过冷凝器的冷凝作用，将冷凝后的水沿着所述给水管路14输送至所述垃圾焚烧锅炉1内。所述电站锅炉2的给水和所述汽轮机3的冷凝水可以提供所述垃圾焚烧锅炉1燃烧产生蒸汽的水源。
实施例8
所述垃圾焚烧锅炉排烟联络管13的一端和所述垃圾焚烧锅炉1连通，另一端可以和所述烟道21连通，且连通点设置在省煤器6、空气预热器或烟气处理系统7之前。所述垃圾焚烧锅炉1排放的烟气热量用于在省煤器内加热锅炉给水、用于空气预热器内加热空气或保证烟气进入烟气处理系统7的SCR入口温度在310度以上。
实施例9
垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽通过蒸汽联络管路送入再热器或汽轮机某一级进行做功。所述蒸汽联络管路上设置蒸汽流量及发电量计算单元，所述蒸汽流量及发电量计算单元计量垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽流量、温度和压力，并根据探测得到蒸汽流量、温度和压力和引入汽轮机的位置，计算得出垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽在汽轮机内做功所产生的发电量。
实施例10
本实施例具体说明根据所述垃圾焚烧锅炉1产生的蒸汽流量、压力、温度及进入所述汽轮机3的焓值及排汽焓值计算对应碳减排的方法。
利用所述垃圾焚烧锅炉1替代所述电站锅炉2燃煤产生的蒸汽进入汽轮机3带动发电机发电，这部分蒸汽产生的发电量按此火电厂的发电效率换算出的燃煤量，这部分燃煤量所能产生的碳排放量就是所述垃圾焚烧锅炉1产生的碳减排量，具体计算步骤、公式和方法如下：
步骤1：垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽进入汽轮机的发电量：
P生汽=D生汽*[（h生汽0-h排汽）/3600]*ηe
=D生汽*[（h生汽0-h排汽）/3600]*ηi *ηm *ηg
其中P生汽为垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽进入汽轮机的发电量，kW；
D生汽为垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽进入汽轮机做功的蒸汽量，kg/h；
h生汽0为垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽进入汽轮机的入口焓值，kJ/kg；
h排汽为垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽进入汽轮机做功后的排汽焓值，kJ/kg；
ηe为机组绝对电效率，ηe=ηi *ηm *ηg；
ηi为汽轮机内效率；ηm为汽轮机机械传动效率；ηg为发电机效率；
步骤2：根据P生汽对应计算出对应的本火电机组的标煤燃料消耗量，即如果由本火电机组实现这个发电量数值P生汽，需要火电机组锅炉消耗多少的标煤量，其计算公式为：
D标煤=P生汽*bcp=P生汽*[3600/(q1*ηb*ηp*ηe]
其中D标煤为对应需要消耗的电站锅炉标煤燃烧量，kg/h；
P生汽为垃圾焚烧锅炉产生的蒸汽进入汽轮机的发电量，kW；
bcp为火电厂全厂煤耗率kg/(kWh)；
q1为标准煤的低位发热量，29270kJ/kg；
ηb为锅炉效率；ηp为管道效率；
ηe为机组绝对电效率，ηe=ηi *ηm *ηg；
步骤3：燃烧D标煤为所对应的CO2排放量：
根据相关资料服道：1吨标准煤完全燃烧产生的CO2的碳排放系数（单位：吨碳/吨标煤（tc/tce））是：国家发改委能源研究所推荐值为0.67，日本能源经济研究所参考值为0.68，美国能源部能源信息署参考值为0.69。我们暂取1kg标准煤的“碳排放系数”为0.67进行计算。
即碳排放量ECO2=D标煤*0.67*0.001。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本实用新型权利要求的保护范围之内。
