再热技术在垃圾发电汽轮机中的应用

熊 春，尹华劼，吴凯豪

（东方汽轮机有限公司，四川德阳 618000）

1 小型再热发电汽轮机技术

再热是指将在汽轮机高压级次中做功过后的乏汽，引入锅炉再热器进行再次吸热，提升蒸汽温度，将高温蒸汽通入汽轮机低压级次中继续做功。采用再热技术是提高蒸汽循环效率的有效手段，大型火力发电站均采用了再热技术，部分火力发电站甚至采用了二次再热技术。随着汽轮机技术的发展以及各方对汽轮机经济效率的不断追求，近年来，越来越多的100 MW 以下机组也开始采用再热技术。2013 年，国内首台65 MW 高温超高压再热机组在唐山建龙钢铁成功投运；2017 年，国内首台50 MW 超高温超高压机组在津西钢铁成功投运。目前，小型再热汽轮机已广泛应用于钢铁行业煤气回收发电、生物质发电、太阳能光热发电等领域，见表1。

表1 部分采用小型再热发电汽轮机工程示例

小型再热发电汽轮机结构布置紧凑，多采用单缸单轴设计或者双缸双轴设计。50 MW 以下高温超高压参数等级机组通常采用高转速设计；50 MW 以上高温超高压参数等级机组通常采用常规转速设计。

2 垃圾发电再热技术应用优势

垃圾焚烧发电是垃圾处理的主要方式，垃圾发电汽轮机是垃圾焚烧发电厂的主要设备。对于汽轮机，提升主蒸汽参数可以明显提升汽轮机效率。但是针对垃圾发电汽轮机，其主蒸汽温度受制于锅炉，由于垃圾焚烧烟气对于锅炉管道有腐蚀作用，通常认为锅炉蒸汽出口温度不能超过485。在温度受限的前提下，若单纯提升主蒸汽压力，将降低蒸汽过热度，对汽轮机末几级叶片产生不利影响。因此，国内垃圾发电汽轮机参数主要为中温中压（例如，3.8 MPa/390）或者中温次高压（例如，6.2 MPa/445）参数。同时，增加回热系统、降低汽轮机背压等提升汽轮机效率的途径，由于各种限制和具体条件，几乎无法优化。

基于此，采用再热技术成为提升垃圾发电汽轮机效率的一个重要、可行的途径。以25 MW 等级垃圾发电机组为例，采用6.2 MPa/445的主汽参数，采用再热与不采用再热技术的汽轮机相关参数对比见表2。

表2 25 MW 等级垃圾发电汽轮机再热与非再热参数对比

采用再热技术后，汽轮机热耗下降900 kJ/kW·h，吨垃圾发电量提高45 kW·h/t。按照1000 t/日垃圾处理能力，年运行8000 h 计算，增加发电量1500 万度，增加收益750 万元。汽轮机投资增加的成本，2 年内即可收回，再热技术优势十分明显。

3 再热技术应用国内外案例

3.1 江阴三期垃圾发电

江阴三期垃圾焚烧发电项目设计总规模为日处理生活垃圾1000 t，配置2 台500 t/日焚烧炉和一台25 MW 汽轮机组。该项目汽轮机组采用东方汽轮机有限公司设计制造的N25-6.3/445/425 型垃圾发电汽轮机，机组采用单缸单轴、冲反结合、高转速设计，主要参数见表3。

表3 江阴三期汽轮机参数

江阴三期项目原则性热力系统图如图1 所示，该项目采用炉内再热方式，将汽轮机高压缸排汽引入锅炉，在锅炉中完成烟气再热。为防止再热器高温腐蚀，再热器设置喷涂层。采用再热级数后，该项目全厂发电效率能提升至27%，同时炉内再热技术原理上与其他小型再热机组类似，厂房布置、汽轮机设计等难度较低。

图1 江阴三期项目原则性热力系统

3.2 苏州市垃圾焚烧发电厂提标改造项目

苏州市垃圾焚烧发电厂提标改造项目一期装设3 台中温超高压再热蒸汽锅炉和2 台40 MW 汽轮机组。该项目汽轮机组采用东方汽轮机有限公司设计制造的N40-12.6/425/405 型垃圾发电汽轮机，机组采用双缸双轴、冲反结合、高转速设计，主要参数见表4。

苏州项目原则性热力系统图如图2 所示。由于采用了再热技术，主蒸汽参数可以在温度保持425前提下，提升压力至超高压等级，从而提高汽轮机效率但不会引起末几级湿度大的问题。同时，该系统采用更多的回热级数，相比于垃圾发电常用的1 除氧+2 低加的回热系统设计，该系统采用2 高加+1 除氧+3 低加的回热系统，进一步提升了蒸汽循环效率。相比于江阴三期项目，苏州项目汽轮机热耗下降10%。苏州项目再热系统原理上仍属于炉内再热，需要对再热器设置喷涂层或者采用特殊材料制造。

表4 苏州项目汽轮机参数

4 再热技术应用发展展望

在垃圾焚烧发电领域，再热技术的使用极大提升了垃圾焚烧发电厂的经济效益，因而越来越受到业主方的关注。但是炉内再热烟气腐蚀问题始终是制约再热技术推广发展的一大障碍，解决该问题的有效途径是避免烟气与再热器直接接触，采用其他热源对乏汽进行再热。采用汽包再热和外置再热的方式，可以有效避免这些问题。

图2 苏州项目原则性热力系统

5 结论

随着垃圾焚烧发电产业的发展，提升电厂运行经济质量将成为下一阶段工程建设的主题，采用再热技术是提升经济效益的有效手段。炉内再热技术路线成熟，系统设计简单，管道布置简洁，若通过特殊涂层或特殊材料解决烟气腐蚀问题，炉内再热或将成为主流技术，相比于采用中温次高压设计参数，采用中温超高压设计参数更能提高汽轮机效率。汽包再热与外置再热完全避开了烟气腐蚀问题，但是系统比较复杂，国内对于整个系统的启动运行尚未积累足够的技术经验，工程实施存在一定技术风险。在不同的系统中，汽轮机的设计应根据具体的边界条件，合理选择汽轮机总体方案（单缸单轴、双缸双轴、双缸双转速等），提升全厂经济效率。