引言随着我国生活垃圾清运量将持续扩大，预计在2023 年将达到4 亿t。垃圾处理的无害化、减量化需求日益增长。垃圾焚烧发电技术由于无害化效果好、减量化程度高、资源化效率高等优点，成为垃圾无害化处理技术的首选。我国已建成并投运的生活垃圾焚烧发电厂主要以机械式炉排技术为主。现有的垃圾焚烧发电厂蒸汽参数大多采用中温中压或中温次高压参数。而随着垃圾焚烧发电技术的发展，垃圾焚烧发电机组除了完成垃圾处理外，其经济性的提升也越来越受到关注。提高蒸汽参数，特别是采用再热方案可有效提高垃圾焚烧发电厂的发电效率。因此，本文将对几种典型的再热参数的余热锅炉方案进行对比，为垃圾焚烧发电厂选择再热方案提供依据。1典型再热方案介绍目前国内已有中温次高压炉内再热垃圾焚烧机组投入运行运，主要参数为6.4 MPa/450 ℃/420 ℃。各环保公司也在积极尝试高参数的再热方案。主流的高参数再热技术为中温超高压再热技术，即主汽压力提升至13 MPa，主汽温度为450 ℃。垃圾焚烧余热锅炉再热方案中，再热器的布置形式包括锅炉内布置和锅炉外布置两种。炉外布置再热器主要是避免受热面的腐蚀。本文选取3种典型的再热参数，分别为中温次高压炉内再热、中温超高压炉内再热、中温超高压炉外再热。为了便于比较，以某750 t/d垃圾焚烧机组为例，将3种再热方案与普通无再热方案进行对比。该项目垃圾热值为6 700 kJ/kg，普通方案与3种再热方案的主要锅炉设计参数如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.T001表1主要锅炉设计参数项目中温次高压中温超高压无再热炉内再热炉内再热炉外再热主汽压力/MPa.6.46.413.013.0主汽温度/℃450450450450主汽流量/（t/h）69.763.961.367.0再热流量/（t/h）—55.452.955.7再热进口温度/℃—287236232再热出口温度/℃—420420320给水温度/℃130130130130锅炉燃用垃圾成分分析如表2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.T002表2垃圾成分分析项目符号设计垃圾全水分/%Mt41.18收到基灰分/%Aar22.42收到基碳/%Car19.45收到基氢/%Har2.47收到基氧/%Oar13.53收到基氮/%Nar0.59收到基氯/%Clar0.24全硫/%St,ar0.12收到基低位发热量/(kJ/kg)Qnet,ar67 002典型再热参数余热锅炉技术方案锅炉型式为单锅筒自然循环，包括3个垂直烟道+水平烟道+立式省煤器烟道及室内布置。除立式省煤器烟道采用支撑结构，其他均采用悬吊结构。普通次高压无再热方案的锅炉总体布置图如图1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.F001图1普通次高压无再热余热锅炉总体布置锅炉的第一烟道四周敷设耐火材料，耐火材料敷设到烟窗下集箱处截止，并从此处开始进行水冷壁堆焊，堆焊至烟温750 ℃截止。水平烟道沿烟气流程依次布置高温蒸发器、高温过热器、中温过热器、两级低温过热器、低温蒸发器。过热器、省煤器均采用蛇形管结构。3个典型再热方案前3个烟道的结构尺寸与普通次高压不带再热方案相同，主要在水平烟道各级受热面的布置、材质和规格等方面有区别。2.1中温次高压炉内再热方案次高压炉内再热方案锅炉总体布置如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.F002图2次高压炉内再热余热锅炉总体布置图再热器布置在水平烟道内，沿烟气流程依次布置高过、高再、中过、低过、低再。不同受热面的布置根据传热温压选取，以达到相对较好的换热。该方案与普通方案的区别主要包括：再热器布置在水平烟道，导致水平烟道深度加大。为尽量缩短水平烟道深度，不在水平烟道进口布置高温蒸发器，而是在第三烟道布置蛇形管式蒸发器，以降低过热器进口烟温。过热器及再热器的吸热均在水平烟道完成，锅炉需满足过热器、再热器的吸热，达到主汽额定温度及再热蒸汽温度；同时过热器有一定的喷水。由于水平烟道后段烟温低、温压小，仅靠增加面积收效甚微，需适当提高水平烟道进口烟温。但高过进口烟温升高后，会增加高过腐蚀的风险，因此，材质需由普通方案的12Cr1MoVG升级为SA-213TP347H材质，通过在一定程度上控制高过进口烟温及高过材质升级来防止高过的腐蚀。由于高再布置在高过之后，其进口烟温已大大降低，腐蚀风险较低，高再材质采用12Cr1MoVG即可满足要求。由于本方案压力相比普通的次高压无再热方案并未提升，水冷壁的壁温水平相当，因此，水冷壁堆焊方案不变，仍为堆焊至烟温750 ℃。2.2中温超高压炉内再热方案该方案锅炉总体布置与次高压炉内再热方案相同。再热器布置在水平烟道，沿烟气流向，水平烟道依次布置高过、高再、中过、低过、低再。由于主汽压力升高，过热器吸热比例增加，过热器面积增加，该方案与次高压炉内再热方案相比需增加一组低过。水平烟道布置如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.F003图3超高压炉内再热余热锅炉水平烟道布置方案水平烟道深度最大，本方案与普通方案的主要区别包括：由于主汽压力由6.4 MPa升高至13 MPa，水冷壁工质温度由288 ℃升至340 ℃，即水冷壁的壁温升高较多。为防止扁钢超温，须缩小水冷壁的节距。为保证水冷壁管的强度，需要增加管子壁厚。为防止水冷壁管的腐蚀，堆焊面积相比次高压方案有所增加，堆焊截止烟温由750 ℃降至700 ℃。本方案由于压力提升，受热面传热温压降低，特别是低温过热器，为保证过热器、再热器的吸热，须进一步提高水平烟道进口烟温。因此须将高过的材质升级，采用SA-213TP347H材质。由于主汽压力提升，管道、集箱的规格变化，主要是壁厚增加从而满足强度的要求。2.3中温超高压炉外再热方案炉外采用再热方案，再热器为汽汽换热器，布置在烟道外，由汽包饱和蒸汽加热再热蒸汽。再热器可以布置在汽机房，也可以布置在锅炉顶板上，换热后的疏水回到汽包。该方案由于再热器炉外布置，可以避免再热器的腐蚀。再热器汽汽换热器如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.F004图4再热器汽汽换热器由图4可知，汽汽换热器为管壳式结构，再热蒸汽走壳程，锅筒饱和蒸汽走管程。再热蒸汽通过冷再管道引入汽汽换热器，冷再管道上布置有安全阀等阀门。经过与锅筒饱和蒸汽换热后，再热蒸汽从汽汽换热器上部引出，通过热再管道引至汽机中压缸。热再管道上布置有安全阀及对空排汽等阀门。饱和蒸汽通过与再热蒸汽凝结换热后，变成饱和水，从汽汽换热器下部引出。疏水引入汽包，进入锅炉水循环。该方案由于水平烟道内没有再热器，水平烟道的布置方案与普通无再热方案相同。再热器没有布置在水平烟道，因此水平烟道深度与常规项目相差不大。同时，中过可以布置在烟温相对较高区域，无须提高高过进口烟温来保证过热器的吸热，不会增加高过腐蚀的风险。因此，不需对高过的材质进行升级，采用12Cr1MoVG即可；并且，由于再热器布置在炉外，不与烟气接触，避免了腐蚀的发生。与超高压炉内再热方案相同，本方案由于是超高压参数，与普通方案相比水冷壁的壁厚增加，节距缩小。水冷壁堆焊截止温度由750 ℃降至700 ℃。各级受热面的管道、集箱规格变化。3典型再热参数余热锅炉方案经济性对比各种方案机组经济性对比如表3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.T003表3机组经济性对比项目中温次高压中温超高压无再热炉内再热炉内再热炉外再热汽机汽耗基准-12.9-16.1-7.3汽机热耗基准-4.9-8.2-5.4发电量基准+5.2+11.2+2.8%由表3可知，超高压炉外再热由于再热蒸汽参数低，虽主汽压力提升，但汽机热耗与次高压炉内再热方案是一个水平，其发电量低于次高压炉内再热方案。超高压炉内再热方案汽机热耗、汽耗等均为最优。综合考虑机组基建期投资以及运营期成本等因素，各种方案机组每年增加的净收益对比如表4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2020.12.025.T004表4机组每年增加净收益对比项目中温次高压中温超高压无再热炉内再热炉内再热炉外再热年增加净收益基准+200+300+50万元由表4可知，超高压炉内再热方案的机组总体经济性较好。4结语（1）两种炉内再热方案需提升高过材质，再热器布置在水平烟道有腐蚀的风险。超高压炉外再热方案中，再热器布置在烟道外，避免了腐蚀问题。（2）超高压炉外再热方案汽机热耗、热耗与次高压炉内再热方案水平相当，但由于其投资较大，机组的整体经济性最差，超高压炉内再热方案机组整体经济性最好。（3）超高压炉内再热方案虽然存在腐蚀风险，但锅炉腐蚀问题都是在可控范围内的。目前可以通过水冷壁堆焊、合理布置受热面以及对高温级受热面材质进行升档等措施来有效地控制水冷壁及过热器、再热器的腐蚀问题。