九龍礦井矸石熱電廠供熱擴能改造

楊俊輝

(中煤邯鄲設(shè)計工程有限責任公司工業(yè)建筑所，河北邯鄲 056031)

1 概述

冀中能源峰峰集團九龍礦井矸石熱電廠是以礦井矸石、煤泥為燃料的坑口熱電廠，熱電廠在保證集團公司電力供應(yīng)之外，同時保證礦井供熱需求。其鍋爐參數(shù)見表1，汽輪機參數(shù)見表2。

表1 主機參數(shù)表

表2 汽輪機參數(shù)表

2 熱負荷

2.1 現(xiàn)有熱負荷

九龍礦井工業(yè)建筑采暖熱媒為熱電廠低壓蒸汽，行政福利設(shè)施及生活區(qū)采暖熱媒為95℃/70℃熱水，由熱電廠汽水換熱站制備，總的熱負荷為21 MW。

2.2 近期熱負荷

1)美雅小區(qū)。美雅小區(qū)為峰峰集團棚戶區(qū)治理在建項目，距離九龍矸石熱電廠約4.0 km，建筑面積約60萬m2，采暖熱媒為50℃/40℃低溫熱水，熱負荷約為27 MW。

2)磁西一號井。磁西一號礦井為在建礦井，其熱負荷為20 MW，采暖熱媒為110℃/70℃高溫熱水，工業(yè)場地距離熱電廠約3.0 km。

總的熱負荷為68 MW，新增熱負荷為47 MW，目前熱電廠供熱能力約為30 MW，不能滿足新增熱負荷，需要進行供熱擴能改造。

3 供熱熱源

九龍矸石熱電廠新增熱負荷可以利用汽輪機抽汽、主蒸汽、鍋爐排煙、鍋爐排渣、汽機循環(huán)水等作為熱源。

3.1 汽輪機抽汽及主蒸汽

現(xiàn)有機組最大抽汽能力為56 t/h，參數(shù)為0.49 MPa/250℃，主蒸汽系統(tǒng)配套1臺50 t/h減溫減壓裝置。

3.2 鍋爐排煙熱量

3.2.1 排煙回收熱量計算

鍋爐排煙損失是鍋爐各項損失中最大的一項，為了充分利用這部分熱力，可以在電除塵后加裝煙氣深度冷卻裝置回收部分熱量，初步確定煙溫降低到80℃。根據(jù)煤質(zhì)分析報告和鍋爐參數(shù)計算可知燃煤消耗量、鍋爐煙氣量、煙氣組分、煙氣平均比熱容等數(shù)據(jù)。

實際煙氣量Vy=4.90 N·m3/kg;煙氣溫度在150℃，80℃時的煙氣平均比熱容分別為1.366 kJ/(m3·℃)，1.378 kJ/(m3·℃);75 t/h和90 t/h鍋爐燃煤量分別為20 t/h，24 t/h。

煙氣焓降為:

經(jīng)計算75 t/h鍋爐排煙可回收熱量為2.5 MW，90 t/h鍋爐排煙可回收熱量為3.0 MW。3臺鍋爐加裝煙氣深度冷卻裝置后可回收總熱量約為8.0 MW。

3.2.2 煙氣深度冷卻裝置對引風機功耗影響

1)改造前引風機軸功率。煙氣系統(tǒng)總阻力約4 000 Pa，煙氣流量約151 850 m3/h(海拔100 m，150℃)，風機軸功率P=QH/(3 600×1 000×η)=225 kW。

2)改造后引風機軸功率。煙氣系統(tǒng)總阻力約4 800 Pa，煙氣實際流量約126 700 m3/h(海拔100 m，80℃)，風機軸功率P=QH/(3 600×1 000×η)=226 kW。

由此可見鍋爐加裝煙氣深度冷卻裝置，對引風機功耗基本沒有影響。

3.3 鍋爐排渣熱量

鍋爐排渣溫度約為900℃，加裝冷渣器后可以降低到100℃，鍋爐燃料灰分較高，灰渣量較大，經(jīng)計算75 t/h鍋爐排渣熱量回收約為1.0 MW，90 t/h鍋爐排渣熱量回收約為1.2 MW，3臺鍋爐排渣回收熱量總計約3.2 MW。

3.4 排汽損失熱量

火力發(fā)電廠冷凝熱通過冷卻塔或空冷島排入大氣，形成巨大的冷端損失，小型凝汽式機組排汽損失占能源消耗的60%以上，是火力發(fā)電廠能源使用效率低下的主要原因。九龍矸石熱電廠6 MW純凝機組冷端損失約為18 MW，6 MW抽凝機組冷端損失約為8 MW，24 MW純凝機組冷端損失約為65 MW。

4 供熱方案

4.1 供熱方案制定原則

根據(jù)九龍矸石電廠的特點，制定供熱方案的原則是:

1)供熱不以大幅度減少發(fā)電為代價，保障熱電廠生產(chǎn)任務(wù)和集團公司電力供應(yīng)要求。2)技術(shù)經(jīng)濟可行條件下，提高熱電廠熱電效率。3)為了減少系統(tǒng)改造投資，現(xiàn)有供熱系統(tǒng)維持不變。

4.2 規(guī)劃供熱方案

根據(jù)九龍矸石熱電廠及熱用戶的實際情況，規(guī)劃三種供熱方案。

方案一:汽水換熱機組供熱。

在熱電廠建設(shè)汽水換熱站，利用低壓蒸汽制備高溫熱水，供給熱用戶，該方案需要低壓蒸汽量較大，需要對2臺純凝機組進行擴孔抽汽改造，以滿足低壓蒸汽需求。

主要投資包括2臺機組擴孔抽汽改造費用、汽水換熱站費用、一次管網(wǎng)費用。

方案二:磁西一號井采用煙氣深度冷卻+冷渣器+汽水換熱供熱，美雅小區(qū)采用吸收式熱泵供熱。

磁西一號井采暖熱媒參數(shù)較高，宜采用鍋爐煙氣深度冷卻及冷渣器制備熱水，可以滿足約11 MW熱負荷需求，不足部分由汽水換熱形式制備。美雅小區(qū)采暖熱媒為低溫水，可采用吸收式熱泵從循環(huán)水吸收熱量供熱。

主要投資包括24 MW機組擴孔抽汽改造費用、煙氣深度冷卻裝置、冷渣器、汽水換熱站費用、吸收式熱泵、一次管網(wǎng)費用。

方案三:磁西一號井采用煙氣深度冷卻+冷渣器+汽水換熱供熱，美雅小區(qū)采用降低冷凝器真空提高循環(huán)水溫度直接供熱。

磁西一號井采暖方式和方案二相同。美雅小區(qū)為新建居民小區(qū)，采暖方式為低溫地板輻射采暖，可采用降低冷凝器真空提高循環(huán)水溫度直接供熱方式。

主要投資包括煙氣深度冷卻裝置、冷渣器、汽水換熱站費用、6 MW機組冷凝器改造、軟化水系統(tǒng)、一次管網(wǎng)費用。

各方案主要技術(shù)經(jīng)濟指標見表3。

表3 各方案主要技術(shù)經(jīng)濟指標

4.3 技術(shù)經(jīng)濟分析

1)采用傳統(tǒng)汽水換熱制備高溫熱水供熱投資最少，但低壓蒸汽耗量較大，運行成本較高。采暖季鍋爐出力相同條件下總發(fā)電量最少、熱電效率最低。

2)美雅小區(qū)采用吸收式熱泵以低壓蒸汽作為動力從循環(huán)水中回收熱能，其節(jié)能效果介于方案一和方案三之間，但其比降低冷凝器真空供熱方式靈活性高，不受機組容量限制、不受熱負荷限制、不受供熱距離限制。

3)降低冷凝器真空提高循環(huán)水溫供熱技術(shù)經(jīng)濟性較好，節(jié)能效果明顯，但其受限制條件較多。其一要求采暖熱媒溫度低，適合地板輻射采暖;其二因為供回水溫差較小，循環(huán)水量、管網(wǎng)直徑較大，要求供熱距離不能太遠，否則管網(wǎng)投資太高、運行電耗太高;其三要求機組供熱量與熱用戶需熱量相匹配。

4)從鍋爐排煙、排渣回收廢熱，技術(shù)可行、經(jīng)濟效益較好，節(jié)能效果比較明顯。

5)經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟對比，磁西一號井采暖可利用鍋爐排煙、排渣部分熱量，不足部分由低壓蒸汽補充。美雅小區(qū)采暖熱媒為50℃/40℃熱水，熱負荷和2臺6 MW機組冷端損失基本匹配，且供熱距離合適，采用降低冷凝器真空、提高循環(huán)水溫度供熱方式技術(shù)經(jīng)濟合理，節(jié)能效果明顯。

5 運行調(diào)節(jié)

5.1 磁西一號井供熱調(diào)節(jié)

正常運行時，鍋爐煙氣深度冷卻及冷渣器制備熱水滿足基本負荷，不足部分由汽水換熱器制備熱水，一次管網(wǎng)相對簡單，鍋爐排煙及排渣承擔基本負荷，系統(tǒng)采用量調(diào)節(jié)方式，維持循環(huán)水溫度不變，通過調(diào)節(jié)汽水換熱機組水側(cè)流量、汽側(cè)流量來調(diào)節(jié)整個系統(tǒng)流量，達到熱負荷調(diào)節(jié)目的。

5.2 美雅小區(qū)供熱調(diào)節(jié)

1)量調(diào)節(jié)。美雅小區(qū)一次管網(wǎng)和冷卻塔并聯(lián)運行，保持排汽壓力不變、循環(huán)水溫度不變，通過調(diào)整一次管網(wǎng)和冷卻塔流量分配來達到供熱調(diào)節(jié)需求。

2)質(zhì)調(diào)節(jié)。保持一次管網(wǎng)流量不變，通過調(diào)整凝汽機組進汽量來調(diào)節(jié)排汽壓力來調(diào)整循環(huán)水溫度，達到熱負荷調(diào)節(jié)目的。

3)質(zhì)—量調(diào)節(jié)。實際運行過程中可根據(jù)運行需要和節(jié)能需要采用量調(diào)節(jié)或質(zhì)調(diào)節(jié)方式，或同時采用兩種調(diào)節(jié)方式，達到最佳效果。

6 結(jié)論及需要注意的問題

6.1 結(jié)論

回收鍋爐排煙、排渣熱量，可進一步提高燃料利用率，同時滿足工業(yè)、民用建筑采暖要求，替代和部分替代低壓蒸汽供熱。

采取降低中小型機組冷凝器真空，提高循環(huán)水溫度直接供熱方式，節(jié)能效果最好，但受熱媒參數(shù)、機組容量、供熱距離等條件限制。

采用吸收式熱泵從循環(huán)水中回收熱量節(jié)能效果也比較明顯，限制條件較少。

采用低壓蒸汽供熱，節(jié)能效果相對較差，但其可滿足各種熱用戶需求。

實際應(yīng)用中應(yīng)綜合分析熱源及熱用戶實際特點，制定最佳供熱方案。

6.2 鍋爐排煙低溫腐蝕問題

1)采用煙氣深度冷卻裝置，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)資料仔細計算和測試煙氣酸露點，以確定裝置排煙溫度。

2)煙氣深度冷卻裝置受熱面材料采用抗硫酸露點腐蝕性能好的材料和防腐工藝。

3)流化床鍋爐盡量采用爐內(nèi)噴鈣脫硫方式，以降低排煙SO2含量、降低鍋爐排煙酸露點。

4)煙氣深度冷卻裝置有條件的可以加裝旁路，以降低非采暖季引風機功耗。

6.3 降低冷凝器真空

1)需要核算冷凝器換熱管材質(zhì)和換熱面積是否滿足各種運行工況，必要的話應(yīng)進行改造;

2)循環(huán)水采用軟化水和其他防結(jié)構(gòu)措施;

3)排汽壓力不宜超過60 kPa，否則嚴重偏離設(shè)計工況、影響機組安全運行。

[1]趙欽新.火電廠煙氣深度冷卻增效減排技術(shù)介紹[D].西安:西安交通大學，2011.

[2]郭小丹.熱泵回收循環(huán)水余熱利用問題研究[J].現(xiàn)代電力，2010(5):37-38.

[3]王永強.住宅集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)與節(jié)水[J].山西建 筑，2011，37(8):122-123.