熱電廠回收乏汽余熱改造方案

陸 斌，王遠(yuǎn)清，王 強(qiáng)

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

熱電廠回收乏汽余熱改造方案

陸 斌，王遠(yuǎn)清，王 強(qiáng)

(中國能源建設(shè)集團(tuán)山西省電力勘測設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030001)

本文對包二熱電廠供熱現(xiàn)狀及改造的必要性作了簡單介紹，對設(shè)計(jì)方案優(yōu)化選擇計(jì)算、方案對比分析進(jìn)行了重點(diǎn)論述。以最大化回收乏汽余熱為原則，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)方面確定為低真空[1]+熱泵[2]組合技術(shù)方案。該方案實(shí)施后，可以最大限度滿足城市供熱需求，不但為節(jié)能減排、改善城市環(huán)境質(zhì)量作出貢獻(xiàn)，而且取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

供熱改造；方案選擇；社會效益。

1 項(xiàng)目概況及必要性

包頭第二熱電廠現(xiàn)有總裝機(jī)容量為1000 MW，其中一期工程2×200 MW為抽汽式濕冷機(jī)組，二期工程2×300 MW為抽汽式直接空冷機(jī)組。電廠位于包頭市青山區(qū)，不僅擔(dān)負(fù)著包頭市青山區(qū)供熱重任，而且還向包頭市一、二機(jī)廠等國家重點(diǎn)企業(yè)提供工業(yè)用汽。

2×300 MW亞臨界直接空冷機(jī)組于2006年投產(chǎn)。鍋爐為東方鍋爐(集團(tuán))股份有限公司生產(chǎn)的DG1065/18.2-II6型亞臨界自然循環(huán)燃煤汽包鍋爐。汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的KC300-16.7-538/538型亞臨界、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽直接空冷、供熱抽汽式汽輪機(jī)。

為了回收乏汽余熱提高供熱能力，滿足當(dāng)時(shí)城市街區(qū)供熱負(fù)荷的需求。2012年已對2×300 MW空冷抽汽式機(jī)組回收乏汽余熱供熱進(jìn)行了改造，在空冷平臺下的固定端和擴(kuò)建端兩側(cè)，分別建設(shè)了1號和2號熱泵房。兩座熱泵房各安裝有2×18.5 MW前置凝汽器+2×70 MW熱泵機(jī)組，前置凝汽器(換熱面積830 m2)是利用74 t/h空冷乏汽余熱，直接將回水溫度46℃、流量8000 t/h加熱至51℃，熱泵機(jī)組利用驅(qū)動(dòng)抽汽203 t/h、回收184 t/h乏汽余熱，將51℃熱水加熱至81℃，最后熱網(wǎng)加熱器利用抽汽188 t/h，將81℃熱水加熱至95℃向外供熱、壓力1 MPa。兩臺機(jī)組最大回收乏汽量為74+184=258 t/h，乏汽余熱供熱負(fù)荷171 MW，抽汽供熱負(fù)荷284 MW，抽汽壓力0.4 MPa、溫度275℃。兩臺機(jī)組現(xiàn)供熱負(fù)荷455 MW，供熱面積780×104m2。

由于城市街區(qū)供熱面積增大，加之未能按計(jì)劃替代鍋爐房供熱負(fù)荷，政府要求2014年必須實(shí)施，需增加供熱負(fù)荷355.7 MW、供熱面積約650×104m2。現(xiàn)有機(jī)組供熱能力已不能滿足要求，因此，需要挖掘2×300 MW空冷抽汽式機(jī)組未用完的乏汽余熱進(jìn)行二次改造，對現(xiàn)有供熱系統(tǒng)改造方案進(jìn)行比較優(yōu)化，以最大限度提高機(jī)組的供熱能力和經(jīng)濟(jì)性，不足部分由包三熱電廠補(bǔ)熱。

2 回收乏汽組合技術(shù)的應(yīng)用

一般抽汽式汽輪機(jī)乏汽熱損失占到電廠總熱量的30%左右，見圖1，如何有效回收電廠乏汽余熱供熱，是本文研究討論的重點(diǎn)。在北方地區(qū)采用熱泵組合技術(shù)改造電廠常規(guī)供熱方式，回收電廠乏汽余熱供熱，是節(jié)能減排、改善環(huán)境、提高供熱能力、擴(kuò)大供熱面積，降低供熱成本的最有效技術(shù)措施和途徑。

圖1 汽輪機(jī)抽汽及排汽焓溫圖

針對電廠回收乏汽余熱(以下簡稱“乏汽熱”或“冷凝熱”)供熱改造，主要有三種方式：

2.1 熱泵技術(shù)+熱網(wǎng)加熱器

當(dāng)?shù)貢円归g溫差大，外網(wǎng)沒有調(diào)峰熱源，電廠的抽汽供熱能力能滿足城市熱負(fù)荷要求，此時(shí)改造機(jī)組回收乏汽余熱主要目的：一是在采暖初末期，切斷熱網(wǎng)加熱器使用熱泵機(jī)組供熱，節(jié)約抽汽；二是在供熱寒冷期投入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其特點(diǎn)是供熱調(diào)節(jié)幅度大，調(diào)節(jié)性能好和節(jié)能。

2.2 機(jī)組低真空+熱網(wǎng)加熱器

機(jī)組低真空是指冬季供熱，在機(jī)組不報(bào)警條件下安全穩(wěn)定運(yùn)行。

當(dāng)?shù)貢円归g溫差小，外網(wǎng)設(shè)有調(diào)峰熱源，電廠的抽汽供熱能力不能滿足城市供熱負(fù)荷要求，但電廠可不要求不全部回收機(jī)組乏汽余熱。此時(shí)，改造一臺機(jī)組低真空回收乏汽余熱主要目的：一是在采暖初末期，切斷熱網(wǎng)加熱器利用機(jī)組低真空供熱，節(jié)約抽汽；二是在供熱寒冷期投入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)，其特點(diǎn)是能源利用率高，供熱面積大，但調(diào)節(jié)能力弱。

2.3 熱泵技術(shù)+機(jī)組低真空+熱網(wǎng)加熱器

城市外網(wǎng)有其它熱源，電廠的抽汽供熱能力不能滿足城市供熱負(fù)荷要求，且要求電廠的供熱能力達(dá)到最大化。在采暖初末期利用一臺機(jī)組低真空大面積供熱，在寒冷期將另外一臺機(jī)組熱泵啟用并投入熱網(wǎng)加熱器進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可以做到兩臺機(jī)組回收全部乏汽，供熱負(fù)荷達(dá)到最大。

當(dāng)熱泵的驅(qū)動(dòng)蒸汽壓力在0.6 MPa以下，且外網(wǎng)供熱水溫度小于100℃時(shí)，建議采用吸收式熱泵，反之采用壓縮式熱泵?？绽錂C(jī)組在熱泵前還應(yīng)配置一臺較大面積的前置凝汽器，可以減小一級熱網(wǎng)循環(huán)水溫度梯度差，并能有效降低熱泵的容量配置，提高乏汽余熱的利用率和熱效率。

3 設(shè)計(jì)方案的選擇確定

根據(jù)電廠供熱負(fù)荷和現(xiàn)場情況，選擇經(jīng)濟(jì)合理的技術(shù)方案進(jìn)行改造。

3.1 改造前系統(tǒng)設(shè)備等

改造前1#和2#熱泵房、主要設(shè)備等見表1。

表1 改造前主要設(shè)備及參數(shù)

3.2 設(shè)計(jì)方案的計(jì)算選擇

包二熱電廠改造的原則是對3#、4#機(jī)組未回收的乏汽余熱全部回收供熱。按照電廠的實(shí)際情況，本文提出兩種技術(shù)改造方案。方案一是4#機(jī)熱泵、前置凝汽器拆裝到3#機(jī)，并擴(kuò)建1號熱泵房等，4#機(jī)改為低真空、增設(shè)2臺8000 m2凝汽器；方案二是每臺機(jī)組增加2臺熱泵，分別擴(kuò)建1號熱泵房和2號熱泵房。通過計(jì)算優(yōu)化方案選擇。

根據(jù)包二熱電廠30萬機(jī)組鍋爐出力的實(shí)際情況(即供熱期間機(jī)組負(fù)荷為80%)，汽輪機(jī)主蒸汽按860 t/h進(jìn)行分析。改造前后供熱循環(huán)水溫度壓力不變，改造前設(shè)計(jì)供熱能力598 MW、供熱面積1067.8×104m2。供熱負(fù)荷受限的原因，主要是替代區(qū)域鍋爐房供熱不具備條件，其次是廠外部分管網(wǎng)腐蝕老化和管徑偏小的原因。隨著政府加大改善環(huán)境力度，要求2014年采暖期必須取代區(qū)域供熱鍋爐房，同時(shí)對管網(wǎng)進(jìn)行更新改造，保證滿足改造后的供熱負(fù)荷要求。

3.2.1 方案一

4#機(jī)排汽在35 kPa背壓下、溫度72.7℃、汽輪機(jī)排汽量為335 t/h；3#機(jī)排汽在18 kPa背壓下、溫度57.8℃、汽輪機(jī)排汽量為261 t/h。

2×300MW空冷機(jī)組一級供熱循環(huán)水流量為13600 t/h、回水分為二路。一路循環(huán)水流量7930 t/h、回水溫度46℃，經(jīng)4#機(jī)熱網(wǎng)凝汽器加熱至70℃、回收乏汽余熱221.2 MW；另一路循環(huán)水流量5670 t/h、回水溫度46℃，經(jīng)3#機(jī)前置凝汽器加熱至56.5℃、回收乏汽余熱69.2 MW，再經(jīng)熱泵機(jī)組加熱至90℃，熱泵熱負(fù)荷為220.8 MW。兩路循環(huán)水混合后為75℃，再進(jìn)入加熱器，利用3#機(jī)和4#機(jī)抽汽熱負(fù)荷263.8 MW將循環(huán)水加熱至95℃向外供熱。

4#機(jī)低真空和3#機(jī)熱泵增容改造，機(jī)組供熱能力為775 MW，改造后增加供熱能力177 MW。改造后的熱網(wǎng)水系統(tǒng)(參數(shù))見圖2。

圖2 方案一系統(tǒng)圖

3.2.1 方案二

2×300MW空冷機(jī)組一級供熱循環(huán)回水量為13415 t/h、溫度46℃，經(jīng)過前置凝汽器(原4臺18.5 MW +新增2臺26 MW)，在18KPA背壓下前置凝汽器回收乏汽余熱為126 MW，將一級循環(huán)水加熱至54℃，再經(jīng)熱泵(原4臺 70 MW熱泵+新增4臺46 MW)加熱至83.7℃，熱泵熱負(fù)荷為372 MW，再進(jìn)入加熱器，利用3#和4#機(jī)抽汽熱負(fù)荷266 MW將循環(huán)水加熱至95℃向外供熱。

3#、4#機(jī)熱泵增容改造，機(jī)組供熱能力為764 MW，改造后增加供熱能力166 MW。改造后的熱網(wǎng)水系統(tǒng)(參數(shù))見圖3。

圖3 方案二系統(tǒng)圖

4 設(shè)計(jì)方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

包二熱電廠供熱改造前，設(shè)計(jì)單位根據(jù)現(xiàn)場熱泵和發(fā)電機(jī)組的實(shí)際情況，確定設(shè)計(jì)改造方案的主要原則：改造工程量要小，盡量利用原有設(shè)備管道系統(tǒng)，最大化回收乏汽余熱，降低工程投資費(fèi)用，在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上合理，投產(chǎn)后供熱可靠、成本低。經(jīng)過多方案論證，最后選擇方案一和方案二進(jìn)行計(jì)算比較見表2，以此確定改造技術(shù)方案。

4.1 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算比較

表2 方案一和方案二主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

續(xù)表2

續(xù)表2

由表中計(jì)算可知，方案一(低真空+熱泵供熱)相對于方案二(熱泵),供熱能力高11 MW、多供熱面積19.6×104m2、多發(fā)電量3900×104kWh和多節(jié)約標(biāo)煤2.528×104t。方案一優(yōu)于方案二。具體如下：

(1) 19.6×104m2，熱價(jià)按3.5元/ m2·月、采暖期6個(gè)月，年供熱增加收入411.6萬元；

(2) 3900×104kWh，電價(jià)按0.3004元/kWh，年發(fā)電增加收入1171.56萬元；

(3) 2.528×104t，標(biāo)煤價(jià)格為265元/t，年節(jié)約標(biāo)煤增加收入669.92萬元；

(4)方案一比方案二投資費(fèi)用節(jié)省約3800萬元，但系統(tǒng)用電費(fèi)用相對較高。

4.2 全壽命周期費(fèi)用計(jì)算

全壽命周期費(fèi)用計(jì)算公式：

式中：P為折現(xiàn)值(為n年∑值)；S為某年投資

費(fèi)用或年運(yùn)行收入Q和年成本費(fèi)用A的差

值；i為折現(xiàn)率，取7%；n為生產(chǎn)期，取

n=15年；F為固定資產(chǎn)余值，取5%；

從表2得知：

方案一：

S1=5895+6763=12658萬元

A1=13046萬元

Q1=11414.64+7560=18975萬元，方案一現(xiàn)金流量圖見圖4。

圖4 方案一現(xiàn)金流量圖

P1－S1=54239.19－12658 =41581.19萬元

方案二：

S2=9713+6763=16476萬元

A2=12476萬元

Q2=11413.6+7148.4=18562萬元，方案二現(xiàn)金流量圖見圖5。

圖5 方案二現(xiàn)金流量圖

P2－S2=55737.58－16476=39261.58萬元

因?yàn)槿珘勖芷谫M(fèi)用計(jì)算，方案一凈收益折現(xiàn)值累計(jì)和大于方案二凈收益折現(xiàn)值累計(jì)和，所以方案一優(yōu)于方案二。方案一收入中還未考慮節(jié)煤費(fèi)用等。

經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可以看出方案一使乏汽回收利用最大化、供熱面積最大化，運(yùn)營成本費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益好，所以選用方案一進(jìn)行改造。

2014年包二熱電廠按方案一進(jìn)行實(shí)施挖潛改造后當(dāng)年供熱，通過一個(gè)采暖期的運(yùn)營，供熱負(fù)荷增加330 MW、供熱面積603×104m2，各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在供熱期間發(fā)電和供電平均標(biāo)煤耗，分別降低約121 kg/ MWh和120 kg/ MWh。電廠經(jīng)濟(jì)效益大大提高。

5 節(jié)能減排社會效益分析

本供熱項(xiàng)目二次改造后，設(shè)計(jì)供熱負(fù)荷775 MW，年供熱量為771.4×104GJ，其中乏汽供熱量為580.4×104GJ、蒸汽供熱量為191×104GJ。乏汽供熱量占總供熱量的75.24%，乏汽供熱面積約1041×104m2。

改造后比改造前實(shí)際供熱負(fù)荷增加330 MW，供熱面積增加603.9×104m2，年實(shí)際增加收入12681.9萬元。比改造前設(shè)計(jì)供熱負(fù)荷增加177 MW，供熱面積增加316.1×104m2，年增加收入6638.1萬元。

2×300 MW機(jī)組乏汽供熱量約580.4×104GJ,按照機(jī)組的效率(供熱標(biāo)煤耗37.45 kg/GJ)，扣除機(jī)組背壓提高多耗標(biāo)煤0.79×104t，相當(dāng)于年節(jié)約標(biāo)煤20.898×104t，相應(yīng)減少SO2排放量6269 t、減少CO2排放量53.08×104t、減少NOx排放量2972 t、減少煙塵排放量497 t、減少排灰渣13.75×104t。

項(xiàng)目二次改造實(shí)施后，節(jié)能減排和社會效益比較顯著。

6 結(jié)語

經(jīng)過多種計(jì)算比較得出，方案一空冷機(jī)組低真空+熱泵+熱網(wǎng)加熱器組合技術(shù)方案合理經(jīng)濟(jì)，回收乏汽余熱最大化，供熱能力最大化?；厥沼酂岣脑旃こ虘?yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)在改造常規(guī)供熱方式時(shí)，一定要結(jié)合當(dāng)?shù)爻鞘泄嵋?guī)劃，可以按一次規(guī)劃分期建設(shè)考慮，應(yīng)避免造成較大拆除工程量和二次改造投資浪費(fèi)，以提高改造技術(shù)方案的合理性和經(jīng)濟(jì)性。

(2)供熱面積和供熱量，是考慮供熱改造技術(shù)方案的主要因素。

(3)機(jī)組容量和排汽冷卻方式，也是確定供熱改造技術(shù)方案的重要因素。

(4)熱電廠(或火電廠)回收乏汽余熱供熱項(xiàng)目投運(yùn)后，應(yīng)及時(shí)辦理節(jié)能申請報(bào)告，享受政府一次性節(jié)能減排補(bǔ)貼、供熱增值稅減半即交即退和熱泵(節(jié)能)設(shè)備增值稅退稅抵扣改造投資費(fèi)用的優(yōu)惠政策。

[1] 孟繁晉．抽凝機(jī)組低真空循環(huán)水供熱技術(shù)熱力學(xué)分析[J]．暖通空調(diào)，2012，42(9)．

[2] 王強(qiáng)．基于吸收式換熱的電廠余熱利用技術(shù)探討[J]．中國高新技術(shù)企業(yè)．2014，289(10)．

[3] 苪光雨，王彤．項(xiàng)目決策分析與評價(jià)[M]．北京：中國計(jì)劃出版社，2003．

Reforming Plan of Retrieving Useless Vapour Afterheat in Thermal Power Plant

LU Bin, WANG Yuan-qing, WANG Qiang
(China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Engineering Co. Ltd., Taiyuan 030001, China)

The present situation of heat supply and transformation necessity of Baotou second thermal power plant is introduced, and coMParison and selection of transformation schemes are discussed. For the principle of maximizing recycling the residual heat of exhausted steam, the technical scheme of high back pressure and heat pump application in combination is determined through technology and economic analysis. The scheme can supply the heat that the urban areas demand in maximum, which achieves good economic returns and social benefits, meanwhile, makes great contribution to energy conservation and improving the quality of urban environment.

heat supply transformation; schemes selection; social benefits.

TM621

B

1671-9913(2015)05-0033-06

2015-05-20

陸斌(1958- )，男，山西臨猗人，高級經(jīng)濟(jì)師，從事火電廠及節(jié)能改造設(shè)計(jì)工作。