淺析煤化工中熱電裝置的配置方案

陳昊

摘要：目前國(guó)內(nèi)煤化工項(xiàng)目發(fā)展形勢(shì)迅猛，文章以一個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目為例，在公用工程條件都已經(jīng)確定的情況下，對(duì)熱電裝置的配置方案進(jìn)行討論。綜合考慮化工生產(chǎn)的實(shí)際運(yùn)行和化工工藝的可操作性等問題，對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)的選型進(jìn)行比較，從能量轉(zhuǎn)化率等方面進(jìn)行分析，研究熱電配置方案之間的優(yōu)缺點(diǎn)與不同點(diǎn)，為今后類似項(xiàng)目提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：煤化工；熱電裝置；配置方案；煤制天然氣項(xiàng)目；能量轉(zhuǎn)化率 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP273 文章編號(hào)：1009-2374（2017）06-0213-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.106

1 概述

目前國(guó)內(nèi)煤化工發(fā)展迅猛，尤其在煤炭資源豐富的新疆、內(nèi)蒙古和寧夏等西部地區(qū)，因?yàn)槊禾块L(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益并不理想，所以需建設(shè)坑口電站西電東送或者將轉(zhuǎn)化為天然氣、甲醇或烯烴等高附加值產(chǎn)品外運(yùn)，提高經(jīng)濟(jì)效益。新疆的煤炭資源非常豐富，儲(chǔ)量預(yù)計(jì)達(dá)到2.19萬億噸，約占全國(guó)預(yù)計(jì)總儲(chǔ)量的40%。“十一五”期間，新疆新增的已查明煤炭資源儲(chǔ)量突破2500億噸，在這個(gè)五年間，全自治區(qū)生產(chǎn)原煤總量為3.43億噸，年平均增長(zhǎng)21%。區(qū)內(nèi)規(guī)劃了四個(gè)主要的煤電煤化工基地，分別是準(zhǔn)東、伊犁、吐哈和庫拜，在“西部大開發(fā)”政策的指導(dǎo)下，具有雄厚實(shí)力的企業(yè)開始積極地走進(jìn)新疆，開展煤炭方面的生產(chǎn)和深度加工，這些行為不僅增加和帶動(dòng)了當(dāng)?shù)氐木蜆I(yè)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，同時(shí)減少了我國(guó)對(duì)國(guó)外能源和化工產(chǎn)品的依賴性。

2 項(xiàng)目方案

本文則以新疆某一個(gè)煤制天然氣項(xiàng)目為例，項(xiàng)目的煤制天然氣流程如圖1所示。煤化工和熱電裝置之間的介質(zhì)交換參數(shù)如表1所示。

表1中主要的介質(zhì)為蒸汽，煤化工需要熱電裝置提供9.8MPa的高壓蒸汽和0.6MPa的低壓蒸汽。采暖期時(shí)，需要增加0.6MPa蒸汽的用量。從煤化工回到熱電裝置介質(zhì)的主要為熱除鹽水，經(jīng)過預(yù)熱后一部分可以用于煤化工其他裝置，一部分用于鍋爐給水。煤化工電力負(fù)荷需求為325MW，熱電裝置本身也存在一定的用電負(fù)荷。

根據(jù)本項(xiàng)目的公用工程條件，兩個(gè)方案內(nèi)容如下：

2.1 方案一：2×350MW超臨界機(jī)組+3×120t/h高壓鍋爐

本方案采用2臺(tái)350MW的超臨界機(jī)組發(fā)電，滿足煤化工用電需求，機(jī)組中的低壓蒸汽供給煤化工。3臺(tái)高壓鍋爐，滿足正常運(yùn)行時(shí)高壓蒸汽（9.8MPa）需求，但冬季開車時(shí)還需要從超臨界機(jī)組主蒸汽管道抽出部分蒸汽進(jìn)行補(bǔ)充。當(dāng)一臺(tái)超臨界機(jī)組檢修時(shí)，另一臺(tái)機(jī)組發(fā)電量為350MW，仍可滿足煤化工320MW的用電負(fù)荷，每臺(tái)機(jī)組中可以抽出的低壓蒸汽（1.2MPa，～380℃）最大量為400t/h，同樣滿足本工程的低壓蒸汽需求。350MW超臨界機(jī)組無法直接抽出高壓蒸汽（9.81MPa，540℃），只能通過其主蒸汽減溫減壓后提供，從能源利用的角度考慮，這種方式既不合理也不經(jīng)濟(jì)，所以在本方案中高壓蒸汽（9.81MPa，540℃）由另建的高溫高壓鍋爐供應(yīng)。

2.2 方案二：4×100MW高溫高壓機(jī)組+3×260t/h高壓鍋爐

本方案采用安裝4臺(tái)100MW高溫高壓機(jī)組，可以提供400MW電力，當(dāng)有一臺(tái)機(jī)組檢修時(shí)，需要從電網(wǎng)購電，每臺(tái)汽輪機(jī)均可抽出低壓蒸汽（1.2MPa，～305℃），汽量約為210t/h，所以滿足煤化工對(duì)于低壓蒸汽的需求。3臺(tái)260t/h高溫高壓鍋爐，滿足9.8MPa的高壓蒸汽負(fù)荷，當(dāng)一臺(tái)鍋爐檢修時(shí)，另兩臺(tái)鍋爐也可基本滿足煤化工對(duì)于蒸汽的需求。

3 結(jié)果分析

方案一與方案二從技術(shù)角度均可以滿足煤化工的電力、蒸汽和運(yùn)行穩(wěn)定性的需求，達(dá)到以汽定電、自產(chǎn)自用的標(biāo)準(zhǔn)。

在方案中并未提及熱電裝置的冷卻模式，考慮到新疆地處內(nèi)陸地區(qū)，年降水偏少，區(qū)內(nèi)基本為內(nèi)流河，分配的水量有限，國(guó)家關(guān)于煤化工的節(jié)水政策也比較嚴(yán)苛，所以建議熱電裝置采用空冷方式。

本工程預(yù)計(jì)采用發(fā)熱量較低的煙煤，循環(huán)流化床的脫硫效率已經(jīng)難以滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，即脫硫效率應(yīng)大于95%，出于安全運(yùn)行的考慮，兩個(gè)方案均采用煤粉爐，配合水平濃淡分離燃燒器，以減少NOx的排放。煤粉爐作為一種應(yīng)用廣泛的懸浮燃燒爐，其技術(shù)成熟可靠，燃燒效率高，爐內(nèi)磨損較輕，連續(xù)運(yùn)行周期相對(duì)較長(zhǎng)，穩(wěn)定可靠且易于自動(dòng)控制，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富，兩種方案均配置多臺(tái)鍋爐，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的變化可以對(duì)鍋爐的運(yùn)行臺(tái)數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以使其在比較經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行。

方案一的優(yōu)點(diǎn)是每千瓦電量的造價(jià)低，發(fā)電標(biāo)煤耗率相對(duì)較低，能源轉(zhuǎn)化率較高，超臨界機(jī)組發(fā)電廠熱效率大約可達(dá)44%。在化工裝置已經(jīng)整體優(yōu)化完畢的前提下，熱電裝置能源轉(zhuǎn)化率的提高有助于提高項(xiàng)目整體的轉(zhuǎn)化率，增強(qiáng)項(xiàng)目本身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。缺點(diǎn)就是裝置的整體投資偏高，而且除去向煤化工提供蒸汽和電力的同時(shí)，仍有相當(dāng)?shù)碾娏νㄟ^接入當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)進(jìn)行消納，必須與外部電網(wǎng)和當(dāng)?shù)卣M(jìn)行協(xié)調(diào)落實(shí)電力市場(chǎng)空間，如果機(jī)組未能滿負(fù)荷運(yùn)行，轉(zhuǎn)化率和煤耗率均會(huì)受到影響。

方案二的優(yōu)點(diǎn)是整體投資偏少，因?yàn)闄C(jī)組的容量下降，但同樣可以滿足煤化工的電力和蒸汽需求，當(dāng)一臺(tái)機(jī)組停運(yùn)時(shí)需從當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)購電。規(guī)劃的占地較小，總體耗煤量偏低。但能源轉(zhuǎn)化率不及方案一，隨著國(guó)家政策的變化，對(duì)于小機(jī)組的運(yùn)行和環(huán)保要求的提高，未來存在一定的政策風(fēng)險(xiǎn)，需要預(yù)留改造空間。

兩個(gè)方案是從不同的角度、不同的思考方向來闡述熱電裝置的選型。方案無優(yōu)劣之分，只是側(cè)重點(diǎn)不同，根據(jù)每個(gè)項(xiàng)目的當(dāng)?shù)厣鐣?huì)環(huán)境、公用工程需求等因素，選擇一種適合自身化工項(xiàng)目的熱電設(shè)計(jì)方案才是最重要的。

除了以上兩個(gè)方案，還可以考慮建設(shè)燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)IGCC電站，IGCC是一種可持續(xù)發(fā)展的潔凈煤燃燒技術(shù)，對(duì)我國(guó)的節(jié)能減排有重要影響。熱電站燃料來源可以是合成氣或天然氣，也可以自建氣化爐。IGCC電站供電凈效率最高已經(jīng)達(dá)到43%，相比于常規(guī)亞臨界燃煤電站效率大約高5%～7%，相當(dāng)于超超臨界機(jī)組的供電效率。隨著燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展，IGCC供電效率則可以達(dá)到52%；電站的耗水量約為同容量同種冷卻方式常規(guī)燃煤機(jī)組的1/2～2/3；環(huán)境污染小，SO2、NOx的排放可以滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，但是其投資費(fèi)用和發(fā)電成本比較高。機(jī)組選型可以初步確定為2×170MW，燃料是否可以采用煤化工氣化爐的合成氣還需進(jìn)一步論證。在滿足電力供應(yīng)的基礎(chǔ)上，煤化工需求的高壓蒸汽可以通過余熱鍋爐來生產(chǎn)，低壓蒸汽則可從汽輪機(jī)低壓缸中抽取。

本熱電裝置是煤化工項(xiàng)目附屬設(shè)施，其燃料與煤化工所用原煤煤源一致，且只占總耗量的一小部分。其產(chǎn)生的蒸汽和電力主要供給煤化工，所以煤化工項(xiàng)目決定著本裝置的市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)。在裝置建設(shè)實(shí)施過程中，應(yīng)以規(guī)模化為指導(dǎo)，設(shè)計(jì)和設(shè)備的具體選型則應(yīng)本著低污染、低能耗和高產(chǎn)值的原則，關(guān)注清潔生產(chǎn)，建設(shè)過程中緊抓質(zhì)量管理和費(fèi)用控制。重視環(huán)保，把可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略貫徹于裝置基建生產(chǎn)之中，同時(shí)充分考慮環(huán)保治理和環(huán)保建設(shè)，建設(shè)脫硫和廢污水處理設(shè)施，減少SO2、煙塵和NOx等污染物的排放量，使熱電裝置排放滿足國(guó)家和地方排放標(biāo)準(zhǔn)及總量控制要求。

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（責(zé)任編輯：周 瓊）