電廠采用不同冷源及換熱方式對乏汽回收效益的影響分析

于曉東，王檬，李小鋒，龐建華，劉華偉

（光大環(huán)保（中國）有限公司，廣東 深圳 518026）

目前，我國能源消耗量越來越大，面對嚴重的環(huán)境問題，不僅制約我國經(jīng)濟的發(fā)展，還對人們生活質(zhì)量造成嚴重威脅。因此，節(jié)能環(huán)保形式已經(jīng)越來越嚴重，垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)運行過程中，同樣要倡導(dǎo)節(jié)能降耗，提高能源的利用率，節(jié)約資源，促進垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文對垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)如何選擇乏汽回收裝置及冷源進行了簡單的論述。

1 概述

傳統(tǒng)垃圾焚燒發(fā)電系統(tǒng)一般會采用一臺高壓加熱器，一低壓加熱器，一臺中壓除氧器，一臺疏水?dāng)U容器，一臺連排擴容器。隨著除氧器、疏水?dāng)U容器及定排擴容器的運行有大量蒸汽需要外排，此部分蒸汽是潔凈的，且具有汽化潛熱，有一定的回收價值?，F(xiàn)小型發(fā)電廠除鹽水大多是直接進入除氧器，此部分除鹽水需使用汽輪機的二抽蒸汽加熱，汽輪機凝結(jié)水采用汽機三抽蒸汽加熱至98℃左右進入除氧器，此兩部分水最終進入除氧器被加熱至130℃完成除氧過程，本文考慮乏汽回收的熱量替代二抽或三抽蒸汽完成加熱除鹽水或凝結(jié)水，被替代的抽汽繼續(xù)在汽輪機內(nèi)做功發(fā)電，對由此產(chǎn)生的效益進行分析。

通過市場調(diào)研，了解到此類設(shè)備采用表面式換熱器回收、文丘里管混合式、噴淋塔混合式等形式進行回收，因使用較多的冷卻介質(zhì)為除鹽水或凝結(jié)水，故本文針對除鹽水與凝結(jié)水回收蒸汽的經(jīng)濟性進行論述。

2 不同工藝流程經(jīng)濟性分析

2.1 工藝流程一（圖1）

圖1

本工藝流程采用除鹽水混合式換熱方式：除鹽水泵將除鹽水打入三個文丘里管（或噴淋塔），形成負壓，與除氧器、疏水?dāng)U容器、定排擴容器排汽混合后進入熱水箱（約10m3），經(jīng)熱水泵打至除氧器。非定排時根據(jù)實際運行情況調(diào)整除鹽水泵及熱水泵流量，但不低于最小蒸汽冷卻水量12.78t/h，并保持熱水箱低水位運行；定排時增大除鹽水泵流量至23.67t/h，并將熱水暫儲存在熱水箱內(nèi)，熱水箱有效容積不低于10m3，熱水泵需在下一定排周期內(nèi)將熱水箱水打至低水位。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q1=D氧×(h0氧-h鹽)+D疏×(h疏-h鹽)+m定×3/24×(h定-h鹽)=4440963.94kj/h。

式中，Q1為可替代抽汽的熱量，此為計算值，單位為kj/h；D氧為除氧器流量，取728kg/h；h0氧為除氧器排汽焓值，取2720.12kj/kg；h鹽為除鹽水焓值，取105.39kj/kg；D疏為疏水?dāng)U容器排汽蒸汽流量，取900 kg/h；h疏為疏水?dāng)U容器排汽蒸汽流量，取2674.95kj/kg；h定為疏水?dāng)U容器排汽蒸汽流量，取2674.95kj/kg；m定為定排擴容器一次排汽蒸汽量，取700kg，排汽瞬時流量為1400kg/h，每日定期排污次數(shù)取3 次。

汽輪機抽汽減少的量：D1汽=Q1/（h0二-h1氧）=1892.75kg/h。

式中，h0二為汽輪機二級抽汽焓值，取2892.55kj/kg；h1氧為除氧器內(nèi)熱水焓值，取546.25kj/kg。

抽汽可增加的發(fā)電量：P1=D1汽×(h0二-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=315.72kw。

式中，h排為汽輪機排汽抽汽焓值，取2231.1kj/kg；η聯(lián)為聯(lián)軸器效率，取99%；η減為減速機效率，取98.5%；η發(fā)為發(fā)電機效率，取98%；η汽為汽輪機各項外部損失，取5%。

②回收蒸汽后，除鹽水節(jié)約量：D1鹽=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③發(fā) 電 量 及 除 鹽 水 收 益：(P1×0.375+D1鹽×12)×8000=111.18 萬元。電費取0.375 元/kWh，除鹽水費取12 元/噸，設(shè)備運行時間取8000h。

（2）運行費用預(yù)算。

①運行功率估算：熱水泵選型：流量為25t/h，揚程為32m，功率為4kW。

②年運行費用：4×0.375×8000=1.2 萬元。

（3）年經(jīng)濟效益約為109.98 萬元。

2.2 工藝流程二（圖2）

圖2

本工藝流程采用除鹽水表面式換熱方式：除鹽水泵將除鹽水打入兩臺表面式換熱器，一臺與除氧器排汽換熱、另一臺與疏水?dāng)U容器、定排擴容器排汽換熱，換熱后的除鹽水直接進入除氧器；排汽經(jīng)過換熱后進入緩沖水箱由緩沖水泵打至除氧器。非定排時根據(jù)實際運行情況調(diào)整進入換熱器的流量，但不低于最小冷卻水量13.46t/h；定排時增大除鹽水泵流量至24.94t/h，并將凝結(jié)水水暫儲存在緩沖水箱內(nèi)，緩沖水泵需在下一定排周期內(nèi)將緩沖水箱水打至低水位。此方式需要通過除氧器進行系統(tǒng)水量調(diào)節(jié)，在每次定排前需將除氧器水位降低，預(yù)留約5.74t 的水容量。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q2=(D氧×(h0氧-h鹽）+D疏×(h疏-h鹽)+m定×3/24×(h定-h鹽）×η板=4352144.66kJ/h。

式中，η板為板式換熱器效率，取98%。

抽汽減少的量：D2汽=Q2/(h0二-h1氧)=1854.90kg/h

抽汽增加的發(fā)電量：P2=D2汽×(h0二-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=309.41kW。

② 除 鹽 水 節(jié) 約 量：D2鹽=m定×3/24h+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③發(fā)電量及除鹽水回收收益：(P2×0.375+D2鹽×12)×8000=109.29 萬元。

（2）運行費用預(yù)算。①運行功率估算：緩沖水 泵 選 型：3t/h，32m，1.1kW。 ②年 運 行 費 用：1.1×0.375×8000=0.33 萬元。

（3）年經(jīng)濟效益約為108.96 萬元。

2.3 工 藝流程三（圖3）

圖3

本工藝流程采用凝結(jié)水混合式換熱方式：軸封加熱器出口引一條凝結(jié)水管道至除氧器層將凝結(jié)水打入三個文丘里管（或噴淋塔），形成負壓，將除氧器、疏水?dāng)U容器、定排擴容器排汽混合后進入緩沖水箱（約5m3），經(jīng)緩沖水泵打至除氧器。非定排時根據(jù)實際運行情況通過調(diào)門調(diào)整進入換熱器的凝結(jié)水量，但不低于最小蒸汽冷卻水量16.71t/h，并調(diào)整緩沖水泵流量將緩沖水箱內(nèi)的水及時打入除氧器；定排時通過調(diào)門增大進入換熱器的凝結(jié)水流量至30.95t/h，熱水進入緩沖水箱內(nèi)，使用緩沖水泵及時打入除氧器。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q3=(D氧×(h0氧-h1軸)+D疏×(h疏-h1軸)+m定×3/24×(h定-h1軸)=4334414.24kJ/h。

式中，h1軸為軸封加熱器出水焓值，取167.5kJ/kg。

抽汽減少的量：D3汽=Q3/(h0三-h1三)=2009.56kg/h

式中，h0三為汽輪機三級抽汽蒸汽焓值， 取2560.9kJ/kg；h1三為汽輪機三級抽汽凝結(jié)水焓值，取404kJ/kg。

抽汽增加的發(fā)電量：P3=D3汽×(h0三-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=167.14kW。

② 除 鹽 水 節(jié) 約 量：D3鹽=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③ 運 行 收 益 分 析：(P3×0.375+D3鹽×12)×8000=66.61 萬元。

（2）投入及運行費用預(yù)算。

①運行功率估算：緩沖水泵選型：35t/h，30m，7.5kW。

②年運行費用約7.5×0.375×8000=2.25 萬元。

（3）年經(jīng)濟效益約為64.36 萬元

2.4 工藝流程四（圖4）

圖4

本工藝流程采用凝結(jié)水表面式換熱方式：軸封加熱器后的凝結(jié)水打入兩臺表面式換熱器，一臺與除氧器排汽換熱、另一臺與疏水?dāng)U容器、定排擴容器排汽換熱，換熱后的凝結(jié)水直接進入除氧器；排汽經(jīng)過表面換熱后進入緩沖水箱，由緩沖水泵打至除氧器。非定排時根據(jù)實際運行情況通過調(diào)門調(diào)整進入換熱器的凝結(jié)水量，但不低于最小蒸汽冷卻水量17.37t/h，并調(diào)整緩沖水泵流量將緩沖水箱內(nèi)的水及時打入除氧器；定排時通過調(diào)門增大進入換熱器的凝結(jié)水流量至32.17t/h，熱水進入緩沖水箱內(nèi)，使用緩沖水泵及時打入除氧器，緩沖水箱有效容積滿足水量調(diào)節(jié)需求即可。

（1）收益分析。

①節(jié)約汽輪機抽汽量增加的發(fā)電量。

可替代抽汽的熱量：Q4=(D氧×(h0氧-h1軸)+D疏×(h疏-h1軸)+m定×3/24×(h定-h1軸)×η板=4247725.95kJ/h。

抽汽減少的量：D4汽=Q4/(h0三-h1三)=1969.37kg/h

抽汽增加的發(fā)電量：P4=D4汽×(h0三-h排)×η聯(lián)×η減×η發(fā)×（1-η汽）/3600=163.79kW。

② 除 鹽 水 節(jié) 約 量：D4鹽=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③運 行 收 益 分 析：(P4×0.375+D4鹽×12)×8000=65.61 萬元

（2）運行費用預(yù)算。

①運行功率估算：緩沖水泵選型：3t/h，32m，1.1kW。

②年運行費用約1.1×0.375×8000=0.33 萬元。

（3）年經(jīng)濟效益約為65.28 萬元。

3 數(shù)據(jù)分析（表1 和表2）

表1

表2

通過以上四種初步方案的經(jīng)濟性分析，采用混合式換熱方式且使用除鹽水冷卻經(jīng)濟型最好，但使用固定噴嘴的文丘里管對于蒸汽流量的提資準確性要求較高，偏差較大將無法達到使用效果，可考慮使用可調(diào)噴嘴；采用噴淋塔型式形式需要足夠的換熱空間，投資偏大，冷卻水量不足時易影響排汽壓力；采用表面換熱器可達到熱量回收的目的，但無可靠措施保證除氧器的排氧能力及原設(shè)備排汽壓力，且系統(tǒng)對操作要求較高，水位控制較為復(fù)雜。

4 結(jié)語

對于需要進行乏汽回收的電廠，如無其他供熱要求，可盡量使用混合換熱器對除鹽水進行回收，如除鹽水不足可考慮使用凝結(jié)水進行回收。為最大程度的利用熱量，可以考慮回收乏汽同時采用表面式換熱器回收排污熱水進，冷卻后的熱污水進入原水箱再次回收利用。