盛化才 王宏偉

上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司

0 背景

近年來(lái)，國(guó)家大力實(shí)施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，其中，節(jié)能減排是該戰(zhàn)略的重要組成部分。造紙工業(yè)能耗較大，尤其制漿造紙生產(chǎn)過(guò)程中要消耗大量熱能、電力和水，對(duì)此，除采用制漿造紙工藝技術(shù)改造，實(shí)施高效合理用能已成為造紙企業(yè)節(jié)能的主要措施。造紙工業(yè)“十三五”發(fā)展的《意見(jiàn)》指出，中國(guó)造紙工業(yè)30多年的高速發(fā)展伴隨著資源和環(huán)境的巨大壓力，“十三五”期間行業(yè)面臨的全球資源、市場(chǎng)、資本激烈競(jìng)爭(zhēng)，以及產(chǎn)品貿(mào)易的綠色壁壘將更加明顯，國(guó)內(nèi)凸現(xiàn)的能源、資源、環(huán)境瓶頸和消費(fèi)結(jié)構(gòu)的重大變化將敦促造紙工業(yè)走綠色發(fā)展道路[1]。國(guó)家還明確提出“發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)和熱、電、煤氣多聯(lián)供”，以提高熱能綜合利用效率[2]。當(dāng)前，一些企業(yè)仍存在蒸汽沒(méi)有合理利用的問(wèn)題，造成整體熱效率較低。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)能效提升優(yōu)化改造勢(shì)在必行。

1 項(xiàng)目概況

某造紙企業(yè)的紙機(jī)生產(chǎn)線(xiàn)采用目前世界上最先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，并配備最先進(jìn)的DCS、QCS質(zhì)量控制系統(tǒng)，現(xiàn)有兩條共150萬(wàn)t/年的涂布白紙板生產(chǎn)線(xiàn)。企業(yè)現(xiàn)有一座自備熱電廠為全廠生產(chǎn)提供蒸汽和電力。熱電廠有兩臺(tái)300t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，配備兩臺(tái)60MW高溫高壓抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組；兩臺(tái)130t/h污泥焚燒鍋爐，配備兩套減溫減壓裝置（至中壓聯(lián)箱設(shè)兩臺(tái)減溫減壓裝置，其中一臺(tái)備用；至低壓聯(lián)箱設(shè)三臺(tái)減溫減壓裝置，其中一臺(tái)備用）?，F(xiàn)有鍋爐、汽輪機(jī)和減溫減壓裝置的主要參數(shù)見(jiàn)表1、表2和表3。

表1 鍋爐參數(shù)表

表2 抽凝式汽輪機(jī)參數(shù)表

表3 減溫減壓裝置參數(shù)表

2 熱負(fù)荷現(xiàn)狀

2.1 用熱需求現(xiàn)狀

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)熱負(fù)荷調(diào)查，紙機(jī)生產(chǎn)全天24h運(yùn)行，年運(yùn)行時(shí)間在340天左右。其自備熱電廠現(xiàn)有熱用戶(hù)為企業(yè)內(nèi)部造紙工藝用汽，對(duì)供熱的連續(xù)性、穩(wěn)定性要求較高。中壓用汽壓力為1．57MPa、280℃左右；低壓用汽壓力為 0．7MPa、200℃左右。熱用戶(hù)加熱方式以間接換熱為主，生產(chǎn)線(xiàn)已考慮設(shè)置有凝結(jié)水回收系統(tǒng)，約有供熱蒸汽80%的凝結(jié)水得到回收。

為了滿(mǎn)足企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大及周邊企業(yè)供汽需求，結(jié)合熱電廠原有供熱蒸汽參數(shù)，熱負(fù)荷需求增加，匯總見(jiàn)表4。

表4 熱負(fù)荷需求匯總表

2.2 供熱能力分析

造紙生產(chǎn)線(xiàn)用汽主要由熱電廠現(xiàn)有兩臺(tái)60MW抽凝式汽輪機(jī)抽汽及污泥焚燒鍋爐蒸汽經(jīng)減溫減壓后提供，兩條線(xiàn)熱負(fù)荷通過(guò)低壓聯(lián)箱連通管相通。熱電廠現(xiàn)有供熱能力如表5所示。

表5 現(xiàn)有熱電廠供熱能力

3 問(wèn)題分析

3.1 蒸汽平衡分析

根據(jù)熱電廠現(xiàn)有裝機(jī)供熱能力、企業(yè)生產(chǎn)自用熱負(fù)荷和外供熱負(fù)荷現(xiàn)狀，通過(guò)熱負(fù)荷供需分析，廠區(qū)低壓蒸汽供汽存在缺口，現(xiàn)有供熱能力不能滿(mǎn)足生產(chǎn)用汽及外供蒸汽需求。

3.2 減溫減壓裝置損失

從熱力學(xué)第一定律角度分析，熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)較純凝機(jī)組提高了能量的利用效率。從熱力學(xué)第二定律角度看，能量還存在質(zhì)量的區(qū)別，體現(xiàn)在能量的品位上，例如高溫高壓熱源比低溫低壓熱源的熱能品位高。蒸汽減溫減壓雖為絕熱過(guò)程，總熱量保持不變，但減溫減壓后，會(huì)造成蒸汽?損失，因此蒸汽減溫減壓過(guò)程會(huì)造成蒸汽能量的大量損失。現(xiàn)有污泥焚燒鍋爐產(chǎn)生的5．3MPa、485℃過(guò)熱蒸汽經(jīng)減溫減壓裝置降至1．7MPa、280℃和0．8MPa、220℃兩個(gè)等級(jí)，壓差分別達(dá)到3．6MPa和4．5MPa，存在較大的余壓資源浪費(fèi)。利用背壓機(jī)組替代現(xiàn)有的減溫減壓裝置進(jìn)行發(fā)電和供熱，能提高能源的綜合利用效率。

3.3 政策要求

企業(yè)自備熱電廠有2臺(tái)60MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組，采用抽汽供熱。而當(dāng)?shù)卣蟆?020年底前，每家企業(yè)最多保留1臺(tái)燃煤抽凝自備機(jī)組”[3]，并滿(mǎn)足地方標(biāo)準(zhǔn)熱電聯(lián)產(chǎn)能效能耗限額規(guī)定要求。目前，企業(yè)采用抽凝式機(jī)組進(jìn)行供熱，綜合熱效率低，不能滿(mǎn)足政策及能耗準(zhǔn)入強(qiáng)制性條款要求。

4 方案探討

綜合以上分析，企業(yè)能源損失主要是污泥焚燒鍋爐產(chǎn)生的高溫蒸汽直接經(jīng)減溫減壓裝置進(jìn)行供熱造成巨大的做功能力損失和熱能浪費(fèi)。據(jù)此，提出改造方案的思路是蒸汽合理高效利用，同時(shí)滿(mǎn)足當(dāng)?shù)貙?duì)抽凝機(jī)組政策要求。根據(jù)熱負(fù)荷規(guī)模及參數(shù)要求，按照“以熱定電、熱電聯(lián)產(chǎn)、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境”原則，《改造方案》包括兩部分內(nèi)容：先期建設(shè)1臺(tái)15MW背壓機(jī)組替代減溫減壓裝置；后續(xù)將1#60MW高溫高壓抽凝機(jī)組改造為45MW抽背機(jī)組，保留原有2#60MW高溫高壓抽凝機(jī)組，并通過(guò)2#抽凝機(jī)組抽汽進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足供熱需求的波動(dòng)。

4.1 蒸汽參數(shù)的確定

廠內(nèi)現(xiàn)需生產(chǎn)及外供蒸汽參數(shù)如下：低壓蒸汽0．7MPa（g），溫度220℃；次中壓蒸汽1．6MPa（g），溫度270℃?？紤]造紙工藝對(duì)熱負(fù)荷參數(shù)的穩(wěn)定性和周邊企業(yè)供熱需求，CB15汽輪機(jī)抽汽參數(shù)2．5MPa（a），排汽參數(shù)0．98MPa（a），抽排汽后端均設(shè)減溫減壓裝置調(diào)節(jié)外供蒸汽參數(shù)。CB45機(jī)組抽汽參數(shù)與2#抽凝機(jī)C60的抽汽參數(shù)一致，抽汽參數(shù)為 2．51MPa（a），排汽參數(shù) 0．85MPa（a）。抽汽及排汽后，為了保證供熱參數(shù)的適當(dāng)調(diào)節(jié)能力以適應(yīng)生產(chǎn)工藝的需要，再分別設(shè)置兩套減溫減壓裝置。

4.2 汽機(jī)選型

結(jié)合廠內(nèi)焚燒鍋爐出力和熱負(fù)荷需求，經(jīng)全廠熱負(fù)荷計(jì)算，汽輪機(jī)選型以額定功率15MW的CB15-4．9/2．5/0．98抽汽背壓式汽輪機(jī)（機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表6），系次高溫次高壓、單缸、單抽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組替代減溫減壓裝置，原有減溫減壓裝置作為備用。熱電廠1#60MW抽凝式汽輪發(fā)電機(jī)組改造為1×45MW抽背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組機(jī)（機(jī)組參數(shù)見(jiàn)表7），通過(guò)改造提高機(jī)組對(duì)外供熱量，以適應(yīng)供熱需求的提高，改善機(jī)組的能效能耗指標(biāo)。

表6 15MW抽汽背壓式汽輪機(jī)參數(shù)表

表7 45MW抽汽背壓式汽輪機(jī)參數(shù)表

4.3 運(yùn)行方式

從全廠機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行考慮，為確保抽背機(jī)組高效運(yùn)行，CB15和CB45機(jī)組的抽汽及排汽分別經(jīng)減溫減壓后送中低壓聯(lián)箱，通過(guò)一、二期聯(lián)箱連通管轉(zhuǎn)送各工藝生產(chǎn)線(xiàn)和周邊企業(yè)；不足部分的中低壓蒸汽，由現(xiàn)有2#60MW抽凝式汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組補(bǔ)充提供。同時(shí)，考慮背壓機(jī)組事故或正常檢修確保生產(chǎn)線(xiàn)工藝用熱需求，保留原有次高壓次高溫減溫減壓裝置，以作備用。

4.4 實(shí)施效果分析

整個(gè)項(xiàng)目分兩階段實(shí)施：第一階段主要是新建1×15MW背壓機(jī)組替代原有減溫減壓裝置；第二階段將熱電廠現(xiàn)有1#60MW的抽凝機(jī)組改造為1×45MW抽背機(jī)組。項(xiàng)目實(shí)施前后主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表8所示：

表8 項(xiàng)目實(shí)施前后主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表

5 結(jié)論

背壓機(jī)組具有供熱穩(wěn)定、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)性較好等優(yōu)點(diǎn)。利用背壓機(jī)組替代減溫減壓裝置進(jìn)行發(fā)電和供熱，可大大提高企業(yè)的能源利用效率，且符合國(guó)家政策和地方政府要求。全部項(xiàng)目實(shí)施后，可提高機(jī)組對(duì)外供熱能力和供熱穩(wěn)定性，在滿(mǎn)足造紙企業(yè)對(duì)蒸汽需求的前提下，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。