汪楓

（中國電建集團(tuán)福建省電力勘測設(shè)計院有限公司 福建福州 350003）

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，許多工業(yè)園區(qū)的蒸汽需求量也在不斷提高。為了保障工業(yè)園區(qū)的蒸汽供應(yīng)，熱電廠被新建、擴(kuò)建或者改造，以滿足日益增長的熱負(fù)荷的需求［1］。根據(jù)國家熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)政策［2］，城市和工業(yè)園區(qū)的集中供熱應(yīng)優(yōu)先利用或改造現(xiàn)有熱源。工業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目優(yōu)先采用高壓及以上參數(shù)背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。在役熱電廠擴(kuò)建熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組時，原則上采用背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。近年來，許多新型背壓機(jī)技術(shù)不斷被提出，其中包括高參數(shù)亞臨界一次再熱技術(shù)、低真空回?zé)岢楸臣夹g(shù)等。本文將從具體實(shí)施案例探討新型背壓機(jī)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

1 項(xiàng)目背景

某工業(yè)園區(qū)配套的熱電聯(lián)產(chǎn)工程已建成3×150 t/h 高溫超高壓循環(huán)流化床機(jī)組，配套建設(shè)1×17 MW+1×19.1 MW 背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。設(shè)計熱負(fù)荷為低壓蒸汽，蒸汽參數(shù)為P=1.6 MPa，T=240 ℃，汽機(jī)額定工況供汽量為196 t/h。工程2 臺機(jī)組的額定供汽量為：17 MW 常規(guī)背壓機(jī)供汽量121 t/h；19.1 MW 新型背壓機(jī)供汽量75 t/h，經(jīng)減溫后滿足工業(yè)集中區(qū)熱負(fù)荷需求。

隨著工業(yè)園區(qū)熱負(fù)荷的發(fā)展，預(yù)計近期園區(qū)平均熱負(fù)荷增長為395 t/h，扣除現(xiàn)狀的熱負(fù)荷196 t/h，還需要提供199 t/h的蒸汽，蒸汽參數(shù)為P=1.6 MPa，T=240 ℃。為了滿足熱負(fù)荷的需求，新建供熱機(jī)組是有必要的。

新機(jī)組建成后，新機(jī)組和原有的2 臺機(jī)組正常運(yùn)行可以滿足工業(yè)區(qū)熱負(fù)荷需求，原來的3 臺150 t/h 鍋爐中的1 臺可以恢復(fù)為備用鍋爐，可滿足《小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于熱電廠鍋爐設(shè)備的要求，全廠運(yùn)行調(diào)度更加可靠、靈活。通過新上的機(jī)組，提高能源轉(zhuǎn)換率，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的節(jié)能減排，符合國家相關(guān)文件要求。

2 機(jī)組選型比較

2.1 常規(guī)抽背機(jī)與深度抽背機(jī)比較

為盡可能提高背壓機(jī)的發(fā)電能力，提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，國內(nèi)提出深度背壓機(jī)的概念，福建省石獅熱電公司已成功對原有機(jī)組進(jìn)行改造，19.1 MW 背壓機(jī)也采用了該方案，目前對于深度背壓機(jī)及其輔助設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)已相對成熟。

深度背壓機(jī)的方案實(shí)質(zhì)是增加一級回?zé)?、調(diào)整除氧器加熱汽源，系統(tǒng)較常規(guī)背壓機(jī)略微復(fù)雜，但在同樣供熱條件下可以通過多發(fā)電獲得較大的收益，經(jīng)濟(jì)性好。

本項(xiàng)目深度背壓機(jī)與常規(guī)背壓機(jī)進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)比較如下：

（1）熱力系統(tǒng)方面比較：2 個系統(tǒng)補(bǔ)水的加熱方式不同，深度背壓機(jī)采用低真空回?zé)峒訜崞鱽砑訜嵫a(bǔ)水，為混合式加熱方式；常規(guī)背壓機(jī)采用生水加熱器來加熱補(bǔ)水，為表面式加熱方式，表面式加熱效率比混合式加熱效率低，且系統(tǒng)相對復(fù)雜，需要考慮加熱器的疏水回收。

（2）熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)比較：深度背壓機(jī)1 a 供電量為2.131億kWh，比常規(guī)背壓機(jī)多365 萬kWh，發(fā)電標(biāo)煤耗率約為143.4 g/kWh，比常規(guī)背壓機(jī)約節(jié)約3 g/kWh，電廠總效率為89.5%，比常規(guī)背壓機(jī)約提高0.3%?？梢钥闯?，深度背壓機(jī)的熱經(jīng)濟(jì)性較好。

因此，推薦采用帶低真空回?zé)峒訜崞魃疃瘸楸硻C(jī)的方案。

2.2 中間一次再熱與無再熱汽輪機(jī)比較

中間一次再熱機(jī)組較無再熱機(jī)組可提高機(jī)組總體的經(jīng)濟(jì)性，但對于小機(jī)組而言，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性及原始投資。對于本項(xiàng)目供熱機(jī)組而言，是否采用中間一次再熱，也需要分析再熱機(jī)組的供熱參數(shù)是否與熱負(fù)荷相匹配。本項(xiàng)目熱用戶所需熱負(fù)荷為1.6 MPa，240 ℃，而根據(jù)汽輪機(jī)廠家提供的熱平衡，中間一次再熱機(jī)組，1.6 MPa 壓力的抽汽參數(shù)對應(yīng)的溫度為444.5 ℃，遠(yuǎn)高于所需的240 ℃，需要增加大量減溫水將蒸汽降溫，大大降低了經(jīng)濟(jì)性，并且減小了機(jī)組的出力，因此不考慮中間一次再熱的方案。

3 經(jīng)濟(jì)性分析

規(guī)劃擴(kuò)建熱電機(jī)組按低真空回?zé)嵝滦捅硥簷C(jī)的初選裝機(jī)有4 種方案。

方案一：1 臺301 t/h 高溫超高壓CFB 鍋爐+1 臺40 MW等級低真空回?zé)嵝滦捅硥菏狡啓C(jī)。總裝機(jī)容量約40 MW，主蒸汽參數(shù)13.7 MPa，535 ℃，給水溫度256 ℃，供熱抽汽壓力為1.6 MPa，溫度為260.8 ℃，經(jīng)過減溫到235.8 ℃后對外供熱；背壓0.05 MPa，回?zé)嵯到y(tǒng)為2GJ+1CY，主蒸汽管道采用切換母管制與老廠主蒸汽母管連接。

方案二：1 臺310 t/h 高溫亞臨界CFB 鍋爐+1 臺42 MW等級低真空回?zé)嵝滦捅硥菏狡啓C(jī)?？傃b機(jī)容量約42 MW，主蒸汽參數(shù)16.7 MPa，535 ℃，給水溫度256 ℃，供熱抽汽壓力為1.6 MPa，溫度為235.8 ℃，對外直接供熱；背壓0.05 MPa，回?zé)嵯到y(tǒng)為2GJ+1CY。

方案三：1 臺301 t/h 超高溫亞臨界CFB 鍋爐+1 臺44 MW等級低真空回?zé)嵝滦捅硥菏狡啓C(jī)?？傃b機(jī)容量約44 MW，主蒸汽參數(shù)16.7 MPa，566 ℃，給水溫度256 ℃，供熱抽汽壓力為1.6 MPa，溫度為259 ℃，經(jīng)過減溫到235.8 ℃后對外供熱；背壓0.05 MPa，回?zé)嵯到y(tǒng)為2GJ+1CY。

方案四：1 臺317 t/h 超高溫亞臨界CFB 鍋爐+1 臺45 MW等級低真空回?zé)嵝滦捅硥菏狡啓C(jī)，總裝機(jī)容量約45 MW，主蒸汽參數(shù)16.7 MPa，566 ℃，給水溫度278 ℃，供熱抽汽壓力為1.6 MPa，溫度為259 ℃，經(jīng)過減溫到235.8 ℃后對外供熱；背壓0.05 MPa，回?zé)嵯到y(tǒng)為3GJ+1CY。

對4 個機(jī)組方案進(jìn)行熱平衡計算。為簡化計算，管道效率取98.5%，鍋爐效率92%。機(jī)組“以熱定電”，年發(fā)電利用小時數(shù)與設(shè)計熱負(fù)荷年供熱小時數(shù)一致，取6 900，熱經(jīng)濟(jì)性比較如表1 所示。

表1 熱經(jīng)濟(jì)性計算結(jié)果匯總表

4 個方案供熱能力相同，只是發(fā)、供電量有差別。為進(jìn)一步比較經(jīng)濟(jì)效益，采用電網(wǎng)1 000 MW 超超臨界純凝發(fā)電機(jī)組作為替代機(jī)組來補(bǔ)償供電不足的部分。替代機(jī)組供電標(biāo)煤耗按《常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組單位產(chǎn)品能源消耗限額》（GB21258—2017）1 級限額，取0.273 kg/kWh，計算結(jié)果見表2。

表2 節(jié)能效益結(jié)果匯總表

通過上述比較，考慮到電網(wǎng)電量補(bǔ)償計算后，方案四采用超高溫亞臨界機(jī)組3 個高加方案的熱經(jīng)濟(jì)性最高。

4 結(jié)論

本論文研究了熱電廠主機(jī)選型技術(shù)方案，并且分析了4種裝機(jī)方案的經(jīng)濟(jì)性，得出了以下結(jié)論：

（1）在供熱方面，4 個方案效果相當(dāng)，從熱平衡可看出，除了方案二外，由于抽汽口溫度的限制，抽汽都必須經(jīng)過減溫后再對外供熱，方案二抽汽在額定工況下不用經(jīng)過減溫后再對外供熱，可以直接對外供熱，但是在低負(fù)荷工況下，方案二供熱溫度亦會提高，因此減溫系統(tǒng)不可避免。方案四與方案二、方案三在熱力系統(tǒng)方面的區(qū)別主要體現(xiàn)在回?zé)峒墧?shù)的不同，方案四給水溫度高，采用3 個高加方案，熱經(jīng)濟(jì)性最好。

（2）在“以熱定電”原則下，超高溫亞臨界背壓機(jī)進(jìn)汽參數(shù)高，焓值大，單位蒸汽做功的有效焓降大，熱化發(fā)電率高，發(fā)電量大。在相同的供熱負(fù)荷下，方案四超高溫亞臨界3 個高加的方案，發(fā)電量較方案一高溫超高壓機(jī)組多約13%，較方案二高溫亞臨界機(jī)組多約6%，較方案三超高溫亞臨界機(jī)2 個高加的方案多約3%，經(jīng)濟(jì)性最好。

（3）考慮補(bǔ)償電量后的全廠熱效率，方案四熱效率最高。