600MW超臨界純凝機組改供熱的技術(shù)經(jīng)濟性分析

何曉紅， 高新勇， 陳 菁， 孫士恩

（華電電力科學研究院，浙江 杭州 310030）

0 前言

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國區(qū)域性工業(yè)熱負荷需求不斷增加，以往分散型供熱鍋爐由于其效率低、環(huán)保性差等缺陷，已經(jīng)不能適應社會可持續(xù)發(fā)展的需求，而熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱則是實現(xiàn)節(jié)約能源、減少排放、解決工業(yè)用熱的有效途徑[1]。目前，已經(jīng)有一些學者[2]對工業(yè)供熱優(yōu)化改造進行了節(jié)能分析，總體來說，機組進行供熱改造可以取得顯著的節(jié)能效益。

目前，已有學者[3-4]從抽汽方式、機組初壓等角度分析了機組進行工業(yè)供熱的安全性和經(jīng)濟性。特別是，孫士恩等人[5]利用模型分析了不同供熱方式的經(jīng)濟性，發(fā)現(xiàn)了臨界抽汽量點，在臨界點以上，中排抽汽效益更好。而針對大容量機組供熱，李代智等人[6]進行了600MW機組抽汽供熱的經(jīng)濟性分析，得出合理選擇抽汽供熱方式，可使電廠經(jīng)濟效益最優(yōu)。

以下則是在上述研究的基礎(chǔ)上，從用戶側(cè)實際需求和機組變工況的角度，進行600MW純凝機組改造為工業(yè)供熱的技術(shù)經(jīng)濟性分析。

1 設(shè)計基本參數(shù)

1.1 用戶基本參數(shù)需求

通過對電廠供熱負荷進行調(diào)研，明確了新熱用戶為A制藥公司。根據(jù)公司生產(chǎn)工藝的需求，確定了公司所需蒸汽參數(shù)為：P≤1.2MPa，T≮185℃。

由于185℃飽和蒸汽對應的是1.12MPa，1.2MPa飽和蒸汽對應的是188℃。由此，確定熱用戶端需求蒸汽為：1.2MPa、188℃的飽和蒸汽。

根據(jù)熱用戶信息，A制藥公司最大用汽量為83.75t/h，并結(jié)合熱用戶的供汽協(xié)議要求為平均用汽量50t/h，由此選定85t/h為熱電廠外供的最大蒸汽流量。

由于A制藥公司的生產(chǎn)方式為間段性用汽，蒸汽凝結(jié)水在收集時密閉性較差，造成含氧量較高，且部分蒸汽與相應介質(zhì)接觸產(chǎn)生污染。因此，確定蒸汽凝結(jié)水由熱用戶自行回收利用。

1.2 廠內(nèi)基本參數(shù)選擇

（1）廠內(nèi)管道路由選擇

結(jié)合廠內(nèi)的實地勘察，確定了廠內(nèi)管道路由主要有兩種方案可以選擇：管道路由全部架空鋪設(shè)的路徑，相比于66%管道路由埋地結(jié)合34%管道路由架空的鋪設(shè)路徑，投資增加了一倍，從而導致投資較大。因此，選擇后者的管道路由，在生活區(qū)采用管溝地埋的形式進行鋪設(shè)，同時綜合考慮廠內(nèi)未來的規(guī)劃進行管道路由設(shè)計。

（2）廠內(nèi)蒸汽參數(shù)選擇

結(jié)合管道路由方案，廠內(nèi)主蒸汽管道全長0.6km，管徑選取Φ377×9。該設(shè)計是以滿足用戶的需求為基礎(chǔ)，因此在進行廠內(nèi)蒸汽參數(shù)選擇時，必須保證終端達到用戶所需的參數(shù)。

當終端蒸汽壓力不變時，以蒸汽流量為變量進行管道壓降和溫降的分析，結(jié)果見表1。

由表1得出，當蒸汽流量為最大值時，管段始端蒸汽壓力為1.35MPa時可以滿足末端熱用戶需求；當蒸汽流量為平均值時，管道始端蒸汽壓力為1.25MPa時可以滿足末端熱用戶需求。當蒸汽溫度為205℃時，管段末端蒸汽溫度高于熱用戶所需，并帶有10℃過熱度。由此確定：供汽參數(shù)不小于1.35MPa、205℃時，才能滿足末端熱用戶的用汽需求。

2 供熱技術(shù)經(jīng)濟性比選

2.1 機組抽汽端口分析

機組抽汽參數(shù)是隨著機組運行工況的變化而變化，為保證在機組變工況運行時，機組抽汽端口始終可以提供滿足熱用戶所需的蒸汽參數(shù)，需對機組運行工況進行分析。結(jié)合機組運行現(xiàn)狀可知，當前機組負荷率普遍不高，一半時間的機組負荷維持在50%左右，且當天機組負荷波動較大，基本在50%負荷至100%負荷之間波動。

表1 不同工況下的管段壓降與溫降分析Tab.1 The analysis of pipe pressure drop and temperature drop under different working conditions

目前針對本機組，可抽汽源有再熱冷段、再熱熱段、三段抽汽、四段抽汽四種汽源。因此，確定抽汽端口時，需考慮在50%負荷至100%負荷之間機組各段抽汽參數(shù)的情況，具體分析見表2。

由表2得出了不同抽汽端口在不同運行工況下的蒸汽參數(shù)，針對各抽汽端口是否可以提供滿足熱用戶所需的蒸汽參數(shù)，進行了簡要分析，結(jié)果見表3。

由表3可知，可以在機組不同運行工況下都能滿足供熱需求的抽汽端口為再熱冷段抽汽和再熱熱段抽汽。而考慮設(shè)備投資時，由于再熱熱段抽汽溫度過高，管段需選用耐高溫合金鋼，成本遠高于再熱冷段抽汽管段所選用的普通耐熱鋼。因此，再熱冷段抽汽端口的適用性更佳。

表2 不同工況下各抽汽端口的蒸汽參數(shù)Tab.2 The steam parameters for steam extraction ports under different operating conditions

表3 不同工況下的抽汽端口選擇分析Tab.3 The selection of steam extraction ports under different operating conditions

2.2 工業(yè)供熱技術(shù)比選

根據(jù)上述分析，可直接用于工業(yè)抽汽的汽源壓力和溫度都過高，供熱前需進行減溫減壓。目前，用于工業(yè)供熱減溫減壓的設(shè)備主要有減溫減壓器、壓力匹配器和小汽輪機三種。在確定具體工業(yè)抽汽端口之前，還需結(jié)合所采用的工業(yè)供熱技術(shù)進行分析。下面對三種減溫減壓技術(shù)的特點進行了對比分析，見表4。

根據(jù)表4分析，小汽機和壓力匹配器不適用于機組負荷波動大的工況，另外，本次供熱改造的熱負荷需求較小，亦不適用于小汽機。因此，針對本次改造，投資少、較經(jīng)濟的技術(shù)為減溫減壓器。

2.3 技術(shù)經(jīng)濟性分析

根據(jù)上述分析，確定該次改造選擇再熱冷段抽汽與減溫加壓器結(jié)合的技術(shù)方案。取平均用汽量為50t/h，以機組負荷變工況50%、75%、100%為變量，進行節(jié)能分析，結(jié)果見表5。

表4 不同工業(yè)供熱技術(shù)方案對比Tab.4 The comparison of different industrial heating technology

表5 利用減溫減壓器的工業(yè)供熱技術(shù)節(jié)能分析Tab.5 Energy saving analysis of industrial heating technology using temperature reducing and pressure reducing device

由表5得出，經(jīng)過利用減溫減壓器的工業(yè)供熱技術(shù)改造后，在50%THA工況下，可使得機組年煤耗降低1.86g/kWh，節(jié)能效益顯著。

表6 熱電廠工業(yè)供熱收益分析Tab.6 The benefit analysis of industrial heating in thermal power plant

根據(jù)熱用戶的用汽信息需求檔案，通過給A制藥公司進行供熱，熱電廠可獲得的經(jīng)濟收益見表6。

根據(jù)分析，技術(shù)改造方案總投資成本只需785萬元，而在改造后，第一年（2017年）就可以獲得1952.5萬元的收益，投資回收期遠小于1a，經(jīng)濟效益非常高。而且，在隨后的每年，熱電廠的供熱收益都將逐漸增加，到2021年，供熱收益將達到3506.25萬元。

綜上所述，該技術(shù)改造方案具有易實施、投資小、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點，非常適合進行推廣應用。

3 結(jié)論

以某600MW超臨界純凝機組為基礎(chǔ)，從用戶側(cè)實際需求和機組變工況的角度，進行工業(yè)供熱優(yōu)化設(shè)計與技術(shù)經(jīng)濟性分析。

首先結(jié)合抽汽端口選擇分析及不同工業(yè)供熱技術(shù)的對比，確定了機組在變負荷工況運行時，再熱冷段抽汽與減溫減壓器結(jié)合的供熱方式為最優(yōu)方案。

其次，根據(jù)用戶側(cè)實際需求，進行工業(yè)供熱優(yōu)化設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟性分析，得出：從節(jié)能效果來看，在50%THA工況下，機組年煤耗降低1.86 g/kWh；從供熱收益來看，項目總投資成本只需785萬元，2021年后，每年收益可達3506.25萬元，投資回收期遠小于1a。由此看出，供熱改造后的經(jīng)濟效果顯著。非常適合推廣應用。

[1]黎林村.純凝電廠工業(yè)供熱改造方案設(shè)計[J].區(qū)域供熱,2015,3:27-30.Li Lincun.Design of industrial heating transformation scheme for pure condensing power plant[J].District heat?ing,2015,3:27-30.

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[5]孫士恩,高新勇,龐建鋒.工業(yè)抽汽機組供熱改造的變工況熱經(jīng)濟性分析[J].汽輪機技術(shù),2016,58(4):301-304.Sun Shien,Gao Xinyong,Pang Jianfeng.Economic analy?sis on the variable condition of industrial extraction unit for heating rebuilding[J].Turbine technology,2016,58(4):301-304.

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