600MW超臨界純凝機組改供熱的技術經濟性分析

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

隨著社會經濟的快速發展，我國區域性工業熱負荷需求不斷增加，以往分散型供熱鍋爐由于其效率低、環保性差等缺陷，已經不能適應社會可持續發展的需求，而熱電聯產集中供熱則是實現節約能源、減少排放、解決工業用熱的有效途徑[1]。目前，已經有一些學者[2]對工業供熱優化改造進行了節能分析，總體來說，機組進行供熱改造可以取得顯著的節能效益。

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供熱的安全性和經濟性。特別是，孫士恩等人[5]利用模型分析了不同供熱方式的經濟性，發現了臨界抽汽量點，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機組抽汽供熱的經濟性分析，得出合理選擇抽汽供熱方式，可使電廠經濟效益最優。

以下則是在上述研究的基礎上，從用戶側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供熱的技術經濟性分析。

1 設計基本參數

1.1 用戶基本參數需求

通過對電廠供熱負荷進行調研，明確了新熱用戶為A制藥公司。根據公司生產工藝的需求，確定了公司所需蒸汽參數為：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。

根據熱用戶信息，A制藥公司最大用汽量為83.75t/h，并結合熱用戶的供汽協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制藥公司的生產方式為間段性用汽，蒸汽凝結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接觸產生污染。因此，確定蒸汽凝結水由熱用戶自行回收利用。

1.2 廠內基本參數選擇

（1）廠內管道路由選擇

結合廠內的實地勘察，確定了廠內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的路徑，相比于66%管道路由埋地結合34%管道路由架空的鋪設路徑，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，在生活區采用管溝地埋的形式進行鋪設，同時綜合考慮廠內未來的規劃進行管道路由設計。

（2）廠內蒸汽參數選擇

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

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 供熱技術經濟性比選

2.1 機組抽汽端口分析

機組抽汽參數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，需對機組運行工況進行分析。結合機組運行現狀可知，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，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，進行了簡要分析，結果見表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 工業供熱技術比選

根據上述分析，可直接用于工業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，用于工業供熱減溫減壓的設備主要有減溫減壓器、壓力匹配器和小汽輪機三種。在確定具體工業抽汽端口之前，還需結合所采用的工業供熱技術進行分析。下面對三種減溫減壓技術的特點進行了對比分析，見表4。

根據表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、較經濟的技術為減溫減壓器。

2.3 技術經濟性分析

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

表4 不同工業供熱技術方案對比Tab.4 The comparison of different industrial heating technology

表5 利用減溫減壓器的工業供熱技術節能分析Tab.5 Energy saving analysis of industrial heating technology using temperature reducing and pressure reducing device

由表5得出，經過利用減溫減壓器的工業供熱技術改造后，在50%THA工況下，可使得機組年煤耗降低1.86g/kWh，節能效益顯著。

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

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

根據分析，技術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，該技術改造方案具有易實施、投資小、經濟效益高等優點，非常適合進行推廣應用。

3 結論

以某600MW超臨界純凝機組為基礎，從用戶側實際需求和機組變工況的角度，進行工業供熱優化設計與技術經濟性分析。

首先結合抽汽端口選擇分析及不同工業供熱技術的對比，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合的供熱方式為最優方案。

其次，根據用戶側實際需求，進行工業供熱優化設計的技術經濟性分析，得出：從節能效果來看，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，供熱改造后的經濟效果顯著。非常適合推廣應用。

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