某垃圾電廠供熱改造項目研究

何耘夫 盧科

摘 要：隨著垃圾焚燒發電廠的發展，對垃圾發電廠進行供熱改造的需求越來越大，而項目前期的技術及經濟分析對項目的順利推進起著至關重要的作用。基于此，從技術和經濟方面，詳細分析了某垃圾發電廠供熱改造項目的可行性和經濟性，能為同類項目改造提供參考。

關鍵詞：垃圾發電廠;供熱改造;汽價測算

0 引言

目前垃圾發電行業受到環保政策要求和城市擴建等方面的壓力越來越大，大量垃圾發電廠為了不被搬遷和拆除，在不斷降低污染排放的前提下，還要承擔一定的市政功能。其中，垃圾發電廠通過供熱改造，對周邊企業或居民用戶進行供熱，以提高垃圾發電廠的功能定位。本文以某垃圾電廠的供熱改造項目為例，具體探討和分析了改造過程中需要考量的技術成本和經濟效益，確保垃圾發電項目可行。

1 項目技術背景

某垃圾發電廠位于湖北省某地級市工業園區，隨著當地招商引資及地區功能的發展，園區內工業企業對蒸汽的需求不斷提高。隨著《大氣污染防治行動計劃》《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》等政策規定的出臺，近幾年當地政府積極響應相關政策，通過關停小鍋爐，禁止新建燃煤電廠及鍋爐，有效提高了環境質量，但同時面臨了新的問題，當地企業只能通過自備天燃氣鍋爐進行供汽，導致用汽成本提高，造成部分企業外流，招商引資難度加大。因此，為了降低企業的用能成本，提高工業園區競爭力，當地政府對該垃圾電廠提出了進行供熱改造的要求，以確保滿足工業園區內企業的蒸汽需求。

垃圾電廠現有400 t/d的焚燒爐3臺，配備12 MW凝汽式汽輪發電機組1臺，15 MW凝汽式汽輪發電機組1臺，15 t/h除鹽水制備系統1套，處理生活垃圾量約45萬t/a，機組年運行小時數在8 000 h以上，最大發電量達1.5億kWh/a。

根據用戶調研及負荷測算，工業園區平均用汽量約為40 t/h，年用汽量32萬t/a。通過對用戶分布進行分析，測算供汽壓力1.3 MPa，供汽溫度260 ℃。

2 項目改造技術方案

為了滿足供汽需要，計劃對其中的12 MW純凝汽輪發電機進行改造。主要改造方案如下：將N12-6.0型凝汽式汽輪機改造為B3.8-6.0/1.3型背壓汽輪機;新增加1臺額定流量20 t/h的減溫減壓裝置;新增1套40 t/h的除鹽水系統;配套建設供熱管道、安全、消防等設施。

2.1? ? 供熱機組改造熱平衡計算

改造前機組熱平衡如圖1所示。

原機組參數：汽機進氣量51 t/h，汽耗4.229 kg/kWh，額定發電功率12.06 MW。

原有的N12-6.0型凝汽式汽輪機組共14級，包括1級調節級和13級壓力級，改造過程保留調節級和第1～4級動葉輪葉片，拆除第5～13級壓力級，新增電動隔離門、排汽安全閥和啟動排汽閥及供熱母管，將凝汽式汽輪機改造為B3.8-6.0/1.3型背壓汽輪機。改造后測算熱平衡如圖2所示。

改造后機組參數：汽機進氣量51 t/h，汽耗13.462 kg/kWh，額定發電功率3.788 MW，對外供汽量40.6 t/h。

2.2? ? 除鹽水系統改造

發電機組經供熱改造后，由于供熱蒸汽不回收，無法循環使用，原15 t/h除鹽水制備系統不能滿足供熱要求，需要新增1套40 t/h除鹽水制備系統。原水為城市工業給水，水質電阻≥15 MΩ·cm，系統工藝采用兩級反滲透+EDI形式。

2.3? ? 減溫減壓系統

考慮用戶負荷的波動性，用汽峰值會短時間突破平均值40 t/h，測算峰值用汽量約為57 t/h。如果機組供汽量僅保證平均用汽需求，則無法有效滿足用戶的生產需要，但若按照峰值用汽進行機組改造又會造成投資和運行成本的增加。因此，設置一套20 t/h的臨時減溫減壓系統，通過對另一臺機組的主蒸汽減溫減壓，實現機組負荷的調峰運行。

2.4? ? 供熱方式

改造后的機組通過背壓排汽及減溫，直接供出參數為1.3 MPa、260 ℃的蒸汽，供汽能力為40.6 t/h，可以完全滿足平均負荷下的用汽需求，當用汽量突破40.6 t/h時，將另一臺機組的部分主蒸汽通過旁路引入減溫減壓系統，對高溫蒸汽噴水減溫降壓，進行補充供熱，可達到20 t/h的供汽能力。整套系統最大可實現供熱能力60 t/h，既滿足了用戶需求，又節省了投資，同時提高了供汽的靈活性。

綜上所述，通過以上技術方案改造，垃圾電廠完全可以滿足工業園區的用汽需求。

3 經濟性分析

供熱改造不僅要在技術上可行，同時需要保證經濟上的合理性，對此我們通過測算蒸汽出廠售價來分析項目的可行性。在改造項目中，主要的蒸汽價格影響因素包括：發電損失、制水成本、項目投資、人員增加成本、維護成本等，下面逐條進行分析歸納。

3.1? ? 發電成本

由于供熱改造降低了發電量，直接影響電廠的收益，因此需要考慮該部分的損失。機組改造后發電量由12.06 MW降低到3.788 MW，發電減少量8.272 MW，機組供汽能力40.6 t/h。按照現在垃圾電廠上網統一電價0.65元/kWh計算，發電損失均攤到每噸蒸汽的成本為：8.272×1 000×0.65/40.6≈132.43元/t。

3.2? ? 制水成本

本項目的凝結水不回收，因此外供蒸汽的水損失需要通過除鹽水系統不斷補充。而影響除鹽水成本的因素較多，包括原水供水方式、處理工藝、排放方式等。本項目按環保要求，需要將制取除鹽水產生的濃水和垃圾滲濾液摻混，通過工藝處理后才能排放，造成除鹽水的成本提高。通過綜合評估，將除鹽水制取成本定為20元/t。

3.3? ? 項目投資、維護及人員費用分攤

估算本項目改造總投資1 900萬元，按17年折舊考慮（根據《小型火力發電廠設計規范》（GB 50049—2011）規定，火電廠設計壽命30年，由于本項目特許經營權剩余17年，故按17年按考慮折舊），不留殘值，測算年折舊費用：1 900/17≈111.76萬元/年。由于本項目年供汽量32萬t/h，因此固定投資均攤到每噸汽的成本為：111.76/32≈3.49元/t。改造部分維護費按總投資的5%取值，測算設備維護分攤成本：1 900×0.05/32≈2.97元/t。人員按增加化水及機務專業運行人員共4人考慮，按成本20萬元/人考慮：20×4/32=2.5元/t。因此，項目投資、維護及人員等分攤蒸汽成本為：3.49+2.97+2.5=8.96元/t。

3.4? ? 項目節省成本

除去增加的成本外，由于工藝系統變化，也為系統節省了部分運行費用，主要是改造成背壓機后，汽輪發電機系統取消了凝汽器，從而減少了循環冷卻水的用量，節省了循環水系統的電耗，同時由于冷卻水量的減少，降低了冷卻塔的蒸發損失量。

（1）根據熱平衡圖數據，改造后減少循環水量3 000 t/h，按照循環水泵揚程23 m，軸功率75%計算，可降低循環水泵泵耗：3 000×0.981×23/0.75/3.6=250 kW，均攤到每噸蒸汽上可節省成本：250×0.65/40=4.06元/t。（2）按照冷卻塔蒸發系數0.015考慮，可減少蒸發損失45 t/h，按自來水價格3.7元/t考慮（本項目原水系統來自市政水），均攤到每噸蒸汽上可節省成本：3.7×45/40=4.16元/t。改造后節省的蒸汽均攤成本總共約為：4.06+4.16=8.22元/t。

3.5? ? 供汽成本測算

根據上述測算，可以得出改造后每噸蒸汽的成本，在考慮一定的投資收益率后可以計算出一個較為合理的蒸汽售價，計算方法如表1所示。

因此，當出廠汽價為159.11元/t時，該項目改造在經濟性上是可行的，目前工業園區各用戶主要采用燃氣鍋爐自供汽，用汽成本在280元/t以上，遠遠高于本項目的出廠汽價，且絕大部分用戶分布在垃圾電廠5 km范圍內，即便考慮管網投資，依然有著很大的價格空間。因此，本項目不管是對于園區用戶降低用汽成本，還是對于提高電廠本身的經濟效益都有很好的促進作用。

4 需要注意的問題

本工程改造針對的是周邊用戶穩定運行時期的分析測算。若同類項目前幾年用戶的用汽量增長緩慢，用汽負荷無法達到改造預期的供汽規模，需要單獨考慮該因素。因為用戶的用汽穩定性和用汽量對測算結果影響非常大，因此對用戶用汽負荷進行實地調研顯得尤為重要。除此之外，因外部經濟或市場原因可能導致的各用汽企業減產等因素也應綜合考慮，以降低風險。

5 結語

通過合理的技術分析和改造方案，可以幫助垃圾電廠完成項目轉型，從原來的垃圾焚燒發電項目，變為垃圾處理、電力供應、熱力供應一體的綜合類項目，大大提升了項目的區域功能定位，緩解了工業用戶用汽成本高的問題，為解決因城市擴建導致郊區垃圾電廠面臨被迫搬遷的困境，提供了一個很好的解決方案，同時還提高了垃圾電廠的經濟效益。

本文分別從技術和經濟方面分析了垃圾電廠供熱改造項目，提出了改造方案和經濟測算的思路。針對不同的項目，由于外部因素不同，需要根據具體項目的參數進行調整，但測算的思路和方法類同，可以借鑒參考。相關內容對垃圾電廠供熱改造項目的前期策劃和測算成本有著較好的指導和幫助作用。

收稿日期：2019-12-20

作者簡介：何耘夫（1985—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：熱能動力、城市熱力。