某熱電廠擴建工程主機選型

汪楓

（中國電建集團福建省電力勘測設(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，熱電廠被新建、擴建或者改造，以滿足日益增長的熱負荷的需求［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)的集中供熱應優(yōu)先利用或改造現(xiàn)有熱源。工業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)項目優(yōu)先采用高壓及以上參數(shù)背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組。在役熱電廠擴建熱電聯(lián)產(chǎn)機組時，原則上采用背壓熱電聯(lián)產(chǎn)機組。近年來，許多新型背壓機技術(shù)不斷被提出，其中包括高參數(shù)亞臨界一次再熱技術(shù)、低真空回熱抽背技術(shù)等。本文將從具體實施案例探討新型背壓機技術(shù)的經(jīng)濟性和可行性。

1 項目背景

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)流化床機組，配套建設(shè)1×17 MW+1×19.1 MW 背壓式汽輪發(fā)電機組。設(shè)計熱負荷為低壓蒸汽，蒸汽參數(shù)為P=1.6 MPa，T=240 ℃，汽機額定工況供汽量為196 t/h。工程2 臺機組的額定供汽量為：17 MW 常規(guī)背壓機供汽量121 t/h；19.1 MW 新型背壓機供汽量75 t/h，經(jīng)減溫后滿足工業(yè)集中區(qū)熱負荷需求。

隨著工業(yè)園區(qū)熱負荷的發(fā)展，預計近期園區(qū)平均熱負荷增長為395 t/h，扣除現(xiàn)狀的熱負荷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 ℃。為了滿足熱負荷的需求，新建供熱機組是有必要的。

新機組建成后，新機組和原有的2 臺機組正常運行可以滿足工業(yè)區(qū)熱負荷需求，原來的3 臺150 t/h 鍋爐中的1 臺可以恢復為備用鍋爐，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，全廠運行調(diào)度更加可靠、靈活。通過新上的機組，提高能源轉(zhuǎn)換率，實現(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 機組選型比較

2.1 常規(guī)抽背機與深度抽背機比較

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

深度背壓機的方案實質(zhì)是增加一級回熱、調(diào)整除氧器加熱汽源，系統(tǒng)較常規(guī)背壓機略微復雜，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)濟性好。

本項目深度背壓機與常規(guī)背壓機進行了相應的技術(shù)比較如下：

（1）熱力系統(tǒng)方面比較：2 個系統(tǒng)補水的加熱方式不同，深度背壓機采用低真空回熱加熱器來加熱補水，為混合式加熱方式；常規(guī)背壓機采用生水加熱器來加熱補水，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)相對復雜，需要考慮加熱器的疏水回收。

（2）熱經(jīng)濟性指標比較：深度背壓機1 a 供電量為2.131億kWh，比常規(guī)背壓機多365 萬kWh，發(fā)電標煤耗率約為143.4 g/kWh，比常規(guī)背壓機約節(jié)約3 g/kWh，電廠總效率為89.5%，比常規(guī)背壓機約提高0.3%。可以看出，深度背壓機的熱經(jīng)濟性較好。

因此，推薦采用帶低真空回熱加熱器深度抽背機的方案。

2.2 中間一次再熱與無再熱汽輪機比較

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

3 經(jīng)濟性分析

規(guī)劃擴建熱電機組按低真空回熱新型背壓機的初選裝機有4 種方案。

方案一：1 臺301 t/h 高溫超高壓CFB 鍋爐+1 臺40 MW等級低真空回熱新型背壓式汽輪機。總裝機容量約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，回熱系統(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等級低真空回熱新型背壓式汽輪機。總裝機容量約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，回熱系統(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等級低真空回熱新型背壓式汽輪機。總裝機容量約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，回熱系統(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等級低真空回熱新型背壓式汽輪機，總裝機容量約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，回熱系統(tǒng)為3GJ+1CY。

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

表1 熱經(jīng)濟性計算結(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。為進一步比較經(jīng)濟效益，采用電網(wǎng)1 000 MW 超超臨界純凝發(fā)電機組作為替代機組來補償供電不足的部分。替代機組供電標煤耗按《常規(guī)燃煤發(fā)電機組單位產(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)電量補償計算后，方案四采用超高溫亞臨界機組3 個高加方案的熱經(jīng)濟性最高。

4 結(jié)論

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

（1）在供熱方面，4 個方案效果相當，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)在回熱級數(shù)的不同，方案四給水溫度高，采用3 個高加方案，熱經(jīng)濟性最好。

（2）在“以熱定電”原則下，超高溫亞臨界背壓機進汽參數(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組多約13%，較方案二高溫亞臨界機組多約6%，較方案三超高溫亞臨界機2 個高加的方案多約3%，經(jīng)濟性最好。

（3）考慮補償電量后的全廠熱效率，方案四熱效率最高。