火力發電廠啟動鍋爐與液化天然氣站相結合技術應用分析

王曉濤，楊 倩，劉進海

(陜西榆林能源集團楊伙盤煤電有限公司，陜西 榆林 719316)

0 引 言

隨著社會經濟和城市現代化的發展，大氣污染日趨嚴重,根據國家《節能減排綜合性工作方案》中“加快淘汰落后生產能力”的要求，各大企業紛紛改善自身能源結構，減少對環境的污染。“高耗能、高污染”的產業找到清潔的可替代能源，是其在全國性的產業結構調整中生存下去的關鍵所在。取締“高耗能、高污染”產業的一個重要原因就是以煤為直接燃料而造成的成本浪費和治理的困難。在國家產業政策指導下，使用清潔天然氣作為燃料是大勢所趨，天然氣素有綠色能源之稱，是清潔高效的優質燃料。2012年以來，我國為實現2030年碳排放達峰的承諾，解決日益嚴重的大氣污染問題，大力推進“藍天計劃”。根據2020國家環保部對陜西省進行專項巡視的反饋意見，該省全面推進“治霾專項行動”。其中，火力發電廠作為典型的“高能耗、高污染”企業，對其進行節能降耗的研究，對于早日實現“碳達峰，碳中和”目標具有重要意義。本文聚焦于火力發電廠的啟動鍋爐，就其建設形式展開對比研究，提出綠色、環保、經濟、節能的最優建設方案。

火力發電廠中，啟動鍋爐的作用是在發電機組鍋爐全部停工之后，在再次啟動時提供合格的輔助蒸汽，對鍋爐的管道、旋風分離器等進行暖管，使其均勻受熱，達到起爐的標準。傳統的啟動鍋爐大多采用燃煤鍋爐，但近10年燃油、燃氣鍋爐的使用呈上升趨勢。

1 啟動鍋爐建設方案比選

火力發電廠的啟動鍋爐，根據其所消耗的能源種類，主要分為燃煤、燃油、燃氣三種。

1.1 啟動鍋爐建設初投資比較

陜西省生態環境廳明確要求禁止新建50 t/h以下的燃煤鍋爐，所以本文采用2×50 t/h的燃煤鍋爐與2×35 t/h燃油、燃氣鍋爐進行比較。燃煤鍋爐2×50 t/h的設備及建安費約為3 940萬元，燃油鍋爐2×35 t/h的設備及建安費約為2 057.6萬元，燃氣鍋爐2×35 t/h的設備及建安費約為1 745.6萬元(包括LNG氣站建設費)。

1.2 啟動鍋爐總的運行費用比較

總的運行費用包括燃料費、電費、水費、人工費等。燃煤鍋爐約需4 007元/h，燃油鍋爐約需44 000元/h，燃氣鍋爐約需11 880元/h。鍋爐煤耗按照標準煤計算，燃油發熱量按照41.87 MJ/kg、LNG發熱量以38.17 MJ/kg計算。燃料單價參考當地市場價。

1.3 啟動鍋爐建設總投資比較

啟動鍋爐作為鍋爐吹管、首次啟動、整套啟動使用，按共計約288小時使用時間計算，在建設總投資上，燃煤鍋爐為4 055萬元，燃油鍋爐為3 324萬元，燃氣鍋爐為2 087萬元。

1.4 其他方面比較

(1)從運維方面來看，燃煤鍋爐設備較多，附屬設備主要以輸煤、灰、渣為主，故障頻率高，維護保養比較頻繁，需專門安排檢修班組定期進行保養維護，因此后期運行維護管理費用燃煤鍋爐比燃氣、燃油鍋爐高。相比之下燃油燃氣鍋爐設備較少，自動化程度較高，鍋爐啟停、維護保養只需2人即可完成。

(2)從占地面積來看，燃氣鍋爐和燃油鍋爐占地面積較小，且不需要專門設置煤場和渣場，比較節省場地。

(3)從環保方面來看，燃油、燃氣鍋爐排放符合國家環保政策，可短期使用，也可長期使用。

通過上述比較可知，燃煤鍋爐總費用最高，燃油鍋爐次之，燃氣鍋爐最低，且燃油、燃氣鍋爐占地面積小還節能環保。綜合考慮選用燃氣鍋爐形式。

2 LNG與管道天然氣方案比選

對于燃氣鍋爐，有液化天然氣(liquefied natural gas，LNG)和管道天然氣兩種供氣方式，下面對這兩種方式進行比較。

2.1 LNG

2.1.1 工程規模

LNG氣站內設置2個全容積50 m3低溫立式儲罐，卸車位2個，卸車增壓器1臺，儲罐增壓器1臺，7 000 Nm3/h的空溫式氣化器2臺，6 000 Nm3/h的電加熱器1臺，6 000 Nm3/h的調壓計量加臭系統1套，500 m3/h 安全放散氣體(escape air gas，EAG)、閃蒸汽(boil off gas，BOG)各1臺等。

2.1.2 投資費用

采用EPC模式，建設1個LNG氣站的費用(包含設計、采購、安裝等)約為340萬。

2.1.3 LNG優缺點

(1)優點：①投資低，節省了天然氣管道建設費用，滿足管道天然氣不能到達的地方，不受地方、區域限制；②運行維護費用較低。

(2)缺點：①遇到不可抗力因素影響時，存在運輸中斷的風險，若在冬季供暖期間運輸中斷則將直接影響生產或電廠機組啟動；②液化天然氣價格不穩定，全年氣價變化幅度大(約3 000～9 000元/噸)且高于管道天然氣，冬季用氣高峰期氣價高達9 000元以上，且遇冬季氣荒時則可能面臨停供，2016年就曾發生過全國性的LNG斷供；③LNG布置在廠區內存在一定的安全隱患，對設備質量和操作人員要求較高，一旦發生泄漏，可能引起火災，LNG屬于-162℃低溫液體，一旦發生泄漏，處理不當極易造成人員低溫灼傷事故；④LNG氣站占地面積較大，約50 m×50 m，對位置選擇、安全間距、消防等都有較高要求。

2.2 管道天然氣

2.2.1 工程范圍

管道天然氣項目的建設包括設計、采購、安裝(室內外中、低壓管道安裝，流量計、調壓柜等設備及各種配套管件、11.5 km城區中壓供氣管線及其土建工程等)及驗收。

2.2.2 投資費用

采取城區中壓、庭院低壓模式，綜合費用約為1 020萬。

2.2.3 管道天然氣優缺點

(1)優點：①工藝成熟，氣源穩定可靠，安全生產可靠、操作方便；②安全距離小(地下管道及設施安全間距為1.5 m，調壓柜距廠房規定水平距離為4 m)，廠內只設置調壓柜，占地面積約6 m2；③天然氣價格較穩定，且不受氣源緊張所波動，夏季約為1.95元/m2，冬季約為2.55元/m2；④無須車輛運輸，消除了運輸的風險；⑤運行維護費用較低。

(2)缺點：較LNG液化天然氣站投資高，施工難度較大，與政府及相關村民協調工作量大，維護范圍及難度較大。

通過上述對比，綜合考慮，確定燃氣鍋爐與LNG氣站相結合為最優技術方案。

3 結束語

綜上所述，燃氣鍋爐與LNG氣站相結合技術方案的總費用較低，燃氣鍋爐較之燃煤鍋爐，初投資不足燃煤鍋爐一半，占地面積小適合建在廠區內，不需要建設配套環保設施，建設周期短只要3～4個月，且操作簡單，運維人員只需2人即可，故障率低，自動化程度高；而且采用LNG氣站，取消電廠柴油庫，消除了重大危險源，而2臺50 m3LNG儲罐不屬于重大危險源。此外，天然氣為清潔能源，可減少大氣污染物排放，為打贏保衛藍天工程奠定了堅實的基礎。