楊俊輝

(中煤邯鄲設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司工業(yè)建筑所，河北邯鄲 056031)

1 概述

冀中能源峰峰集團(tuán)九龍礦井矸石熱電廠是以礦井矸石、煤泥為燃料的坑口熱電廠，熱電廠在保證集團(tuán)公司電力供應(yīng)之外，同時(shí)保證礦井供熱需求。其鍋爐參數(shù)見表1，汽輪機(jī)參數(shù)見表2。

表1 主機(jī)參數(shù)表

表2 汽輪機(jī)參數(shù)表

2 熱負(fù)荷

2.1 現(xiàn)有熱負(fù)荷

九龍礦井工業(yè)建筑采暖熱媒為熱電廠低壓蒸汽，行政福利設(shè)施及生活區(qū)采暖熱媒為95℃/70℃熱水，由熱電廠汽水換熱站制備，總的熱負(fù)荷為21 MW。

2.2 近期熱負(fù)荷

1)美雅小區(qū)。美雅小區(qū)為峰峰集團(tuán)棚戶區(qū)治理在建項(xiàng)目，距離九龍矸石熱電廠約4.0 km，建筑面積約60萬(wàn)m2，采暖熱媒為50℃/40℃低溫?zé)崴?，熱?fù)荷約為27 MW。

2)磁西一號(hào)井。磁西一號(hào)礦井為在建礦井，其熱負(fù)荷為20 MW，采暖熱媒為110℃/70℃高溫?zé)崴?，工業(yè)場(chǎng)地距離熱電廠約3.0 km。

總的熱負(fù)荷為68 MW，新增熱負(fù)荷為47 MW，目前熱電廠供熱能力約為30 MW，不能滿足新增熱負(fù)荷，需要進(jìn)行供熱擴(kuò)能改造。

3 供熱熱源

九龍矸石熱電廠新增熱負(fù)荷可以利用汽輪機(jī)抽汽、主蒸汽、鍋爐排煙、鍋爐排渣、汽機(jī)循環(huán)水等作為熱源。

3.1 汽輪機(jī)抽汽及主蒸汽

現(xiàn)有機(jī)組最大抽汽能力為56 t/h，參數(shù)為0.49 MPa/250℃，主蒸汽系統(tǒng)配套1臺(tái)50 t/h減溫減壓裝置。

3.2 鍋爐排煙熱量

3.2.1 排煙回收熱量計(jì)算

鍋爐排煙損失是鍋爐各項(xiàng)損失中最大的一項(xiàng)，為了充分利用這部分熱力，可以在電除塵后加裝煙氣深度冷卻裝置回收部分熱量，初步確定煙溫降低到80℃。根據(jù)煤質(zhì)分析報(bào)告和鍋爐參數(shù)計(jì)算可知燃煤消耗量、鍋爐煙氣量、煙氣組分、煙氣平均比熱容等數(shù)據(jù)。

實(shí)際煙氣量Vy=4.90 N·m3/kg;煙氣溫度在150℃，80℃時(shí)的煙氣平均比熱容分別為1.366 kJ/(m3·℃)，1.378 kJ/(m3·℃);75 t/h和90 t/h鍋爐燃煤量分別為20 t/h，24 t/h。

煙氣焓降為:

經(jīng)計(jì)算75 t/h鍋爐排煙可回收熱量為2.5 MW，90 t/h鍋爐排煙可回收熱量為3.0 MW。3臺(tái)鍋爐加裝煙氣深度冷卻裝置后可回收總熱量約為8.0 MW。

3.2.2 煙氣深度冷卻裝置對(duì)引風(fēng)機(jī)功耗影響

1)改造前引風(fēng)機(jī)軸功率。煙氣系統(tǒng)總阻力約4 000 Pa，煙氣流量約151 850 m3/h(海拔100 m，150℃)，風(fēng)機(jī)軸功率P=QH/(3 600×1 000×η)=225 kW。

2)改造后引風(fēng)機(jī)軸功率。煙氣系統(tǒng)總阻力約4 800 Pa，煙氣實(shí)際流量約126 700 m3/h(海拔100 m，80℃)，風(fēng)機(jī)軸功率P=QH/(3 600×1 000×η)=226 kW。

由此可見鍋爐加裝煙氣深度冷卻裝置，對(duì)引風(fēng)機(jī)功耗基本沒(méi)有影響。

3.3 鍋爐排渣熱量

鍋爐排渣溫度約為900℃，加裝冷渣器后可以降低到100℃，鍋爐燃料灰分較高，灰渣量較大，經(jīng)計(jì)算75 t/h鍋爐排渣熱量回收約為1.0 MW，90 t/h鍋爐排渣熱量回收約為1.2 MW，3臺(tái)鍋爐排渣回收熱量總計(jì)約3.2 MW。

3.4 排汽損失熱量

火力發(fā)電廠冷凝熱通過(guò)冷卻塔或空冷島排入大氣，形成巨大的冷端損失，小型凝汽式機(jī)組排汽損失占能源消耗的60%以上，是火力發(fā)電廠能源使用效率低下的主要原因。九龍矸石熱電廠6 MW純凝機(jī)組冷端損失約為18 MW，6 MW抽凝機(jī)組冷端損失約為8 MW，24 MW純凝機(jī)組冷端損失約為65 MW。

4 供熱方案

4.1 供熱方案制定原則

根據(jù)九龍矸石電廠的特點(diǎn)，制定供熱方案的原則是:

1)供熱不以大幅度減少發(fā)電為代價(jià)，保障熱電廠生產(chǎn)任務(wù)和集團(tuán)公司電力供應(yīng)要求。2)技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行條件下，提高熱電廠熱電效率。3)為了減少系統(tǒng)改造投資，現(xiàn)有供熱系統(tǒng)維持不變。

4.2 規(guī)劃供熱方案

根據(jù)九龍矸石熱電廠及熱用戶的實(shí)際情況，規(guī)劃三種供熱方案。

方案一:汽水換熱機(jī)組供熱。

在熱電廠建設(shè)汽水換熱站，利用低壓蒸汽制備高溫?zé)崴┙o熱用戶，該方案需要低壓蒸汽量較大，需要對(duì)2臺(tái)純凝機(jī)組進(jìn)行擴(kuò)孔抽汽改造，以滿足低壓蒸汽需求。

主要投資包括2臺(tái)機(jī)組擴(kuò)孔抽汽改造費(fèi)用、汽水換熱站費(fèi)用、一次管網(wǎng)費(fèi)用。

方案二:磁西一號(hào)井采用煙氣深度冷卻+冷渣器+汽水換熱供熱，美雅小區(qū)采用吸收式熱泵供熱。

磁西一號(hào)井采暖熱媒參數(shù)較高，宜采用鍋爐煙氣深度冷卻及冷渣器制備熱水，可以滿足約11 MW熱負(fù)荷需求，不足部分由汽水換熱形式制備。美雅小區(qū)采暖熱媒為低溫水，可采用吸收式熱泵從循環(huán)水吸收熱量供熱。

主要投資包括24 MW機(jī)組擴(kuò)孔抽汽改造費(fèi)用、煙氣深度冷卻裝置、冷渣器、汽水換熱站費(fèi)用、吸收式熱泵、一次管網(wǎng)費(fèi)用。

方案三:磁西一號(hào)井采用煙氣深度冷卻+冷渣器+汽水換熱供熱，美雅小區(qū)采用降低冷凝器真空提高循環(huán)水溫度直接供熱。

磁西一號(hào)井采暖方式和方案二相同。美雅小區(qū)為新建居民小區(qū)，采暖方式為低溫地板輻射采暖，可采用降低冷凝器真空提高循環(huán)水溫度直接供熱方式。

主要投資包括煙氣深度冷卻裝置、冷渣器、汽水換熱站費(fèi)用、6 MW機(jī)組冷凝器改造、軟化水系統(tǒng)、一次管網(wǎng)費(fèi)用。

各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)見表3。

表3 各方案主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

4.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

1)采用傳統(tǒng)汽水換熱制備高溫?zé)崴嵬顿Y最少，但低壓蒸汽耗量較大，運(yùn)行成本較高。采暖季鍋爐出力相同條件下總發(fā)電量最少、熱電效率最低。

2)美雅小區(qū)采用吸收式熱泵以低壓蒸汽作為動(dòng)力從循環(huán)水中回收熱能，其節(jié)能效果介于方案一和方案三之間，但其比降低冷凝器真空供熱方式靈活性高，不受機(jī)組容量限制、不受熱負(fù)荷限制、不受供熱距離限制。

3)降低冷凝器真空提高循環(huán)水溫供熱技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較好，節(jié)能效果明顯，但其受限制條件較多。其一要求采暖熱媒溫度低，適合地板輻射采暖;其二因?yàn)楣┗厮疁夭钶^小，循環(huán)水量、管網(wǎng)直徑較大，要求供熱距離不能太遠(yuǎn)，否則管網(wǎng)投資太高、運(yùn)行電耗太高;其三要求機(jī)組供熱量與熱用戶需熱量相匹配。

4)從鍋爐排煙、排渣回收廢熱，技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)效益較好，節(jié)能效果比較明顯。

5)經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)對(duì)比，磁西一號(hào)井采暖可利用鍋爐排煙、排渣部分熱量，不足部分由低壓蒸汽補(bǔ)充。美雅小區(qū)采暖熱媒為50℃/40℃熱水，熱負(fù)荷和2臺(tái)6 MW機(jī)組冷端損失基本匹配，且供熱距離合適，采用降低冷凝器真空、提高循環(huán)水溫度供熱方式技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，節(jié)能效果明顯。

5 運(yùn)行調(diào)節(jié)

5.1 磁西一號(hào)井供熱調(diào)節(jié)

正常運(yùn)行時(shí)，鍋爐煙氣深度冷卻及冷渣器制備熱水滿足基本負(fù)荷，不足部分由汽水換熱器制備熱水，一次管網(wǎng)相對(duì)簡(jiǎn)單，鍋爐排煙及排渣承擔(dān)基本負(fù)荷，系統(tǒng)采用量調(diào)節(jié)方式，維持循環(huán)水溫度不變，通過(guò)調(diào)節(jié)汽水換熱機(jī)組水側(cè)流量、汽側(cè)流量來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)流量，達(dá)到熱負(fù)荷調(diào)節(jié)目的。

5.2 美雅小區(qū)供熱調(diào)節(jié)

1)量調(diào)節(jié)。美雅小區(qū)一次管網(wǎng)和冷卻塔并聯(lián)運(yùn)行，保持排汽壓力不變、循環(huán)水溫度不變，通過(guò)調(diào)整一次管網(wǎng)和冷卻塔流量分配來(lái)達(dá)到供熱調(diào)節(jié)需求。

2)質(zhì)調(diào)節(jié)。保持一次管網(wǎng)流量不變，通過(guò)調(diào)整凝汽機(jī)組進(jìn)汽量來(lái)調(diào)節(jié)排汽壓力來(lái)調(diào)整循環(huán)水溫度，達(dá)到熱負(fù)荷調(diào)節(jié)目的。

3)質(zhì)—量調(diào)節(jié)。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中可根據(jù)運(yùn)行需要和節(jié)能需要采用量調(diào)節(jié)或質(zhì)調(diào)節(jié)方式，或同時(shí)采用兩種調(diào)節(jié)方式，達(dá)到最佳效果。

6 結(jié)論及需要注意的問(wèn)題

6.1 結(jié)論

回收鍋爐排煙、排渣熱量，可進(jìn)一步提高燃料利用率，同時(shí)滿足工業(yè)、民用建筑采暖要求，替代和部分替代低壓蒸汽供熱。

采取降低中小型機(jī)組冷凝器真空，提高循環(huán)水溫度直接供熱方式，節(jié)能效果最好，但受熱媒參數(shù)、機(jī)組容量、供熱距離等條件限制。

采用吸收式熱泵從循環(huán)水中回收熱量節(jié)能效果也比較明顯，限制條件較少。

采用低壓蒸汽供熱，節(jié)能效果相對(duì)較差，但其可滿足各種熱用戶需求。

實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)綜合分析熱源及熱用戶實(shí)際特點(diǎn)，制定最佳供熱方案。

6.2 鍋爐排煙低溫腐蝕問(wèn)題

1)采用煙氣深度冷卻裝置，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)資料仔細(xì)計(jì)算和測(cè)試煙氣酸露點(diǎn)，以確定裝置排煙溫度。

2)煙氣深度冷卻裝置受熱面材料采用抗硫酸露點(diǎn)腐蝕性能好的材料和防腐工藝。

3)流化床鍋爐盡量采用爐內(nèi)噴鈣脫硫方式，以降低排煙SO2含量、降低鍋爐排煙酸露點(diǎn)。

4)煙氣深度冷卻裝置有條件的可以加裝旁路，以降低非采暖季引風(fēng)機(jī)功耗。

6.3 降低冷凝器真空

1)需要核算冷凝器換熱管材質(zhì)和換熱面積是否滿足各種運(yùn)行工況，必要的話應(yīng)進(jìn)行改造;

2)循環(huán)水采用軟化水和其他防結(jié)構(gòu)措施;

3)排汽壓力不宜超過(guò)60 kPa，否則嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)工況、影響機(jī)組安全運(yùn)行。

[1]趙欽新.火電廠煙氣深度冷卻增效減排技術(shù)介紹[D].西安:西安交通大學(xué)，2011.

[2]郭小丹.熱泵回收循環(huán)水余熱利用問(wèn)題研究[J].現(xiàn)代電力，2010(5):37-38.

[3]王永強(qiáng).住宅集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)與節(jié)水[J].山西建 筑，2011，37(8):122-123.