王文飛，朱鴻飛，嚴(yán)志遠(yuǎn)

(國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院有限公司，南京 210031)

目前，我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)電廠主要承擔(dān)電網(wǎng)調(diào)峰功能，電廠需根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度的要求調(diào)整燃?xì)廨啓C(jī)功率，故很難保證燃?xì)廨啓C(jī)的滿負(fù)荷運(yùn)行[1-2]。常見的重型燃?xì)廨啓C(jī)均設(shè)有進(jìn)氣導(dǎo)葉(IGV)，通過(guò)調(diào)節(jié)IGV以降低燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組出力[3-4]。但當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷低于額定負(fù)荷的85%時(shí)，IGV調(diào)節(jié)已不能滿足燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷的調(diào)整，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)將通過(guò)降低透平前溫來(lái)減小燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷[5]。而燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)期在部分負(fù)荷區(qū)間工作，將大大降低運(yùn)行效率，熱耗率上升，如圖1所示。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)負(fù)荷率與熱耗率關(guān)系曲線

此外，我國(guó)北部地區(qū)冬季寒冷，沙塵和霧霾等極端天氣常有發(fā)生，造成燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)袋式粗濾和除濕板表面結(jié)冰、結(jié)霜、堵塞，從而引起燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)差壓迅速上升，危及機(jī)組正常運(yùn)行[6]。

2017年3月，天津華電福源熱電廠為了解決燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)效率降低的問(wèn)題，同時(shí)防止進(jìn)氣系統(tǒng)在惡劣天氣條件下出現(xiàn)冰堵和濕堵[7]，委托國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院開展燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣溫度控制技術(shù)研究工作。

1 進(jìn)氣加熱提效技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究概況

國(guó)內(nèi)外關(guān)于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣加熱技術(shù)的研究均集中在滿負(fù)荷工況，并且技術(shù)的應(yīng)用主要為防止進(jìn)氣系統(tǒng)冰堵和濕堵[8-9]，而對(duì)于部分負(fù)荷條件下通過(guò)進(jìn)氣加熱提高機(jī)組效率的研究除國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院和三大主機(jī)廠商外，目前國(guó)內(nèi)其他科研機(jī)構(gòu)和高校還未開展。本研究的開展和技術(shù)應(yīng)用將極大地提高國(guó)內(nèi)外燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)于燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣加熱技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解，推動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)廠家針對(duì)中國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀優(yōu)化機(jī)組設(shè)計(jì)。

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣加熱技術(shù)根據(jù)熱源的不同可以分為壓氣機(jī)抽氣式加熱、翅片管換熱式加熱、電加熱等。目前，針對(duì)我國(guó)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組部分負(fù)荷運(yùn)行的特點(diǎn)，國(guó)電環(huán)境保護(hù)研究院、西門子、GE等研究機(jī)構(gòu)開展了翅片管換熱式加熱研究，利用燃?xì)廨啓C(jī)電廠的余熱對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)入口空氣進(jìn)行加熱，降低燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組發(fā)電熱耗，提高聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的整體運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性[7]。

本技術(shù)路線的技術(shù)可行性在相關(guān)文獻(xiàn)已有充分論述[1，7-9]，而經(jīng)濟(jì)性論證還未有開展。本文主要從經(jīng)濟(jì)性角度研究燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷進(jìn)氣加熱提效技術(shù)的可行性，為燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電行業(yè)部分負(fù)荷運(yùn)行優(yōu)化提供決策參考。

2 進(jìn)氣加熱提效技術(shù)應(yīng)用情況

2.1 燃?xì)怆姀S概況

天津華電福源熱電廠位于武清開發(fā)區(qū)，是天津重點(diǎn)惠民工程，也是國(guó)內(nèi)首座“五聯(lián)供”能源站。電廠概況見表1。

表1 華電福源熱電廠情況表

2.2 進(jìn)氣加熱方案選擇

通過(guò)對(duì)壓氣機(jī)抽氣式加熱、翅片管換熱式加熱和電加熱三種常見進(jìn)氣加熱技術(shù)的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)：電加熱技術(shù)存在運(yùn)行費(fèi)用高、改造收益差的問(wèn)題；壓氣機(jī)抽氣加熱技術(shù)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組效率下降[10-12]，不適合長(zhǎng)期運(yùn)行。故從長(zhǎng)期運(yùn)行、提升燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性方面考慮，采用翅片管換熱式加熱技術(shù)。在現(xiàn)有燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)條件下布置翅片管換熱器[7]，用余熱鍋爐熱水加熱方式對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣進(jìn)行加熱。系統(tǒng)流程如圖2所示。

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷進(jìn)氣加熱提效系統(tǒng)流程圖

2.3 進(jìn)氣加熱系統(tǒng)組成

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣加熱系統(tǒng)由換熱器組(1組換熱器)、循環(huán)水泵(2臺(tái)，1用1備)、管道和控制系統(tǒng)等部分組成。換熱器組由多個(gè)換熱器模塊、支架及旁通擋板組成，并預(yù)留凝結(jié)水收集盤、擋水板等裝置安裝位置。換熱器安裝在燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣室外、進(jìn)口防雨罩前，最大設(shè)計(jì)運(yùn)行負(fù)荷為將12.5 ℃進(jìn)氣溫度加熱到33 ℃。循環(huán)水泵的作用是向換熱器組提供和輸送足夠揚(yáng)程和流量用于加熱進(jìn)氣的余熱鍋爐熱水。進(jìn)氣加熱系統(tǒng)設(shè)置一組共2臺(tái)(100%總流量)循環(huán)水泵，按運(yùn)行時(shí)1用1備考慮。

進(jìn)氣加熱系統(tǒng)設(shè)置獨(dú)立的控制系統(tǒng)，初期為了試驗(yàn)調(diào)試方便采用PLC(programmable logic controller,可編程邏輯控制器)控制方式，項(xiàng)目通過(guò)驗(yàn)證后將改造成DCS(distributed control system,分散控制系統(tǒng))控制[7]。

3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性研究

3.1 項(xiàng)目投資

通過(guò)對(duì)主設(shè)備的采購(gòu)和安裝進(jìn)行詢價(jià)，并依據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《火力發(fā)電工程建設(shè)預(yù)算編制與計(jì)算規(guī)定》、《電力建設(shè)工程概算定額》(2013年版)和《火力發(fā)電工程建設(shè)預(yù)算編制與計(jì)算規(guī)定》對(duì)投資進(jìn)行估算[13-16]，改造總投資為653萬(wàn)元，費(fèi)用估算見表2。

3.2 項(xiàng)目收益

本項(xiàng)目通過(guò)利用尾部煙氣余熱對(duì)部分負(fù)荷燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣進(jìn)行加熱，提高機(jī)組部分負(fù)荷效率，獲得經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

(1) 部分負(fù)荷機(jī)組效率提升收益

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣加熱技術(shù)能夠在機(jī)組部分負(fù)荷工況下提高燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組的發(fā)電效率，從而降低機(jī)組熱耗，節(jié)省燃料[17]。通過(guò)對(duì)進(jìn)氣加熱前后相同工況條件下燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組發(fā)電效率的比較，分析計(jì)算其發(fā)電熱耗的降低值，再通過(guò)機(jī)組功率和運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)計(jì)算得到其節(jié)省的天然氣價(jià)格，最終獲得進(jìn)氣加熱技術(shù)節(jié)省燃料收益[18]，其中電價(jià)0.598元/(kW·h)(不含稅)、天然氣價(jià)格1.900元/m3(不含稅)，計(jì)算結(jié)果如表3所示，共節(jié)約支出收入305.90萬(wàn)元。

從表3可知，福源熱電廠單臺(tái)機(jī)組采用進(jìn)氣加熱技術(shù)年收益為305.90萬(wàn)元。

(2) 進(jìn)氣過(guò)濾器國(guó)產(chǎn)化替代收益

本項(xiàng)目采用燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣加熱技術(shù)后，提高了機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)抵抗高濕、低溫等復(fù)雜氣候的能力，提升了燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的安全裕度[19-20]，可用價(jià)格更低的國(guó)產(chǎn)進(jìn)氣過(guò)濾器替代價(jià)格昂貴的進(jìn)口過(guò)濾器，由此年節(jié)省過(guò)濾器采購(gòu)費(fèi)用80萬(wàn)元。

(3) 社會(huì)效益

通過(guò)本項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)用大大提升了燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組部分負(fù)荷工況的發(fā)電效率，大大減少了溫室氣體排放量。根據(jù)測(cè)算，年減少CO2排放量約3 000 t[21-22]，取得了顯著社會(huì)綜合效益，為該廠建立環(huán)境友好型企業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)。同時(shí)，本項(xiàng)目技術(shù)應(yīng)用大大增強(qiáng)了機(jī)組在冬季供熱季節(jié)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，為電廠圓滿完成保民生供熱任務(wù)創(chuàng)造良好的條件[23]。

3.3 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)可行性分析

項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益分析依據(jù)國(guó)家計(jì)委《建設(shè)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法與參數(shù)》(第三版)、國(guó)家能源局發(fā)布的《火力發(fā)電工程經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)導(dǎo)則》及現(xiàn)行有關(guān)規(guī)定和財(cái)稅制度，財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)及經(jīng)濟(jì)效益分析原始數(shù)據(jù)見表4[24]。

項(xiàng)目主要經(jīng)濟(jì)可行性分析指標(biāo)見表5。

經(jīng)濟(jì)性分析可見：本項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率為44.3%，大于電力行業(yè)一般規(guī)定的8%，也高于銀行長(zhǎng)期貸款利率；靜態(tài)投資回收期為3.26 a。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目投資內(nèi)部收益率、投資回收期、財(cái)務(wù)凈現(xiàn)值等財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)分析，說(shuō)明本項(xiàng)目具有較好的經(jīng)濟(jì)效益[25]。

3.4 經(jīng)濟(jì)敏感性分析

為了考察投資額、氣價(jià)對(duì)項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的影響，在其他邊界條件相同的情況下，作單因素敏感性分析[26]。

財(cái)務(wù)指標(biāo)對(duì)投資的敏感性分析見表6。

表6 敏感性分析成果表

財(cái)務(wù)指標(biāo)對(duì)氣價(jià)的敏感性分析見表7。

表7 敏感性分析成果表

同時(shí)，由敏感性分析可見：當(dāng)投資、氣價(jià)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率、投資回收期仍然能滿足評(píng)價(jià)要求?？梢姡?xiàng)目具有較強(qiáng)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力，財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)可行[27]。

3.5 項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性驗(yàn)證

2018年10月，業(yè)主委托第三方(華北電力科學(xué)研究院)開展性能考核試驗(yàn)，結(jié)果表明：本技術(shù)在燃?xì)廨啓C(jī)部分負(fù)荷下能夠提升該機(jī)組聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率0.89個(gè)百分點(diǎn)以上，年節(jié)能經(jīng)濟(jì)收益大于400萬(wàn)元，項(xiàng)目投資回報(bào)期小于3 a。

可見，本技術(shù)的應(yīng)用能明顯提高燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組部分負(fù)荷下的效率，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)，還有效解決了北方地區(qū)進(jìn)氣系統(tǒng)冰堵和濕堵問(wèn)題，顯著增強(qiáng)了燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組復(fù)雜氣候條件下的運(yùn)行安全性。

4 結(jié)論

本文從經(jīng)濟(jì)性角度分析得出，進(jìn)氣加熱技術(shù)在天津華電福源熱電廠的應(yīng)用中，項(xiàng)目改造投資總額約653萬(wàn)元，投資內(nèi)部收益率達(dá)到44.30%，投資回收期為3.26 a，具有很好的投資回報(bào)。投運(yùn)后經(jīng)第三方單位性能考核試驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)際運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性超過(guò)項(xiàng)目設(shè)計(jì)情況，經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益顯著，獲得了極大的同行關(guān)注度，有較強(qiáng)的行業(yè)示范效應(yīng)。