徐世明，鄒 兵

（華能營口熱電有限責(zé)任公司，遼寧 營口 115003）

0 概 述

隨著火電廠經(jīng)營的多元化發(fā)展，開發(fā)適應(yīng)市場的產(chǎn)品，是火電廠多種經(jīng)營的一部分，特別是隨著近年來國家火電項目建設(shè)審批程序的深度調(diào)整，可以預(yù)見到火電廠發(fā)展模式已從過去追求“規(guī)模型”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)樽非蟆靶б嫘汀?。超高參?shù)機(jī)組為了確保機(jī)組的安全以及運行的經(jīng)濟(jì)性，對蒸汽的清潔度提出了嚴(yán)格要求。為此，汽包式自然循環(huán)鍋爐應(yīng)備有排污裝置和除氧器排空裝置［1，2］。在通常情況下，凝汽式發(fā)電廠的排污率為1%～2%，熱電廠的排污率為2%～5%，除氧器的排汽量占入口水量的4‰，這部分工質(zhì)含有大量的熱能［3］，但這部分工質(zhì)達(dá)不到電廠對主蒸汽的要求，對電廠而言是排污，但對人們?nèi)粘Ｉ钣盟允沁_(dá)標(biāo)的。

為了減少機(jī)組運行中的余熱損失達(dá)到節(jié)能創(chuàng)效目的，文獻(xiàn)［4］介紹了鍋爐排污不回收利用前提下如何減少鍋爐排污量的技術(shù)措施，文獻(xiàn)［5］提出了鍋爐排污余熱暖風(fēng)器技術(shù)，文獻(xiàn)［6］介紹了鍋爐排污回收利用于除氧器的情況，文獻(xiàn)［7］介紹了新型鍋爐連續(xù)排污擴(kuò)容器，文獻(xiàn)［8］介紹了除氧器余汽回收直接排至鍋爐疏水箱，文獻(xiàn)［9］介紹了高壓除氧器乏汽的回收再利用方案。鑒于文獻(xiàn)［4－9］可知，目前火電廠對鍋爐排污及除氧器排汽的處理，或是排掉、或是利用不同的系統(tǒng)回收利用，沒有僅利用一個系統(tǒng)將二者綜合回收利用的技術(shù)。另外，也沒有類似鍋爐排污及除氧器排汽回收利用于熱力系統(tǒng)外的情況，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中，也沒有詳細(xì)計算其節(jié)煤效益的數(shù)學(xué)模型。

根據(jù)某6×200MW火電機(jī)組運行的實際情況，為了同時回收鍋爐排污及除氧器排汽帶有一定熱量的工質(zhì)，達(dá)到節(jié)能減排的目的，首先計算了鍋爐排污及除氧器排汽無回收時對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響；其次提出鍋爐排污及除氧器排汽余熱回收綜合利用加熱水的方案，并對設(shè)計方案中各個系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹。同時，也對系統(tǒng)運行時一些注意事項進(jìn)行了說明。確定了每天單臺機(jī)組可為市場提供合格的熱水量，并對鍋爐排污及除氧器排汽余熱回收綜合利用的設(shè)計方案進(jìn)行了熱經(jīng)濟(jì)性評價。

1 無回收對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響

鍋爐排污及除氧器排汽對全廠熱經(jīng)濟(jì)性的影響，最終將體現(xiàn)在發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率上。發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增量與實際循環(huán)熱效率相對降低量之間的關(guān)系為：

式（1）中，Δb為鍋爐排污及除氧器排汽引起的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增量，kg／（kW·h）；bcp為變化前發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，kg／（kW·h）；δηip為鍋爐排污引起的實際循環(huán)熱效率的相對變化量；δηic為除氧器排汽引起的實際循環(huán)熱效率的相對變化量。

某電廠現(xiàn)有200MW機(jī)組6臺，運行的高壓除氧器6臺，排汽參數(shù)為0.20～0.45MPa的飽和汽體、單機(jī)側(cè)流量0.5～1.0t／h；現(xiàn)有運行連續(xù)排污擴(kuò)容器6臺，排放參數(shù)為0.4MPa的飽和水、單機(jī)側(cè)流量3.0～5.0t／h；現(xiàn)有運行定期排污擴(kuò)容器6臺，排放參數(shù)為80℃、單機(jī)側(cè)流量5t／d。應(yīng)用式（1），計算鍋爐排污無回收發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增加0.863 g／（kW·h）。除氧器排汽無回收時，發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增加0.276g／（kW·h）。兩項共引起發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增加1.139g／（kW·h）?？梢婂仩t排污及除氧器排汽無回收對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響很大。

2 綜合利用方案設(shè)計

在電廠的所在地，現(xiàn)有浴池500余家，每日需要75℃以上熱水約6 000t，而目前僅能滿足約3 000t，熱水的供應(yīng)缺口很大。該電廠鍋爐排污水，經(jīng)減溫減壓后排入地溝，除氧器的排汽直接對空排放，這些排放不僅需要設(shè)備的維護(hù)成本，也對環(huán)境造成了污染。鍋爐排污及除氧器排汽回收綜合利用系統(tǒng)的設(shè)計思路是，利用循環(huán)水泵使熱水在熱水箱和汽水混合器中循環(huán)，并連續(xù)向熱水箱注入定、連排熱工質(zhì)，使熱水循環(huán)達(dá)到90℃，即為合格熱水，將熱水銷售給浴池等用戶，即可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

2.1 系統(tǒng)介紹

利用鍋爐定連排、除氧器排放的介質(zhì)（汽或水），混合傳熱傳遞熱量加熱原水，鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用系統(tǒng)的布置，如圖1所示，共有6個子系統(tǒng)組成。

圖1 鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用系統(tǒng)

（1）循環(huán)水系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)主要由熱水箱、循環(huán)水泵、汽水混合器及其管道閥門組成，在循環(huán)水泵出口母管上設(shè)有電動調(diào)節(jié)閥門。汽水混合器熱源來自除氧器排汽，冷源來自熱水箱。經(jīng)汽水混合器加熱后，從下部U型管自流進(jìn)入熱水箱。熱水箱長期運行后的底部沉積雜質(zhì)，可用設(shè)在水箱底部的排污門定期排出。1號、2號熱水箱下部接管至循環(huán)水泵，通過1號、2號再循環(huán)水泵可以進(jìn)入再循環(huán)，保證水箱熱水溫度不丟失，并同時滿足啟動時建立水循環(huán)，熱水應(yīng)加熱至90℃才合格。1號、2號循環(huán)水泵為一用一備，互為備用，定期輪換運行。

（2）定排及連排加熱系統(tǒng)

定連排加熱系統(tǒng)主要由地坑、地坑疏水泵、連排裝置、熱水箱及其管道閥門組成。定排的疏水由地坑疏水泵直接打入熱水箱，連排的熱源工質(zhì)來自連排裝置，經(jīng)循環(huán)水系統(tǒng)回水母管與汽水混合器來水混合后，一起排入熱水箱。

（3）備用熱源加熱系統(tǒng)

備用熱源加熱系統(tǒng)主要由備用汽水混合器和熱水箱組成，設(shè)計汽源來自五段抽汽，因汽輪機(jī)五段抽汽是供暖汽源，故可不用考慮備用熱源投入對汽輪機(jī)本體的影響。投入后，只要注意供暖汽源壓力保持規(guī)定值即可。熱源工質(zhì)與來自熱水箱的循環(huán)水在備用汽水混合器混合傳熱后，經(jīng)循環(huán)水系統(tǒng)回水母管回?zé)崴洹?/p>

（4）補(bǔ)水系統(tǒng)

補(bǔ)水系統(tǒng)的主要水源取自原水化清泵出口，補(bǔ)水系統(tǒng)備用水源為廠區(qū)備用水源，通過管道及2個電動調(diào)節(jié)閥門，分別向1號、2號熱水箱補(bǔ)水?；瘜W(xué)清水泵出口母管的壓力為2.45～5.10kPa。在清水泵出口母管改造中，加入了三通管路和截止門，給1號、2號熱水箱補(bǔ)水，通過管道上的電動調(diào)節(jié)門決定補(bǔ)水量。

（5）供水系統(tǒng)

供水系統(tǒng)主要由熱水箱、供水泵、廠外供熱水箱及相關(guān)管道組成。熱水箱內(nèi)的熱水，經(jīng)供水泵分兩路打入南、北側(cè)廠外供水系統(tǒng)。

（6）連通溢流系統(tǒng)

1號、2號熱水箱可并列運行，也可單獨運行。在1號、2號熱水箱的頂部設(shè)有連通管。并列運行時，確保高水位相互連通，保持2個水箱的水位趨于一致。在1號、2號熱水箱的連通管上部，設(shè)有溢流管至備用熱水箱，目的是在1號、2號熱水箱滿水時，將熱水溢流回收，以免浪費和污染環(huán)境。

通過對6個子系統(tǒng)的分析，鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用系統(tǒng)所涉及的管路簡單，設(shè)備不多，設(shè)備所需的維護(hù)費用較少。

2.2 系統(tǒng)生產(chǎn)的熱水量

計算熱水加熱系統(tǒng)中每臺機(jī)組每小時需要補(bǔ)水量。正常運行時，進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的工質(zhì)有：鍋爐連排、鍋爐定排、除氧器排汽、補(bǔ)水。未計散熱損失，熱水加熱系統(tǒng)的熱平衡式為：

式（2）中：Dcy為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的除氧器排汽流量，t／h；hcy為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的除氧器排汽焓，kJ／kg；Dlp為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的連排流量，t／h；hlp為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的連排焓值，kJ／kg；Ddp為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的定排折算流量，t／h；hdp為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的定排焓值，kJ／kg；Dbs為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的補(bǔ)水流量，t／h；hbs進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的補(bǔ)水焓值，kJ／kg；hgs為熱水加熱系統(tǒng)供達(dá)標(biāo)溫度熱水的焓值，kJ／kg。

熱水加熱系統(tǒng)每小時可對外供應(yīng)90℃熱水量為：

式（5）中：Dgs為熱水加熱系統(tǒng)對外供應(yīng)90℃的熱水量，t／h；α為熱水加熱系統(tǒng)的補(bǔ)水率。

補(bǔ)水溫度取20℃，由式（3）計算單機(jī)側(cè)進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)的補(bǔ)水流量為11.9t／h。由式（4）計算單機(jī)側(cè)可對外供熱水量為18.11t／h，則每天可對外供熱水量為434.6t，若6臺機(jī)組滿負(fù)荷運行，每天外供熱水量為2607.6t，可見6臺機(jī)組滿負(fù)荷運行仍未能滿足該地?zé)崴袌龅男枨蟆?/p>

2.3 系統(tǒng)運行時的注意事項

投運鍋爐排污及除氧器排汽回收綜合利用系統(tǒng)時，應(yīng)先投水側(cè)，后投汽側(cè)，停運時則相反，并注意排空氣、排雜質(zhì)及暖管等問題。分別在除氧器排氧門后、連排裝置門后、定排擴(kuò)容器裝置地坑疏水泵出口改造處，加入三通管路和截止門，主要分為正常運行管路和事故管路，系統(tǒng)運行時，投入正常運行管路，當(dāng)回收系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時，及時投入事故管路，同時關(guān)閉正常運行管路，確保機(jī)組的正常運行?；厥障到y(tǒng)運行時，不影響機(jī)組的正常運行，回收系統(tǒng)事故時，通過事故管路實現(xiàn)與機(jī)組的隔離，機(jī)組按原來正常方式運行不會有影響?；厥障到y(tǒng)再投入時，先投運水側(cè)，閥體溫度上升40℃左右時，投入熱源，最后關(guān)閉事故管路。

鍋爐汽包定排與連排相比，工質(zhì)中含雜質(zhì)比較多，其是否投入看工質(zhì)品質(zhì)而定，并應(yīng)注意監(jiān)測。同時還要注意售水水質(zhì)的監(jiān)測。系統(tǒng)主補(bǔ)水為化學(xué)補(bǔ)水，備用水源為生活用水。正常時盡量用化學(xué)補(bǔ)水，因為該電廠化學(xué)補(bǔ)水的成本為2.5元／噸，生活用水成本4.5元／噸。注意熱水加工系統(tǒng)補(bǔ)水投入初期對化學(xué)水系統(tǒng)的影響，及時調(diào)整并減小化學(xué)水壓力波動的幅度。

3 回收綜合利用對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響

鍋爐排污、除氧器排汽若不回收將排放到環(huán)境中，其性質(zhì)屬于“廢棄熱能”。這部分熱量本來屬于必須排放的熱量，是一種熱力損失。關(guān)于這部分熱量無論是回收于熱力系統(tǒng)，或是在熱力系統(tǒng)外的再利用，都應(yīng)該只計其做功收益或熱量收益，即“回收多少得益多少”，這樣處理是有利于節(jié)能工作的展開。以往節(jié)能改造回收的熱能，大多被利用于熱力系統(tǒng)中，如加熱凝結(jié)水、暖風(fēng)器的利用、加熱機(jī)組補(bǔ)水等。利用等效熱降法，可方便地進(jìn)行局部定量分析，現(xiàn)所述的加工熱水項目，屬于余熱利用發(fā)電熱力系統(tǒng)之外的范圍，不能直接應(yīng)用等效熱降法分析。發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率是評價火力發(fā)廠熱經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，為了進(jìn)一步分析火電廠熱能利用于熱力系統(tǒng)外對發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率的影響，需要建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。

3.1 數(shù)學(xué)模型建立

每臺機(jī)組生產(chǎn)合格熱水產(chǎn)生利潤為：

式（6）中：C1為單臺機(jī)組生產(chǎn)合格熱水利潤，元／小時；k1為品質(zhì)合格熱水每噸的售價，元／噸；k′1為進(jìn)入熱水加熱系統(tǒng)補(bǔ)水的成本，元／噸。

折合成供電功率增量為：

式（7）中：ΔPeg加工的熱水產(chǎn)生利潤折合成供電功率增加量，kW；k2為電廠的上網(wǎng)電價，元／千瓦時；Pexty為熱水加熱系統(tǒng)耗電功率，kW。

折算成發(fā)電功率增量為：

式（8）中：ΔPef加工熱水產(chǎn)生利潤折合成發(fā)電功率增加量，kW；ξap為廠用電率。

折算成的發(fā)電功率增量，亦即發(fā)電功率的絕對變化量，式（8）可表示為：

式（9）中：P′ef為折算后機(jī)組功率，kW；Pef為折算前機(jī)組功率，kW。

發(fā)電功率的相對變化量為：

式（10）中：δPef為發(fā)電功率的相對變化量。

發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低量為：

式（11）中：Δbcp為發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低量，kg／（kW·h）；b′cp為熱水加工系統(tǒng)投運后折算的機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，kg／（kW·h）；Bcp為發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗量，kg／h。

由式（6）～式（11）可整理得：

由式（12）可知，鍋爐排污、除氧器排汽余熱回收加工熱水系統(tǒng)投運后，對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響主要受熱水價格、熱水產(chǎn)量、補(bǔ)水成本、補(bǔ)水率、上網(wǎng)電價、系統(tǒng)用電量影響，這樣就把鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用于熱力系統(tǒng)外的情況，建立起計算其熱經(jīng)濟(jì)性的數(shù)學(xué)模型。

3.2 計算結(jié)果及分析

品質(zhì)合格的熱水每噸售價為12元／噸（根據(jù)市場價格而定），補(bǔ)水的成本2.5元／噸，由式（12）可計算機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低0.811g／（kW·h），相當(dāng)于鍋爐排污及除氧器排汽引起的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率增大值由1.139g／（kW·h）降為0.328g／（kW·h），可見鍋爐排污及除氧器排汽綜合利用系統(tǒng)的節(jié)能效果明顯。另外，從電廠節(jié)煤的角度出發(fā)，根據(jù)發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率降低值和電廠用標(biāo)煤價格，可計算此方案實施后，每年可為電廠節(jié)約資金426萬元，估算工程靜態(tài)投資為207萬元，其中建筑工程費為40萬元，設(shè)備購置費為91萬元，安裝工程費為51萬元，其他費用為25萬元，約半年就可回收投資成本。

4 結(jié) 語

（1）提出鍋爐排污及除氧器排汽同時回收綜合利用方案，回收系統(tǒng)的設(shè)計簡潔、結(jié)構(gòu)緊湊、收益大。

（2）提出了回收系統(tǒng)對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性影響的數(shù)學(xué)模型，將火電廠出售的熱水經(jīng)濟(jì)效益折算到機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率的降低數(shù)值，計算結(jié)果表明，熱水加熱系統(tǒng)可使鍋爐排污及除氧器排汽對機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率影響由1.139g／（kW·h）降為0.328g／（kW·h）。利用此模型，可計算余熱利用于熱力系統(tǒng)外時，對機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，為火電廠多種經(jīng)營提供了理論支持。

（3）鍋爐排污及除氧器排汽綜合回收系統(tǒng)在事故時可及時隔離，回收系統(tǒng)的運行對機(jī)組運行是安全的。廢棄熱能的回收不用于熱力系統(tǒng)內(nèi)，轉(zhuǎn)化為商品出售，對于提升電廠的綜合效益有實際意義。