李興國

(黑龍江省林業(yè)設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080)

北方某電廠現(xiàn)有裝機(jī)規(guī)模：4×35t/h中溫中壓蒸汽鍋爐+4×N6機(jī)(低真空供熱)及1×130t/h高溫高壓蒸汽鍋爐。其運(yùn)行方式為：4×35t/h蒸汽爐及1×130t/h(減溫減壓)帶4×N6機(jī)低真空供熱?？偣崦娣e140×104m2，其中低真空供熱面積約63×104m2、間接供熱面積約77×104m2。

其中低溫直供的63×104m2供熱管網(wǎng)，設(shè)有25個(gè)分配站點(diǎn)。間接供熱的77×104m2供熱管網(wǎng)，設(shè)有11座換熱站。低溫直供管網(wǎng)于大多于2000左右年開始投入使用，已運(yùn)行十幾年。間接供網(wǎng)于2012年10月份投入使用，且運(yùn)行良好。

現(xiàn)有熱電廠的供熱能力已經(jīng)完全不能滿足當(dāng)?shù)氐某菂^(qū)供熱需求，且現(xiàn)有的1臺(tái)130t/h高溫高壓鍋爐總出現(xiàn)故障，維修費(fèi)用高，除塵效率極差，熱源廠的工作環(huán)境極差，空氣中粉塵濃度嚴(yán)重超標(biāo)。

1 熱負(fù)荷

該電廠現(xiàn)有集中供熱面積約140萬平方米，根據(jù)近幾年該城區(qū)每年新建建筑發(fā)展面積及人口數(shù)綜合預(yù)測：該地區(qū)未來幾年城鎮(zhèn)建筑最終約200萬平方米。

根據(jù)《民用建筑采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》及建設(shè)方提供的相關(guān)氣象資料，該地區(qū)供暖天數(shù)為202d，總計(jì)4848h。供暖室外計(jì)算溫度-33.6℃，供暖平均溫度-14.2℃，采暖室內(nèi)計(jì)算溫度18℃。根據(jù)調(diào)查，采暖綜合熱指標(biāo)按64W/m2設(shè)計(jì)。

表1 設(shè)計(jì)熱負(fù)荷

2 方案比選

2.1 鍋爐選型

根據(jù)建設(shè)單位提供的煤質(zhì)情況和工程的建設(shè)規(guī)模，從爐型選擇上可以有三種爐型可供選擇：粉煤爐；鏈條爐；循環(huán)流化床燃煤鍋爐。下面對(duì)這三種爐型分別做一簡單的分析。

① 粉煤爐：粉煤爐主要優(yōu)點(diǎn)為生產(chǎn)和運(yùn)行技術(shù)經(jīng)驗(yàn)成熟、鍋爐效率高，安全可靠。這種爐型鍋爐效率可以達(dá)到90%，可以適應(yīng)本工程煤質(zhì)的燃燒要求，此爐型的缺點(diǎn)是：負(fù)荷適應(yīng)性較差，70%以下負(fù)荷需投油穩(wěn)燃，燃煤破碎和煤粉制備電耗高，脫硫工藝復(fù)雜。

② 往復(fù)爐：這種爐型可以滿足本工程燃煤的要求，碎煤電耗低，煤種的適應(yīng)性好，穩(wěn)燃性能較好，操作性簡單，易于人員操作，缺點(diǎn)是鍋爐效率較低，維護(hù)工作量大。

③ 循環(huán)流化床鍋爐：循環(huán)流化床鍋爐是近幾十年迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)高效、低污染的燃煤技術(shù)。它具有接近或達(dá)到同容量粉煤爐的燃燒效率；燃料適應(yīng)性強(qiáng)，不僅可以燃用煙煤等優(yōu)質(zhì)煤，而且可燃用各種劣質(zhì)燃料；負(fù)荷調(diào)節(jié)比寬，在30%負(fù)荷仍能穩(wěn)定燃燒；低溫燃燒使NOx生成量少，灰渣便于綜合利用等優(yōu)勢，是國際上公認(rèn)的商業(yè)化程度最好的潔凈燃煤技術(shù)之一。

本項(xiàng)目的熱負(fù)荷主要為該城區(qū)進(jìn)行集中供熱，從運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的角度考慮，應(yīng)盡可能選擇容量較大、燃燒效率高的鍋爐。從目前供熱市場中的主流鍋爐爐型以及再結(jié)合燃用煤質(zhì)情況，本次項(xiàng)目推薦選用循環(huán)流化床鍋爐。

2.2 熱源方案

方案一：在熱電廠現(xiàn)廠址主廠房西南側(cè)空地建設(shè)3×75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐+改造4×6MW背壓機(jī)組；

方案二：在熱電廠現(xiàn)廠址主廠房西南側(cè)空地建設(shè)2×75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐+改造4×6MW背壓機(jī)組+1×58MW循環(huán)流化床熱水鍋爐。

2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

2.3.1 方案一

本方案擬在老電廠廠區(qū)，新建3×75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐+改造4×6MW背壓機(jī)組。停運(yùn)老熱源內(nèi)4×35t/h中溫中壓蒸汽鍋爐，保留1×130t/h高溫高壓蒸汽鍋爐及1×12MW汽輪機(jī)組背壓機(jī)組做備用。

冬季采暖期最大、平均、最小負(fù)荷工況的汽平衡情況見下表。

汽平衡表

在采暖期最小負(fù)荷時(shí)，一爐一機(jī)運(yùn)行，熱負(fù)荷供蒸汽47t/h(0.294MPa、200℃)，滿足采暖熱負(fù)荷的需要。一臺(tái)鍋爐蒸發(fā)量52.5t/h，鍋爐平均負(fù)荷率70%，一臺(tái)6MW汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)電功率5.7MW，汽輪機(jī)機(jī)組平均負(fù)荷率95%；在采暖期平均負(fù)荷時(shí)，兩爐三機(jī)運(yùn)行，熱負(fù)荷供蒸汽116t/h(0.294MPa、200℃)，滿足采暖熱負(fù)荷的需要。兩臺(tái)鍋爐蒸發(fā)量130t/h，鍋爐平均負(fù)荷率87%，每臺(tái)汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)電功率4.7MW，汽輪機(jī)機(jī)組平均負(fù)荷率78%；在采暖期最大負(fù)荷時(shí)，三爐四機(jī)運(yùn)行，熱負(fù)荷供蒸汽172.4t/h(0.294MPa、200℃)，滿足采暖熱負(fù)荷的需要。三臺(tái)鍋爐蒸發(fā)量222t/h，鍋爐平均負(fù)荷率99%，每臺(tái)汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)電功率5.7MW，汽輪機(jī)機(jī)組平均負(fù)荷率94%。

方案一：供熱靈活性好，可靠性高，機(jī)爐比較匹配，相互備用率較高，機(jī)爐運(yùn)行負(fù)荷率較高，完全充分的利用了原有電廠的發(fā)電指標(biāo)?？紤]到本此改建電廠的性質(zhì)是熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，以城市集中供熱為主并兼顧發(fā)電，裝機(jī)方案的選擇應(yīng)充分考慮集中供熱，在保證供熱的前提下盡可能多發(fā)電，以實(shí)現(xiàn)電廠效益最大化并使項(xiàng)目符合國家相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策。

此方案停運(yùn)電廠原有的全部鍋爐，將原電廠的凝汽機(jī)組全部改為背壓機(jī)組，由于原電廠常年運(yùn)行發(fā)電，經(jīng)濟(jì)效益較好，而本方案 “熱電聯(lián)產(chǎn)、以熱定電”，只是在采暖季運(yùn)行，非采暖季停爐檢修，發(fā)電量較原有熱電廠有所減少。原有1×130t/h高溫高壓鍋爐可以與本期建設(shè)鍋爐互為備用，既保證了供暖期安全，同時(shí)也兼顧了發(fā)電一舉兩得，但本方案初期投資較高。

2.3.2 方案二

本方案擬在老電廠廠區(qū)，新建2×75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐+改造4×6MW背壓機(jī)組+1×58MW循環(huán)流化床熱水鍋爐。停運(yùn)老熱源內(nèi)4×35t/h中溫中壓蒸汽鍋爐，保留1×130t/h高溫高壓蒸汽鍋爐及1×12MW汽輪機(jī)組背壓機(jī)組做備用。

冬季采暖期最大、平均、最小負(fù)荷工況的汽平衡情況見下表。

汽平衡表

在采暖期最小負(fù)荷及平均負(fù)荷時(shí)，方案二與方案一運(yùn)行方式相同；在采暖期最大負(fù)荷時(shí)，三爐三機(jī)運(yùn)行(其中一臺(tái)58MW熱水鍋爐調(diào)峰供熱)，熱負(fù)荷供蒸汽134.1t/h(0.294MPa、200℃)，需要58MW熱水鍋爐調(diào)峰供熱。兩臺(tái)75t/h蒸汽鍋爐滿負(fù)荷運(yùn)行，鍋爐平均負(fù)荷率100%，三臺(tái)汽機(jī)運(yùn)行，每臺(tái)汽輪機(jī)機(jī)組發(fā)電功率5.5MW，汽輪機(jī)機(jī)組平均負(fù)荷率91%。最大熱負(fù)荷時(shí)調(diào)峰熱水鍋爐負(fù)荷率為62%。

方案二：蒸汽鍋爐調(diào)節(jié)較為方便，負(fù)荷率較高，但熱電聯(lián)產(chǎn)供熱可靠性一般，若一臺(tái)75t/h鍋爐故障，需要啟動(dòng)備用130t/h鍋爐投運(yùn)。由于本方案最大負(fù)荷時(shí)只運(yùn)行三臺(tái)6MW背壓機(jī)組，故熱源廠的經(jīng)濟(jì)效益較差，但初始的投資比方案一小。

2.4 熱源方案對(duì)比說明

無論方案一、還是方案二，均未考慮利用原有1×130t/h循環(huán)流化床蒸汽鍋爐+1×12MW背壓機(jī)組，主要的原因是根據(jù)建設(shè)單位反饋意見，現(xiàn)有1×12MW背壓機(jī)組運(yùn)行存在一定的問題，不穩(wěn)定、供熱可靠性差。故以上兩個(gè)方案均考慮將其作為備用鍋爐。

通過對(duì)以上兩個(gè)方案的對(duì)比論述可知，兩個(gè)方案均可滿足供熱200萬平方米的熱負(fù)荷需求。方案一總投資約1.2億元，方案二總投資約1億元。

方案一優(yōu)點(diǎn)：①可充分利用原電廠上網(wǎng)容量指標(biāo)；②可實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱，經(jīng)濟(jì)效益較好；③機(jī)爐匹配性較好，互為備用率較高。

方案一缺點(diǎn)：①一次性投資相對(duì)方案二較大；②熱化系數(shù)不合理，發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)數(shù)偏低，不能充分發(fā)揮發(fā)電機(jī)組的發(fā)電能力。

方案二優(yōu)點(diǎn)：①投資相對(duì)較少，節(jié)省生產(chǎn)成本；②發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷率較高。

方案二缺點(diǎn)：①未能充分利用原有發(fā)電指標(biāo)，相對(duì)方案一，年發(fā)電量較少；②相對(duì)方案一經(jīng)濟(jì)效益略差。

3 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算分析，推薦采用方案一，即新建3×75t/h中溫中壓循環(huán)流化床鍋爐+改造4×6MW背壓機(jī)組。