热电厂回收乏汽余热改造方案

陆 斌，王远清，王 强

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001)

热电厂回收乏汽余热改造方案

陆 斌，王远清，王 强

(中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司，山西 太原 030001)

本文对包二热电厂供热现状及改造的必要性作了简单介绍，对设计方案优化选择计算、方案对比分析进行了重点论述。以最大化回收乏汽余热为原则，从技术和经济两个方面确定为低真空[1]+热泵[2]组合技术方案。该方案实施后，可以最大限度满足城市供热需求，不但为节能减排、改善城市环境质量作出贡献，而且取得良好的经济效益和社会效益。

供热改造；方案选择；社会效益。

1 项目概况及必要性

包头第二热电厂现有总装机容量为1000 MW，其中一期工程2×200 MW为抽汽式湿冷机组，二期工程2×300 MW为抽汽式直接空冷机组。电厂位于包头市青山区，不仅担负着包头市青山区供热重任，而且还向包头市一、二机厂等国家重点企业提供工业用汽。

2×300 MW亚临界直接空冷机组于2006年投产。锅炉为东方锅炉(集团)股份有限公司生产的DG1065/18.2-II6型亚临界自然循环燃煤汽包锅炉。汽轮机为东方汽轮机厂生产的KC300-16.7-538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、双缸双排汽直接空冷、供热抽汽式汽轮机。

为了回收乏汽余热提高供热能力，满足当时城市街区供热负荷的需求。2012年已对2×300 MW空冷抽汽式机组回收乏汽余热供热进行了改造，在空冷平台下的固定端和扩建端两侧，分别建设了1号和2号热泵房。两座热泵房各安装有2×18.5 MW前置凝汽器+2×70 MW热泵机组，前置凝汽器(换热面积830 m2)是利用74 t/h空冷乏汽余热，直接将回水温度46℃、流量8000 t/h加热至51℃，热泵机组利用驱动抽汽203 t/h、回收184 t/h乏汽余热，将51℃热水加热至81℃，最后热网加热器利用抽汽188 t/h，将81℃热水加热至95℃向外供热、压力1 MPa。两台机组最大回收乏汽量为74+184=258 t/h，乏汽余热供热负荷171 MW，抽汽供热负荷284 MW，抽汽压力0.4 MPa、温度275℃。两台机组现供热负荷455 MW，供热面积780×104m2。

由于城市街区供热面积增大，加之未能按计划替代锅炉房供热负荷，政府要求2014年必须实施，需增加供热负荷355.7 MW、供热面积约650×104m2。现有机组供热能力已不能满足要求，因此，需要挖掘2×300 MW空冷抽汽式机组未用完的乏汽余热进行二次改造，对现有供热系统改造方案进行比较优化，以最大限度提高机组的供热能力和经济性，不足部分由包三热电厂补热。

2 回收乏汽组合技术的应用

一般抽汽式汽轮机乏汽热损失占到电厂总热量的30%左右，见图1，如何有效回收电厂乏汽余热供热，是本文研究讨论的重点。在北方地区采用热泵组合技术改造电厂常规供热方式，回收电厂乏汽余热供热，是节能减排、改善环境、提高供热能力、扩大供热面积，降低供热成本的最有效技术措施和途径。

图1 汽轮机抽汽及排汽焓温图

针对电厂回收乏汽余热(以下简称“乏汽热”或“冷凝热”)供热改造，主要有三种方式：

2.1 热泵技术+热网加热器

当地昼夜间温差大，外网没有调峰热源，电厂的抽汽供热能力能满足城市热负荷要求，此时改造机组回收乏汽余热主要目的：一是在采暖初末期，切断热网加热器使用热泵机组供热，节约抽汽；二是在供热寒冷期投入热网加热器进行调节，其特点是供热调节幅度大，调节性能好和节能。

2.2 机组低真空+热网加热器

机组低真空是指冬季供热，在机组不报警条件下安全稳定运行。

当地昼夜间温差小，外网设有调峰热源，电厂的抽汽供热能力不能满足城市供热负荷要求，但电厂可不要求不全部回收机组乏汽余热。此时，改造一台机组低真空回收乏汽余热主要目的：一是在采暖初末期，切断热网加热器利用机组低真空供热，节约抽汽；二是在供热寒冷期投入热网加热器进行调节，其特点是能源利用率高，供热面积大，但调节能力弱。

2.3 热泵技术+机组低真空+热网加热器

城市外网有其它热源，电厂的抽汽供热能力不能满足城市供热负荷要求，且要求电厂的供热能力达到最大化。在采暖初末期利用一台机组低真空大面积供热，在寒冷期将另外一台机组热泵启用并投入热网加热器进行调节，即可以做到两台机组回收全部乏汽，供热负荷达到最大。

当热泵的驱动蒸汽压力在0.6 MPa以下，且外网供热水温度小于100℃时，建议采用吸收式热泵，反之采用压缩式热泵。空冷机组在热泵前还应配置一台较大面积的前置凝汽器，可以减小一级热网循环水温度梯度差，并能有效降低热泵的容量配置，提高乏汽余热的利用率和热效率。

3 设计方案的选择确定

根据电厂供热负荷和现场情况，选择经济合理的技术方案进行改造。

3.1 改造前系统设备等

改造前1#和2#热泵房、主要设备等见表1。

表1 改造前主要设备及参数

3.2 设计方案的计算选择

包二热电厂改造的原则是对3#、4#机组未回收的乏汽余热全部回收供热。按照电厂的实际情况，本文提出两种技术改造方案。方案一是4#机热泵、前置凝汽器拆装到3#机，并扩建1号热泵房等，4#机改为低真空、增设2台8000 m2凝汽器；方案二是每台机组增加2台热泵，分别扩建1号热泵房和2号热泵房。通过计算优化方案选择。

根据包二热电厂30万机组锅炉出力的实际情况(即供热期间机组负荷为80%)，汽轮机主蒸汽按860 t/h进行分析。改造前后供热循环水温度压力不变，改造前设计供热能力598 MW、供热面积1067.8×104m2。供热负荷受限的原因，主要是替代区域锅炉房供热不具备条件，其次是厂外部分管网腐蚀老化和管径偏小的原因。随着政府加大改善环境力度，要求2014年采暖期必须取代区域供热锅炉房，同时对管网进行更新改造，保证满足改造后的供热负荷要求。

3.2.1 方案一

4#机排汽在35 kPa背压下、温度72.7℃、汽轮机排汽量为335 t/h；3#机排汽在18 kPa背压下、温度57.8℃、汽轮机排汽量为261 t/h。

2×300MW空冷机组一级供热循环水流量为13600 t/h、回水分为二路。一路循环水流量7930 t/h、回水温度46℃，经4#机热网凝汽器加热至70℃、回收乏汽余热221.2 MW；另一路循环水流量5670 t/h、回水温度46℃，经3#机前置凝汽器加热至56.5℃、回收乏汽余热69.2 MW，再经热泵机组加热至90℃，热泵热负荷为220.8 MW。两路循环水混合后为75℃，再进入加热器，利用3#机和4#机抽汽热负荷263.8 MW将循环水加热至95℃向外供热。

4#机低真空和3#机热泵增容改造，机组供热能力为775 MW，改造后增加供热能力177 MW。改造后的热网水系统(参数)见图2。

图2 方案一系统图

3.2.1 方案二

2×300MW空冷机组一级供热循环回水量为13415 t/h、温度46℃，经过前置凝汽器(原4台18.5 MW +新增2台26 MW)，在18KPA背压下前置凝汽器回收乏汽余热为126 MW，将一级循环水加热至54℃，再经热泵(原4台 70 MW热泵+新增4台46 MW)加热至83.7℃，热泵热负荷为372 MW，再进入加热器，利用3#和4#机抽汽热负荷266 MW将循环水加热至95℃向外供热。

3#、4#机热泵增容改造，机组供热能力为764 MW，改造后增加供热能力166 MW。改造后的热网水系统(参数)见图3。

图3 方案二系统图

4 设计方案技术经济比较

包二热电厂供热改造前，设计单位根据现场热泵和发电机组的实际情况，确定设计改造方案的主要原则：改造工程量要小，尽量利用原有设备管道系统，最大化回收乏汽余热，降低工程投资费用，在技术和经济上合理，投产后供热可靠、成本低。经过多方案论证，最后选择方案一和方案二进行计算比较见表2，以此确定改造技术方案。

4.1 经济指标计算比较

表2 方案一和方案二主要技术经济指标

续表2

续表2

由表中计算可知，方案一(低真空+热泵供热)相对于方案二(热泵),供热能力高11 MW、多供热面积19.6×104m2、多发电量3900×104kWh和多节约标煤2.528×104t。方案一优于方案二。具体如下：

(1) 19.6×104m2，热价按3.5元/ m2·月、采暖期6个月，年供热增加收入411.6万元；

(2) 3900×104kWh，电价按0.3004元/kWh，年发电增加收入1171.56万元；

(3) 2.528×104t，标煤价格为265元/t，年节约标煤增加收入669.92万元；

(4)方案一比方案二投资费用节省约3800万元，但系统用电费用相对较高。

4.2 全寿命周期费用计算

全寿命周期费用计算公式：

式中：P为折现值(为n年∑值)；S为某年投资

费用或年运行收入Q和年成本费用A的差

值；i为折现率，取7%；n为生产期，取

n=15年；F为固定资产余值，取5%；

从表2得知：

方案一：

S1=5895+6763=12658万元

A1=13046万元

Q1=11414.64+7560=18975万元，方案一现金流量图见图4。

图4 方案一现金流量图

P1－S1=54239.19－12658 =41581.19万元

方案二：

S2=9713+6763=16476万元

A2=12476万元

Q2=11413.6+7148.4=18562万元，方案二现金流量图见图5。

图5 方案二现金流量图

P2－S2=55737.58－16476=39261.58万元

因为全寿命周期费用计算，方案一净收益折现值累计和大于方案二净收益折现值累计和，所以方案一优于方案二。方案一收入中还未考虑节煤费用等。

经技术经济比较后，可以看出方案一使乏汽回收利用最大化、供热面积最大化，运营成本费用低，经济效益好，所以选用方案一进行改造。

2014年包二热电厂按方案一进行实施挖潜改造后当年供热，通过一个采暖期的运营，供热负荷增加330 MW、供热面积603×104m2，各项经济指标均达到设计要求。在供热期间发电和供电平均标煤耗，分别降低约121 kg/ MWh和120 kg/ MWh。电厂经济效益大大提高。

5 节能减排社会效益分析

本供热项目二次改造后，设计供热负荷775 MW，年供热量为771.4×104GJ，其中乏汽供热量为580.4×104GJ、蒸汽供热量为191×104GJ。乏汽供热量占总供热量的75.24%，乏汽供热面积约1041×104m2。

改造后比改造前实际供热负荷增加330 MW，供热面积增加603.9×104m2，年实际增加收入12681.9万元。比改造前设计供热负荷增加177 MW，供热面积增加316.1×104m2，年增加收入6638.1万元。

2×300 MW机组乏汽供热量约580.4×104GJ,按照机组的效率(供热标煤耗37.45 kg/GJ)，扣除机组背压提高多耗标煤0.79×104t，相当于年节约标煤20.898×104t，相应减少SO2排放量6269 t、减少CO2排放量53.08×104t、减少NOx排放量2972 t、减少烟尘排放量497 t、减少排灰渣13.75×104t。

项目二次改造实施后，节能减排和社会效益比较显著。

6 结语

经过多种计算比较得出，方案一空冷机组低真空+热泵+热网加热器组合技术方案合理经济，回收乏汽余热最大化，供热能力最大化。回收余热改造工程应注意以下几点：

(1)在改造常规供热方式时，一定要结合当地城市供热规划，可以按一次规划分期建设考虑，应避免造成较大拆除工程量和二次改造投资浪费，以提高改造技术方案的合理性和经济性。

(2)供热面积和供热量，是考虑供热改造技术方案的主要因素。

(3)机组容量和排汽冷却方式，也是确定供热改造技术方案的重要因素。

(4)热电厂(或火电厂)回收乏汽余热供热项目投运后，应及时办理节能申请报告，享受政府一次性节能减排补贴、供热增值税减半即交即退和热泵(节能)设备增值税退税抵扣改造投资费用的优惠政策。

[1] 孟繁晋．抽凝机组低真空循环水供热技术热力学分析[J]．暖通空调，2012，42(9)．

[2] 王强．基于吸收式换热的电厂余热利用技术探讨[J]．中国高新技术企业．2014，289(10)．

[3] 苪光雨，王彤．項目決策分析与评价[M]．北京：中国计划出版社，2003．

Reforming Plan of Retrieving Useless Vapour Afterheat in Thermal Power Plant

LU Bin, WANG Yuan-qing, WANG Qiang
(China Energy Engineering Group Shanxi Electric Power Engineering Co. Ltd., Taiyuan 030001, China)

The present situation of heat supply and transformation necessity of Baotou second thermal power plant is introduced, and coMParison and selection of transformation schemes are discussed. For the principle of maximizing recycling the residual heat of exhausted steam, the technical scheme of high back pressure and heat pump application in combination is determined through technology and economic analysis. The scheme can supply the heat that the urban areas demand in maximum, which achieves good economic returns and social benefits, meanwhile, makes great contribution to energy conservation and improving the quality of urban environment.

heat supply transformation; schemes selection; social benefits.

TM621

B

1671-9913(2015)05-0033-06

2015-05-20

陆斌(1958- )，男，山西临猗人，高级经济师，从事火电厂及节能改造设计工作。