熱電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能改造及效益評價

趙永臣　馬天馳　李曉光　姜信杰　劉明超

摘 要：目前，我國許多城市普遍存在集中供熱熱源不能滿足迅速增加的供熱需求的情況，并且新建的大型熱源投資費用高、建設(shè)周期長，并受城市環(huán)境容量的嚴(yán)重制約。熱電聯(lián)產(chǎn)作為一種被公認(rèn)的成熟節(jié)能技術(shù)，被采用于熱電廠生產(chǎn)之中。采用熱電聯(lián)合生產(chǎn)工藝，將有效減少轉(zhuǎn)換過程中的冷源損失，較好實現(xiàn)能源梯級利用，從而達到節(jié)能目的；同時保證了發(fā)電、供熱標(biāo)煤耗率低于同等條件下的熱、電分別生產(chǎn)的標(biāo)煤耗率，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟性、節(jié)能性、環(huán)保性的優(yōu)點。該文選取了一典型的熱電廠節(jié)能改造項目進行研究，分析改造之后的節(jié)能效益。

關(guān)鍵詞：熱電廠 節(jié)能改造 經(jīng)濟性 效益

中圖分類號：TM6 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）11（a）-0098-03

Abstract：At present， many cities in our country ware generally concentrated in the situation that the heat source of central heating was not satisfied with the rapid increase of the heating demand，and the high investment cost and the long construction period ware needed in the new large heat source，and the urban environmental capacity was severely restricted. the heat and power was widely used in the production of heat and power plant as a kind of mature energy saving technology. Using the combined production process of heat and power， will effectively reduce cold source loss in the process of transformation and better realize energy cascade utilization， so as to achieve the purpose of energy saving； while ensuring the coal consumption rate of electricity production and heating was lower than the standard coal consumption rate to the same condition of heat and electricity production. the advantages of the economic， energy saving and environmental protection ware fully reflected. In this paper， a typical thermal power plants energy saving reconstruction project was studied，and the energy saving benefit of the reformation was analyzed.

Key Words：Thermoelectric power plant；Energy saving；Economy；Benefit

熱電廠做為一次能源的消耗大戶，需要的能源量也逐漸增多[1]，同時隨著煤炭價格的上漲，國內(nèi)部分熱電廠出現(xiàn)了嚴(yán)重虧損。因此，降低能源消耗，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，必須進行節(jié)能技術(shù)改造。文章結(jié)合中電投阜新發(fā)電有限責(zé)任公司1號機組低真空循環(huán)水供熱改造工程，即對1號200MW機組進行低真空改造[2]，通過降低凝汽器真空度提高排汽溫度用于加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，充分利用排汽的汽化潛熱，將冷源損失降低為零，實現(xiàn)對凝氣機組排汽的余熱回收利用[3]，可增加01號機組供熱能力209MW，工程直接投資約2 281.52萬元。

此次改造主要范圍包括凝汽器低真空改造加熱系統(tǒng)[4]、市政網(wǎng)（200MW機組）熱網(wǎng)首站系統(tǒng)、1號機組輔機循環(huán)冷卻水系統(tǒng)及外部管網(wǎng)（含回水母管及與現(xiàn)狀管網(wǎng)并網(wǎng)）等配套設(shè)計。

該工程將為供熱區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有負(fù)荷及新增項目進行集中供熱，該設(shè)計遵循國家有關(guān)政策和法規(guī)，堅持社會效益和經(jīng)濟效益并舉的方針，結(jié)合實際、合理布局，保證熱源建設(shè)與城市總體規(guī)劃相適應(yīng)，滿足城市熱負(fù)荷發(fā)展需求。

1 改造的施工技術(shù)方案及工藝要求

此工程供熱系統(tǒng)中供熱負(fù)荷是主要的熱負(fù)荷，而供熱熱負(fù)荷常隨室外溫度的變化而發(fā)生變化，供熱調(diào)節(jié)的目的，在于使熱源的供熱與用戶的熱負(fù)荷相一致，防止用戶出現(xiàn)室溫過高或過低的現(xiàn)象。此工程采暖系統(tǒng)調(diào)節(jié)在熱網(wǎng)首站和換熱站位置進行。在熱水管網(wǎng)實際運行時，將根據(jù)外部管網(wǎng)與熱用戶的連接方式及室外氣象參數(shù)的變化，采取下列方式進行調(diào)節(jié)：（1）質(zhì)調(diào)節(jié)：改變供熱管網(wǎng)的供水溫度，熱網(wǎng)循環(huán)水流量不變；（2）量調(diào)節(jié)：改變熱網(wǎng)循環(huán)水流量以滿足供熱要求，供水溫度恒定；（3）分階段改變流量的質(zhì)調(diào)節(jié)：質(zhì)—量調(diào)節(jié)。

此方案熱力網(wǎng)運行推薦采用質(zhì)—量調(diào)節(jié)[5]，具體工程方案如下：市網(wǎng)回水與鴻源網(wǎng)回水于廠內(nèi)北墻處合并為DN1400回水母管（回水溫度約50℃，壓力0.15 MPa），與現(xiàn)市網(wǎng)DN1000供熱管道共架敷設(shè)至1號機組汽機間，通過5 m平臺設(shè)置電動臥式角通除污器一臺對回水進行除污后進入凝汽器加熱至70℃，凝汽器出水于-4.000 m層分為兩路DN1000的支管分別進入1號機與2號機的熱網(wǎng)循環(huán)泵加壓至0.7 MPa后分別進入市政網(wǎng)加熱器（200MW機組）及鴻源網(wǎng)加熱器（350MW）加熱后對用戶進行供熱，同時為保證供熱的安全可靠性，通過設(shè)置旁通及聯(lián)通閥門可恢復(fù)為原供熱循環(huán)水系統(tǒng)。

低真空循環(huán)水加熱系統(tǒng)及市網(wǎng)（200MW機組）熱網(wǎng)首站改造主要涉及工藝、電氣儀表、土建等專業(yè)設(shè)計。

工藝專業(yè)主要設(shè)計內(nèi)容：

（1）凝汽器低真空加熱系統(tǒng)：凝汽器供回水管道及除污器、安全閥放散排水。

（2）市政網(wǎng)（200MW）熱網(wǎng)首站：熱網(wǎng)循環(huán)泵進出水管路及加熱器水側(cè)管路。

（3）鴻源網(wǎng)供水母管：兩個熱網(wǎng)循環(huán)泵出水聯(lián)箱各引一根DN800支線并入現(xiàn)市網(wǎng)DN1000回水母管作為凝汽器加熱系統(tǒng)至鴻源網(wǎng)（350MW）熱網(wǎng)首站的供水。

（4）冷卻水系統(tǒng)：為保證1號機輔機的正常運行，由2號機循環(huán)冷卻水供水母管引出跟DN600的冷卻水供水管道，接入輔機供水母管；為保證1號機作為2號機夏季備用機組，改造后凝汽器供回水母管分別與循環(huán)冷卻水母管相連，并設(shè)切斷閥。

（5）汽動泵系統(tǒng)：改造后由于循環(huán)水流量由4 500 m?/h

增加到12 000 m?/h，現(xiàn)廠用電容量已不滿足新增需求，同時為進一步降低廠用電量，提高能源利用效率，選用2臺汽動熱網(wǎng)循環(huán)泵，汽機進汽為兩路汽源，排汽分別進入1號、2號機加熱器。

2 設(shè)備選型

（1）熱網(wǎng)循環(huán)泵：供熱系統(tǒng)總循環(huán)水量為12 000 m?/h，1號機與2號機熱網(wǎng)首站各負(fù)擔(dān)循環(huán)水流量為6 000 m?/h，每個首站選用熱網(wǎng)循環(huán)泵3臺，循環(huán)泵運行參數(shù)為：

流量：Q=1 826/3 043/3 652 m?/h

揚程：H=78/70/61 m

其中，電動熱網(wǎng)循環(huán)泵2臺，電機功率800kW，運行方式為1用1備；三站一體式汽動熱網(wǎng)循環(huán)泵機組1臺套，汽輪機參數(shù)為：

背壓式汽輪機功率：N=800 kW

汽耗量：Q=17～18 t/h

進汽壓力：P1=0.6～0.7 MPa

排汽壓力：P2=0.2 MPa

進汽溫度：t1=400℃

排汽溫度：t2=300℃

綜上，1號機與2號機首站共設(shè)熱網(wǎng)循環(huán)泵6臺，其中電動泵4臺、汽動泵2臺，運行方式為4用2備，2臺電動泵作為備用。

（2）熱網(wǎng)加熱器：為舊有系統(tǒng)，設(shè)備利舊接入改造后系統(tǒng)。

（3）電動除污器：除污器選用電動臥式角通除污器，內(nèi)部濾網(wǎng)帶有電刷清洗，進出口直徑DN1400，設(shè)計壓力PN1.0MPa，設(shè)計流量Q=12 000 m3/h。

（4）管道管徑及壁厚：

管道管徑均經(jīng)過計算，由經(jīng)濟流速確定；管道壁厚均經(jīng)過強度校核確定，可滿足設(shè)計工況下安全運行。

（5）管道保溫：為保障系統(tǒng)管道運行安全，提高管道使用壽命，管道采用預(yù)制保溫管。

①對于架空敷設(shè)熱水管道（溫度t<300℃）：保溫層材料采用超細(xì)玻璃棉管殼，保溫厚度經(jīng)計算選用經(jīng)濟保溫厚度，保護層材料選用鍍鋅鐵皮（δ=0.5 mm）。

②對于架空敷設(shè)蒸汽管道（溫度300℃

③對于直埋熱水管道（溫度t<120℃）：采用聚氨酯預(yù)制保溫管，保溫層材料采用耐高溫聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料（耐溫120℃）保溫材料的預(yù)制保溫管，外保護采用高密度聚乙烯外套。

（6）外部管網(wǎng)：外部管網(wǎng)設(shè)計主要內(nèi)容為新敷設(shè)一根DN1400回水母管以及廠區(qū)熱網(wǎng)與現(xiàn)市網(wǎng)與鴻源網(wǎng)并網(wǎng)等。

①管材選擇：管材選用聚氨酯復(fù)合保溫管，工作鋼管采用電弧焊或高頻焊焊接鋼管。根據(jù)本期工程熱媒設(shè)計參數(shù)及管道規(guī)格，推薦采用雙面螺旋高頻焊焊接鋼管，管道材質(zhì)采用Q235-B，管材工作壓力為1.60 MPa，適用溫度為≤300℃。

②管道閥門選擇：本工程閥門采用三偏心雙向金屬硬密封蝶閥，閥門的工作壓力等級按1.6MPa選取。

③管網(wǎng)敷設(shè)形式與補償方式：廠區(qū)內(nèi)部管網(wǎng)采用沿現(xiàn)有支架架空敷設(shè)，廠區(qū)外部管網(wǎng)采用直埋敷設(shè)，采用波紋補償器進行補償。

④管道管徑及壁厚：管道管徑均經(jīng)過計算，由經(jīng)濟流速確定；管道壁厚均經(jīng)過強度校核確定，可滿足設(shè)計工況下安全運行。

3 改造后的效果及經(jīng)濟性分析

供熱期在全廠發(fā)電量以及供熱量不變的情況下，1號200MW機組進行低真空供熱改造后，與改造前采用常規(guī)供熱方式時的機組最大供熱能力相比，1號機組年節(jié)能量100 846t標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.1 余熱利用分析

改造后可提高供熱能力209 MW，采暖期全年運行小時數(shù)3 816 h，則可回收利用熱量Q=209 MW×3 816 h=797 544 MW·h=2.87×109MJ，根據(jù)《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2008）中規(guī)定熱力與標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)0.03 412 kgce/1MJ計算改造可利用余熱折算標(biāo)準(zhǔn)煤2.87×109×0.034 12=97 964 t。

3.2 節(jié)水分析

改造前，每座冷卻塔風(fēng)吹損失為25 t/h，蒸發(fā)損失為265 t/h、排污損失為44 t/h，總損失為334 t/h。改造后，電廠冬季停用一座冷卻塔，其損失降為零，采暖期按1 440+2 160=3600 h，則每年節(jié)水334 t/h×3 600 h= 1 202 400 t。每噸循環(huán)水的能量折標(biāo)值按0.14 kg/t（標(biāo)煤）計算，則全年節(jié)標(biāo)煤量為：1 202 400 t×0.14 kg/t=168 336 kg=168 t。

3.3 節(jié)電分析

（1）冷卻水循環(huán)泵節(jié)電分析：改造前，冬季運行兩臺冷卻塔循環(huán)水泵，電功率約為1 600 kW。采暖期按159天折合3 816 h計算，則每臺泵年耗電；1 600 kW×3 816 h=6 105.6 MkW·h

改造后，冬季停運一臺冷卻塔循環(huán)水泵，則每年節(jié)約廠用電610.56 萬kW·h。據(jù)《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2008）中規(guī)定電力與標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)0.1 229 kgce/kW·h計算，則全年節(jié)標(biāo)煤量為：610.56×104 kW·h×0.4 040 kgce/kW·h=2 467 t。

（2）汽動泵代替電動泵節(jié)電分析：汽動泵代替電動泵總?cè)萘繛?00 kW×2=1 200 kW，全年運行小時數(shù)3 816 h，則改造后可節(jié)電457.92萬 kW·h，折合標(biāo)準(zhǔn)煤1 134 t；每臺汽動泵耗氣量為17 t/h，參數(shù)P1=0.6 MPa、t1=400 ℃、H=3 269 kJ/kg，排汽參數(shù)P2=0.2 MPa、t2=300 ℃、H=3 069.6 kJ/kg，背壓機進出口△H=3 269-3 069=200 kJ/kg，計算汽機拖動做功消耗熱量Q=17×103×200×3 816=1.3×107 MJ，根據(jù)《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2008）中規(guī)定熱力與標(biāo)準(zhǔn)煤換算系數(shù)0.03 412 kgce/1MJ計算折算標(biāo)準(zhǔn)煤1.3×107×0.03 412=443.5 t。

綜上，利用汽動泵全年節(jié)約標(biāo)煤量=1 134-443.5×2=

247 t。

（3）總節(jié)能量：此項目合計年節(jié)能量標(biāo)換算標(biāo)準(zhǔn)煤=97 964+168+2 467+247=100 846 t，節(jié)能效果顯著。此工程為改造項目，利用原廠房消防系統(tǒng)可滿足改造后需求。

4 結(jié)語

熱電廠中熱力設(shè)備和熱力系統(tǒng)的節(jié)能改造是節(jié)能工作的重點，從文中各項措施可以說明，從熱力設(shè)備和熱力系統(tǒng)角度入手，節(jié)能改造易實現(xiàn)、見效快，且節(jié)能潛力巨大。伴隨著傳統(tǒng)能源的枯竭，熱電廠作為消耗能源的最大行業(yè)之一，必須對熱電廠主要設(shè)備進行節(jié)能技術(shù)改造。通過這些技術(shù)改造能夠有效提高熱電廠的熱經(jīng)濟性及效益。

參考文獻

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