某垃圾電廠供熱改造項目研究

何耘夫 盧科

摘 要：隨著垃圾焚燒發(fā)電廠的發(fā)展，對垃圾發(fā)電廠進(jìn)行供熱改造的需求越來越大，而項目前期的技術(shù)及經(jīng)濟分析對項目的順利推進(jìn)起著至關(guān)重要的作用。基于此，從技術(shù)和經(jīng)濟方面，詳細(xì)分析了某垃圾發(fā)電廠供熱改造項目的可行性和經(jīng)濟性，能為同類項目改造提供參考。

關(guān)鍵詞：垃圾發(fā)電廠;供熱改造;汽價測算

0 引言

目前垃圾發(fā)電行業(yè)受到環(huán)保政策要求和城市擴建等方面的壓力越來越大，大量垃圾發(fā)電廠為了不被搬遷和拆除，在不斷降低污染排放的前提下，還要承擔(dān)一定的市政功能。其中，垃圾發(fā)電廠通過供熱改造，對周邊企業(yè)或居民用戶進(jìn)行供熱，以提高垃圾發(fā)電廠的功能定位。本文以某垃圾電廠的供熱改造項目為例，具體探討和分析了改造過程中需要考量的技術(shù)成本和經(jīng)濟效益，確保垃圾發(fā)電項目可行。

1 項目技術(shù)背景

某垃圾發(fā)電廠位于湖北省某地級市工業(yè)園區(qū)，隨著當(dāng)?shù)卣猩桃Y及地區(qū)功能的發(fā)展，園區(qū)內(nèi)工業(yè)企業(yè)對蒸汽的需求不斷提高。隨著《大氣污染防治行動計劃》《打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》等政策規(guī)定的出臺，近幾年當(dāng)?shù)卣e極響應(yīng)相關(guān)政策，通過關(guān)停小鍋爐，禁止新建燃煤電廠及鍋爐，有效提高了環(huán)境質(zhì)量，但同時面臨了新的問題，當(dāng)?shù)仄髽I(yè)只能通過自備天燃?xì)忮仩t進(jìn)行供汽，導(dǎo)致用汽成本提高，造成部分企業(yè)外流，招商引資難度加大。因此，為了降低企業(yè)的用能成本，提高工業(yè)園區(qū)競爭力，當(dāng)?shù)卣畬υ摾姀S提出了進(jìn)行供熱改造的要求，以確保滿足工業(yè)園區(qū)內(nèi)企業(yè)的蒸汽需求。

垃圾電廠現(xiàn)有400 t/d的焚燒爐3臺，配備12 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組1臺，15 MW凝汽式汽輪發(fā)電機組1臺，15 t/h除鹽水制備系統(tǒng)1套，處理生活垃圾量約45萬t/a，機組年運行小時數(shù)在8 000 h以上，最大發(fā)電量達(dá)1.5億kWh/a。

根據(jù)用戶調(diào)研及負(fù)荷測算，工業(yè)園區(qū)平均用汽量約為40 t/h，年用汽量32萬t/a。通過對用戶分布進(jìn)行分析，測算供汽壓力1.3 MPa，供汽溫度260 ℃。

2 項目改造技術(shù)方案

為了滿足供汽需要，計劃對其中的12 MW純凝汽輪發(fā)電機進(jìn)行改造。主要改造方案如下：將N12-6.0型凝汽式汽輪機改造為B3.8-6.0/1.3型背壓汽輪機;新增加1臺額定流量20 t/h的減溫減壓裝置;新增1套40 t/h的除鹽水系統(tǒng);配套建設(shè)供熱管道、安全、消防等設(shè)施。

2.1? ? 供熱機組改造熱平衡計算

改造前機組熱平衡如圖1所示。

原機組參數(shù)：汽機進(jìn)氣量51 t/h，汽耗4.229 kg/kWh，額定發(fā)電功率12.06 MW。

原有的N12-6.0型凝汽式汽輪機組共14級，包括1級調(diào)節(jié)級和13級壓力級，改造過程保留調(diào)節(jié)級和第1～4級動葉輪葉片，拆除第5～13級壓力級，新增電動隔離門、排汽安全閥和啟動排汽閥及供熱母管，將凝汽式汽輪機改造為B3.8-6.0/1.3型背壓汽輪機。改造后測算熱平衡如圖2所示。

改造后機組參數(shù)：汽機進(jìn)氣量51 t/h，汽耗13.462 kg/kWh，額定發(fā)電功率3.788 MW，對外供汽量40.6 t/h。

2.2? ? 除鹽水系統(tǒng)改造

發(fā)電機組經(jīng)供熱改造后，由于供熱蒸汽不回收，無法循環(huán)使用，原15 t/h除鹽水制備系統(tǒng)不能滿足供熱要求，需要新增1套40 t/h除鹽水制備系統(tǒng)。原水為城市工業(yè)給水，水質(zhì)電阻≥15 MΩ·cm，系統(tǒng)工藝采用兩級反滲透+EDI形式。

2.3? ? 減溫減壓系統(tǒng)

考慮用戶負(fù)荷的波動性，用汽峰值會短時間突破平均值40 t/h，測算峰值用汽量約為57 t/h。如果機組供汽量僅保證平均用汽需求，則無法有效滿足用戶的生產(chǎn)需要，但若按照峰值用汽進(jìn)行機組改造又會造成投資和運行成本的增加。因此，設(shè)置一套20 t/h的臨時減溫減壓系統(tǒng)，通過對另一臺機組的主蒸汽減溫減壓，實現(xiàn)機組負(fù)荷的調(diào)峰運行。

2.4? ? 供熱方式

改造后的機組通過背壓排汽及減溫，直接供出參數(shù)為1.3 MPa、260 ℃的蒸汽，供汽能力為40.6 t/h，可以完全滿足平均負(fù)荷下的用汽需求，當(dāng)用汽量突破40.6 t/h時，將另一臺機組的部分主蒸汽通過旁路引入減溫減壓系統(tǒng)，對高溫蒸汽噴水減溫降壓，進(jìn)行補充供熱，可達(dá)到20 t/h的供汽能力。整套系統(tǒng)最大可實現(xiàn)供熱能力60 t/h，既滿足了用戶需求，又節(jié)省了投資，同時提高了供汽的靈活性。

綜上所述，通過以上技術(shù)方案改造，垃圾電廠完全可以滿足工業(yè)園區(qū)的用汽需求。

3 經(jīng)濟性分析

供熱改造不僅要在技術(shù)上可行，同時需要保證經(jīng)濟上的合理性，對此我們通過測算蒸汽出廠售價來分析項目的可行性。在改造項目中，主要的蒸汽價格影響因素包括：發(fā)電損失、制水成本、項目投資、人員增加成本、維護(hù)成本等，下面逐條進(jìn)行分析歸納。

3.1? ? 發(fā)電成本

由于供熱改造降低了發(fā)電量，直接影響電廠的收益，因此需要考慮該部分的損失。機組改造后發(fā)電量由12.06 MW降低到3.788 MW，發(fā)電減少量8.272 MW，機組供汽能力40.6 t/h。按照現(xiàn)在垃圾電廠上網(wǎng)統(tǒng)一電價0.65元/kWh計算，發(fā)電損失均攤到每噸蒸汽的成本為：8.272×1 000×0.65/40.6≈132.43元/t。

3.2? ? 制水成本

本項目的凝結(jié)水不回收，因此外供蒸汽的水損失需要通過除鹽水系統(tǒng)不斷補充。而影響除鹽水成本的因素較多，包括原水供水方式、處理工藝、排放方式等。本項目按環(huán)保要求，需要將制取除鹽水產(chǎn)生的濃水和垃圾滲濾液摻混，通過工藝處理后才能排放，造成除鹽水的成本提高。通過綜合評估，將除鹽水制取成本定為20元/t。

3.3? ? 項目投資、維護(hù)及人員費用分?jǐn)?/p>

估算本項目改造總投資1 900萬元，按17年折舊考慮（根據(jù)《小型火力發(fā)電廠設(shè)計規(guī)范》（GB 50049—2011）規(guī)定，火電廠設(shè)計壽命30年，由于本項目特許經(jīng)營權(quán)剩余17年，故按17年按考慮折舊），不留殘值，測算年折舊費用：1 900/17≈111.76萬元/年。由于本項目年供汽量32萬t/h，因此固定投資均攤到每噸汽的成本為：111.76/32≈3.49元/t。改造部分維護(hù)費按總投資的5%取值，測算設(shè)備維護(hù)分?jǐn)偝杀荆? 900×0.05/32≈2.97元/t。人員按增加化水及機務(wù)專業(yè)運行人員共4人考慮，按成本20萬元/人考慮：20×4/32=2.5元/t。因此，項目投資、維護(hù)及人員等分?jǐn)傉羝杀緸椋?.49+2.97+2.5=8.96元/t。

3.4? ? 項目節(jié)省成本

除去增加的成本外，由于工藝系統(tǒng)變化，也為系統(tǒng)節(jié)省了部分運行費用，主要是改造成背壓機后，汽輪發(fā)電機系統(tǒng)取消了凝汽器，從而減少了循環(huán)冷卻水的用量，節(jié)省了循環(huán)水系統(tǒng)的電耗，同時由于冷卻水量的減少，降低了冷卻塔的蒸發(fā)損失量。

（1）根據(jù)熱平衡圖數(shù)據(jù)，改造后減少循環(huán)水量3 000 t/h，按照循環(huán)水泵揚程23 m，軸功率75%計算，可降低循環(huán)水泵泵耗：3 000×0.981×23/0.75/3.6=250 kW，均攤到每噸蒸汽上可節(jié)省成本：250×0.65/40=4.06元/t。（2）按照冷卻塔蒸發(fā)系數(shù)0.015考慮，可減少蒸發(fā)損失45 t/h，按自來水價格3.7元/t考慮（本項目原水系統(tǒng)來自市政水），均攤到每噸蒸汽上可節(jié)省成本：3.7×45/40=4.16元/t。改造后節(jié)省的蒸汽均攤成本總共約為：4.06+4.16=8.22元/t。

3.5? ? 供汽成本測算

根據(jù)上述測算，可以得出改造后每噸蒸汽的成本，在考慮一定的投資收益率后可以計算出一個較為合理的蒸汽售價，計算方法如表1所示。

因此，當(dāng)出廠汽價為159.11元/t時，該項目改造在經(jīng)濟性上是可行的，目前工業(yè)園區(qū)各用戶主要采用燃?xì)忮仩t自供汽，用汽成本在280元/t以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本項目的出廠汽價，且絕大部分用戶分布在垃圾電廠5 km范圍內(nèi)，即便考慮管網(wǎng)投資，依然有著很大的價格空間。因此，本項目不管是對于園區(qū)用戶降低用汽成本，還是對于提高電廠本身的經(jīng)濟效益都有很好的促進(jìn)作用。

4 需要注意的問題

本工程改造針對的是周邊用戶穩(wěn)定運行時期的分析測算。若同類項目前幾年用戶的用汽量增長緩慢，用汽負(fù)荷無法達(dá)到改造預(yù)期的供汽規(guī)模，需要單獨考慮該因素。因為用戶的用汽穩(wěn)定性和用汽量對測算結(jié)果影響非常大，因此對用戶用汽負(fù)荷進(jìn)行實地調(diào)研顯得尤為重要。除此之外，因外部經(jīng)濟或市場原因可能導(dǎo)致的各用汽企業(yè)減產(chǎn)等因素也應(yīng)綜合考慮，以降低風(fēng)險。

5 結(jié)語

通過合理的技術(shù)分析和改造方案，可以幫助垃圾電廠完成項目轉(zhuǎn)型，從原來的垃圾焚燒發(fā)電項目，變?yōu)槔幚?、電力供?yīng)、熱力供應(yīng)一體的綜合類項目，大大提升了項目的區(qū)域功能定位，緩解了工業(yè)用戶用汽成本高的問題，為解決因城市擴建導(dǎo)致郊區(qū)垃圾電廠面臨被迫搬遷的困境，提供了一個很好的解決方案，同時還提高了垃圾電廠的經(jīng)濟效益。

本文分別從技術(shù)和經(jīng)濟方面分析了垃圾電廠供熱改造項目，提出了改造方案和經(jīng)濟測算的思路。針對不同的項目，由于外部因素不同，需要根據(jù)具體項目的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，但測算的思路和方法類同，可以借鑒參考。相關(guān)內(nèi)容對垃圾電廠供熱改造項目的前期策劃和測算成本有著較好的指導(dǎo)和幫助作用。

收稿日期：2019-12-20

作者簡介：何耘夫（1985—），男，湖北武漢人，工程師，研究方向：熱能動力、城市熱力。