600MW超临界纯凝机组改供热的技术经济性分析

何晓红， 高新勇， 陈 菁， 孙士恩

（华电电力科学研究院，浙江 杭州 310030）

0 前言

随着社会经济的快速发展，我国区域性工业热负荷需求不断增加，以往分散型供热锅炉由于其效率低、环保性差等缺陷，已经不能适应社会可持续发展的需求，而热电联产集中供热则是实现节约能源、减少排放、解决工业用热的有效途径[1]。目前，已经有一些学者[2]对工业供热优化改造进行了节能分析，总体来说，机组进行供热改造可以取得显著的节能效益。

目前，已有学者[3-4]从抽汽方式、机组初压等角度分析了机组进行工业供热的安全性和经济性。特别是，孙士恩等人[5]利用模型分析了不同供热方式的经济性，发现了临界抽汽量点，在临界点以上，中排抽汽效益更好。而针对大容量机组供热，李代智等人[6]进行了600MW机组抽汽供热的经济性分析，得出合理选择抽汽供热方式，可使电厂经济效益最优。

以下则是在上述研究的基础上，从用户侧实际需求和机组变工况的角度，进行600MW纯凝机组改造为工业供热的技术经济性分析。

1 设计基本参数

1.1 用户基本参数需求

通过对电厂供热负荷进行调研，明确了新热用户为A制药公司。根据公司生产工艺的需求，确定了公司所需蒸汽参数为：P≤1.2MPa，T≮185℃。

由于185℃饱和蒸汽对应的是1.12MPa，1.2MPa饱和蒸汽对应的是188℃。由此，确定热用户端需求蒸汽为：1.2MPa、188℃的饱和蒸汽。

根据热用户信息，A制药公司最大用汽量为83.75t/h，并结合热用户的供汽协议要求为平均用汽量50t/h，由此选定85t/h为热电厂外供的最大蒸汽流量。

由于A制药公司的生产方式为间段性用汽，蒸汽凝结水在收集时密闭性较差，造成含氧量较高，且部分蒸汽与相应介质接触产生污染。因此，确定蒸汽凝结水由热用户自行回收利用。

1.2 厂内基本参数选择

（1）厂内管道路由选择

结合厂内的实地勘察，确定了厂内管道路由主要有两种方案可以选择：管道路由全部架空铺设的路径，相比于66%管道路由埋地结合34%管道路由架空的铺设路径，投资增加了一倍，从而导致投资较大。因此，选择后者的管道路由，在生活区采用管沟地埋的形式进行铺设，同时综合考虑厂内未来的规划进行管道路由设计。

（2）厂内蒸汽参数选择

结合管道路由方案，厂内主蒸汽管道全长0.6km，管径选取Φ377×9。该设计是以满足用户的需求为基础，因此在进行厂内蒸汽参数选择时，必须保证终端达到用户所需的参数。

当终端蒸汽压力不变时，以蒸汽流量为变量进行管道压降和温降的分析，结果见表1。

由表1得出，当蒸汽流量为最大值时，管段始端蒸汽压力为1.35MPa时可以满足末端热用户需求；当蒸汽流量为平均值时，管道始端蒸汽压力为1.25MPa时可以满足末端热用户需求。当蒸汽温度为205℃时，管段末端蒸汽温度高于热用户所需，并带有10℃过热度。由此确定：供汽参数不小于1.35MPa、205℃时，才能满足末端热用户的用汽需求。

2 供热技术经济性比选

2.1 机组抽汽端口分析

机组抽汽参数是随着机组运行工况的变化而变化，为保证在机组变工况运行时，机组抽汽端口始终可以提供满足热用户所需的蒸汽参数，需对机组运行工况进行分析。结合机组运行现状可知，当前机组负荷率普遍不高，一半时间的机组负荷维持在50%左右，且当天机组负荷波动较大，基本在50%负荷至100%负荷之间波动。

表1 不同工况下的管段压降与温降分析Tab.1 The analysis of pipe pressure drop and temperature drop under different working conditions

目前针对本机组，可抽汽源有再热冷段、再热热段、三段抽汽、四段抽汽四种汽源。因此，确定抽汽端口时，需考虑在50%负荷至100%负荷之间机组各段抽汽参数的情况，具体分析见表2。

由表2得出了不同抽汽端口在不同运行工况下的蒸汽参数，针对各抽汽端口是否可以提供满足热用户所需的蒸汽参数，进行了简要分析，结果见表3。

由表3可知，可以在机组不同运行工况下都能满足供热需求的抽汽端口为再热冷段抽汽和再热热段抽汽。而考虑设备投资时，由于再热热段抽汽温度过高，管段需选用耐高温合金钢，成本远高于再热冷段抽汽管段所选用的普通耐热钢。因此，再热冷段抽汽端口的适用性更佳。

表2 不同工况下各抽汽端口的蒸汽参数Tab.2 The steam parameters for steam extraction ports under different operating conditions

表3 不同工况下的抽汽端口选择分析Tab.3 The selection of steam extraction ports under different operating conditions

2.2 工业供热技术比选

根据上述分析，可直接用于工业抽汽的汽源压力和温度都过高，供热前需进行减温减压。目前，用于工业供热减温减压的设备主要有减温减压器、压力匹配器和小汽轮机三种。在确定具体工业抽汽端口之前，还需结合所采用的工业供热技术进行分析。下面对三种减温减压技术的特点进行了对比分析，见表4。

根据表4分析，小汽机和压力匹配器不适用于机组负荷波动大的工况，另外，本次供热改造的热负荷需求较小，亦不适用于小汽机。因此，针对本次改造，投资少、较经济的技术为减温减压器。

2.3 技术经济性分析

根据上述分析，确定该次改造选择再热冷段抽汽与减温加压器结合的技术方案。取平均用汽量为50t/h，以机组负荷变工况50%、75%、100%为变量，进行节能分析，结果见表5。

表4 不同工业供热技术方案对比Tab.4 The comparison of different industrial heating technology

表5 利用减温减压器的工业供热技术节能分析Tab.5 Energy saving analysis of industrial heating technology using temperature reducing and pressure reducing device

由表5得出，经过利用减温减压器的工业供热技术改造后，在50%THA工况下，可使得机组年煤耗降低1.86g/kWh，节能效益显著。

表6 热电厂工业供热收益分析Tab.6 The benefit analysis of industrial heating in thermal power plant

根据热用户的用汽信息需求档案，通过给A制药公司进行供热，热电厂可获得的经济收益见表6。

根据分析，技术改造方案总投资成本只需785万元，而在改造后，第一年（2017年）就可以获得1952.5万元的收益，投资回收期远小于1a，经济效益非常高。而且，在随后的每年，热电厂的供热收益都将逐渐增加，到2021年，供热收益将达到3506.25万元。

综上所述，该技术改造方案具有易实施、投资小、经济效益高等优点，非常适合进行推广应用。

3 结论

以某600MW超临界纯凝机组为基础，从用户侧实际需求和机组变工况的角度，进行工业供热优化设计与技术经济性分析。

首先结合抽汽端口选择分析及不同工业供热技术的对比，确定了机组在变负荷工况运行时，再热冷段抽汽与减温减压器结合的供热方式为最优方案。

其次，根据用户侧实际需求，进行工业供热优化设计的技术经济性分析，得出：从节能效果来看，在50%THA工况下，机组年煤耗降低1.86 g/kWh；从供热收益来看，项目总投资成本只需785万元，2021年后，每年收益可达3506.25万元，投资回收期远小于1a。由此看出，供热改造后的经济效果显著。非常适合推广应用。

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