北方某热电联产项目扩建方案研析

2021-10-19

应用能源技术 2021年9期

关键词：抽汽背压汽机

(黑龙江省林业设计研究院，哈尔滨 150000)

1 热负荷

此热电联产企业近期主要为经济开发区提供工业蒸汽和采暖热水，同时还为城区部分地区供热。

1.1 采暖热负荷

规划近期采暖综合热指标为51.8 W/m2，采用下列公式计算小时采暖期最大、最小、平均热负荷数值。

热负荷计算公式：

Q=qF(ti-ta)/(ti-to.h)

式中，q为采暖热指标：W/m2；F为采暖面积：m2；Ta为采暖期平均计算温度：-10.8 ℃；To.h为采暖室外计算温度：-26.7 ℃；ti为采暖室内设计温度：18 ℃；采暖期天数：184天。

经计算确定采暖设计热负荷见表1。

表1 采暖最大、平均、最小设计热负荷

1.2 工业热负荷

规划工业热负荷近期最大为105.8 t/h，平均负荷为71.6 t/h，企业为全年生产型。

1.3 设计热负荷

设计热负荷，见表2。

表2 设计热负荷汇总表

2 机炉选型

2.1 锅炉炉型选择

目前国内各规模电站蒸汽锅炉主要为循环流化床锅炉与煤粉锅炉。

循环流化床相比于煤粉锅炉具有燃料适应性好，燃烧系统简单，负荷调节范围宽，调节性能好，污染物排放低等优点，煤粉锅炉在运行的可靠性优于循环流化床锅炉，在轻工、化工行业选型中，如果燃料煤质供应可靠，燃料含硫量低可考虑煤粉锅炉，它具有燃烧稳定，辅机技术成熟自动化程度高，易于操作，运行周期长，维修量相对较小的优点，适合轻工与化工系统长周期安全稳定运行的特点。反之，若立足于燃烧劣质煤，供煤质量不稳定，且煤质含硫量高，环境排放要求苛刻，属于供热、调峰、热电联产类的供热形式，良好的脱硫成本，对各种煤质良好的适应性，考虑循环流化床锅炉是好选择。根据本工程特点，本工程推荐采用循环流化床蒸汽锅炉。

2.2 汽轮机选型

目前常用的热电联产汽轮机型式主要为抽汽凝汽式、背压式、抽汽背压式等，其中根据目前产业政策要求，热电联产项目仅可采用背压式、抽汽背压式汽轮机。汽轮机排汽压力大于大气压力的汽轮机称为为背压汽轮机，其排汽用于供热。背压式汽轮机发电机组发出的电功率由热负荷决定，因而符合“以热定电”产业政策，一般用于向需要的蒸汽参数单一且常年用量比较稳定的热用户提供蒸汽，也可用于承担工业和采暖热负荷的基本负荷。抽汽背压式汽轮机是在背压式汽轮机基础上增加可调整抽汽口，从而可提供两种或两种以上参数外供蒸汽，满足不同热负荷需求。

本工程热负荷主要为工业生产用蒸汽负荷和冬季采暖热负荷两种，工业用汽参数主要为0.8 MPa/180 ℃，只有一个企业生产用蒸汽参数为1.5 MPa，且企业就在本厂区附近，因此本工程推荐选用一台抽背式汽轮机，抽气压力为1.7 MPa专门满足压力为1.5 MPa这部分工业热负荷。其余工业蒸汽热负荷为全年性连续热负荷，蒸汽参数单一，冬季采暖热负荷属于季节性热负荷，负荷波动性较小。根据热负荷特点，本工程推荐选用背压式汽轮机和抽汽背压式汽轮机。

3 装机方案

3.1 汽平衡

本工程正常工况的汽平衡情况见表3。

表3 汽(热)平衡表

3.2 机组运行方式分析

由汽平衡可知，冬季采暖期最大负荷工况时，投入2×75t/h锅炉+1×130 t/h锅炉+1×18 MW抽汽背压机组+1×12 MW背压机组运行。此时，汽机进汽量255 t/h，小于锅炉额定负荷产汽量280 t/h，机组可提供热负荷为147.37 MW，结合开发区原有调峰锅炉房供热能力24.5 MW，系统可提供的供热能力为171.87 MW，此时，采暖热负荷为95.3 MW，占系统可供热能力55.4%，蒸汽热负荷为68.1 MW，占系统可供热能力37%，汽机发电功率为30 MW。

冬季采暖期平均负荷工况时，投入2×75 t/h锅炉+1×130 t/h锅炉+1×18 MW抽汽背压机组运行。此时，汽机进汽量173 t/h，小于锅炉额定负荷产汽量280 t/h，机组可提供热负荷为147.37 MW，结合开发区原有调峰锅炉房供热能力24.5 MW，系统可提供的供热能力为171.87 MW，此时，采暖热负荷为64 MW，占系统可供热能力37.2%，蒸汽热负荷为46.9 MW，占系统可供热能力27.3%，汽机发电功率约为20.3 MW。

非采暖期最大工况时，投入1×130 t/h锅炉+1×75 t/h锅炉+1×18 MW抽汽背压机组运行，其它锅炉与机组检修维护或备用。此时，汽机进汽量156 t/h，小于锅炉额定负荷产汽量205 t/h，机组可提供热负荷为95.61 MW，此时，蒸汽热负荷为68.1 MW，占机组可供热能力71.2%，汽机发电功率约为18 MW。

该方案在冬季最大负荷如出现1台130 t/h锅炉因故障停运，在满足工业蒸汽供应的前提下，利用剩余锅炉蒸汽可向汽机供汽，机组可提供热负荷为81.2 MW，结合开发区原有的调峰锅炉供热能力49 MW，则锅炉故障时系统可提供的供热能力为130.2 MW。工业热负荷为83.7 t/h，最不利工况下先保证工业用汽需要；采暖热负荷为95.3 MW，采暖供热事故保证率为68.1%，满足相关规范要求。通过以上分析在冬季本方案供热可靠性满足相关规范要求，因而该方案供热的可靠性较好。

本方案设一台35 t减温减压器，当1×18 MW抽汽背压机组故障时，投入1×130 t/h锅炉+1×12 MW背压机组运行，同时启动减温减压器满足1.5 MPa工业负荷的需要，此时，机组可提供热负荷为57.4 MW，结合开发区原有的调峰锅炉供热能力49 MW，则汽机故障时系统可提供的供热能力为106.4 MW，工业热负荷为51.7 t/h，最不利工况下先保证工业用汽需要；采暖热负荷为95.3 MW，最不利工况下的采暖供热事故保证率为69.3%，满足相关规范要求。