电厂采用不同冷源及换热方式对乏汽回收效益的影响分析

2022-08-19于晓东王檬李小锋庞建华刘华伟

中国设备工程 2022年15期

于晓东，王檬，李小锋，庞建华，刘华伟

（光大环保（中国）有限公司，广东深圳 518026）

目前，我国能源消耗量越来越大，面对严重的环境问题，不仅制约我国经济的发展，还对人们生活质量造成严重威胁。因此，节能环保形式已经越来越严重，垃圾焚烧发电系统运行过程中，同样要倡导节能降耗，提高能源的利用率，节约资源，促进垃圾焚烧发电行业的可持续发展。本文对垃圾焚烧发电系统如何选择乏汽回收装置及冷源进行了简单的论述。

1 概述

传统垃圾焚烧发电系统一般会采用一台高压加热器，一低压加热器，一台中压除氧器，一台疏水扩容器，一台连排扩容器。随着除氧器、疏水扩容器及定排扩容器的运行有大量蒸汽需要外排，此部分蒸汽是洁净的，且具有汽化潜热，有一定的回收价值。现小型发电厂除盐水大多是直接进入除氧器，此部分除盐水需使用汽轮机的二抽蒸汽加热，汽轮机凝结水采用汽机三抽蒸汽加热至98℃左右进入除氧器，此两部分水最终进入除氧器被加热至130℃完成除氧过程，本文考虑乏汽回收的热量替代二抽或三抽蒸汽完成加热除盐水或凝结水，被替代的抽汽继续在汽轮机内做功发电，对由此产生的效益进行分析。

通过市场调研，了解到此类设备采用表面式换热器回收、文丘里管混合式、喷淋塔混合式等形式进行回收，因使用较多的冷却介质为除盐水或凝结水，故本文针对除盐水与凝结水回收蒸汽的经济性进行论述。

2 不同工艺流程经济性分析

2.1 工艺流程一（图1）

图1

本工艺流程采用除盐水混合式换热方式：除盐水泵将除盐水打入三个文丘里管（或喷淋塔），形成负压，与除氧器、疏水扩容器、定排扩容器排汽混合后进入热水箱（约10m³），经热水泵打至除氧器。非定排时根据实际运行情况调整除盐水泵及热水泵流量，但不低于最小蒸汽冷却水量12.78t/h，并保持热水箱低水位运行；定排时增大除盐水泵流量至23.67t/h，并将热水暂储存在热水箱内，热水箱有效容积不低于10m3，热水泵需在下一定排周期内将热水箱水打至低水位。

（1）收益分析。

①节约汽轮机抽汽量增加的发电量。

可替代抽汽的热量：Q1=D氧×(h0氧-h盐)+D疏×(h疏-h盐)+m定×3/24×(h定-h盐)=4440963.94kj/h。

式中，Q1为可替代抽汽的热量，此为计算值，单位为kj/h；D氧为除氧器流量，取728kg/h；h0氧为除氧器排汽焓值，取2720.12kj/kg；h盐为除盐水焓值，取105.39kj/kg；D疏为疏水扩容器排汽蒸汽流量，取900 kg/h；h疏为疏水扩容器排汽蒸汽流量，取2674.95kj/kg；h定为疏水扩容器排汽蒸汽流量，取2674.95kj/kg；m定为定排扩容器一次排汽蒸汽量，取700kg，排汽瞬时流量为1400kg/h，每日定期排污次数取3 次。

汽轮机抽汽减少的量：D1汽=Q1/（h0二-h1氧）=1892.75kg/h。

式中，h0二为汽轮机二级抽汽焓值，取2892.55kj/kg；h1氧为除氧器内热水焓值，取546.25kj/kg。

抽汽可增加的发电量：P1=D1汽×(h0二-h排)×η联×η减×η发×（1-η汽）/3600=315.72kw。

式中，h排为汽轮机排汽抽汽焓值，取2231.1kj/kg；η联为联轴器效率，取99%；η减为减速机效率，取98.5%；η发为发电机效率，取98%；η汽为汽轮机各项外部损失，取5%。

②回收蒸汽后，除盐水节约量：D1盐=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③发电量及除盐水收益：(P1×0.375+D1盐×12)×8000=111.18 万元。电费取0.375 元/kWh，除盐水费取12 元/吨，设备运行时间取8000h。

（2）运行费用预算。

①运行功率估算：热水泵选型：流量为25t/h，扬程为32m，功率为4kW。

②年运行费用：4×0.375×8000=1.2 万元。

（3）年经济效益约为109.98 万元。

2.2 工艺流程二（图2）

图2

本工艺流程采用除盐水表面式换热方式：除盐水泵将除盐水打入两台表面式换热器，一台与除氧器排汽换热、另一台与疏水扩容器、定排扩容器排汽换热，换热后的除盐水直接进入除氧器；排汽经过换热后进入缓冲水箱由缓冲水泵打至除氧器。非定排时根据实际运行情况调整进入换热器的流量，但不低于最小冷却水量13.46t/h；定排时增大除盐水泵流量至24.94t/h，并将凝结水水暂储存在缓冲水箱内，缓冲水泵需在下一定排周期内将缓冲水箱水打至低水位。此方式需要通过除氧器进行系统水量调节，在每次定排前需将除氧器水位降低，预留约5.74t 的水容量。

（1）收益分析。

①节约汽轮机抽汽量增加的发电量。

可替代抽汽的热量：Q2=(D氧×(h0氧-h盐）+D疏×(h疏-h盐)+m定×3/24×(h定-h盐）×η板=4352144.66kJ/h。

式中，η板为板式换热器效率，取98%。

抽汽减少的量：D2汽=Q2/(h0二-h1氧)=1854.90kg/h

抽汽增加的发电量：P2=D2汽×(h0二-h排)×η联×η减×η发×（1-η汽）/3600=309.41kW。

② 除盐水节约量：D2盐=m定×3/24h+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③发电量及除盐水回收收益：(P2×0.375+D2盐×12)×8000=109.29 万元。

（2）运行费用预算。①运行功率估算：缓冲水泵选型：3t/h，32m，1.1kW。 ②年运行费用：1.1×0.375×8000=0.33 万元。

（3）年经济效益约为108.96 万元。

2.3 工艺流程三（图3）

图3

本工艺流程采用凝结水混合式换热方式：轴封加热器出口引一条凝结水管道至除氧器层将凝结水打入三个文丘里管（或喷淋塔），形成负压，将除氧器、疏水扩容器、定排扩容器排汽混合后进入缓冲水箱（约5m³），经缓冲水泵打至除氧器。非定排时根据实际运行情况通过调门调整进入换热器的凝结水量，但不低于最小蒸汽冷却水量16.71t/h，并调整缓冲水泵流量将缓冲水箱内的水及时打入除氧器；定排时通过调门增大进入换热器的凝结水流量至30.95t/h，热水进入缓冲水箱内，使用缓冲水泵及时打入除氧器。

（1）收益分析。

①节约汽轮机抽汽量增加的发电量。

可替代抽汽的热量：Q3=(D氧×(h0氧-h1轴)+D疏×(h疏-h1轴)+m定×3/24×(h定-h1轴)=4334414.24kJ/h。

式中，h1轴为轴封加热器出水焓值，取167.5kJ/kg。

抽汽减少的量：D3汽=Q3/(h0三-h1三)=2009.56kg/h

式中，h0三为汽轮机三级抽汽蒸汽焓值，取2560.9kJ/kg；h1三为汽轮机三级抽汽凝结水焓值，取404kJ/kg。

抽汽增加的发电量：P3=D3汽×(h0三-h排)×η联×η减×η发×（1-η汽）/3600=167.14kW。

② 除盐水节约量：D3盐=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③ 运行收益分析：(P3×0.375+D3盐×12)×8000=66.61 万元。

（2）投入及运行费用预算。

①运行功率估算：缓冲水泵选型：35t/h，30m，7.5kW。

②年运行费用约7.5×0.375×8000=2.25 万元。

（3）年经济效益约为64.36 万元

2.4 工艺流程四（图4）

图4

本工艺流程采用凝结水表面式换热方式：轴封加热器后的凝结水打入两台表面式换热器，一台与除氧器排汽换热、另一台与疏水扩容器、定排扩容器排汽换热，换热后的凝结水直接进入除氧器；排汽经过表面换热后进入缓冲水箱，由缓冲水泵打至除氧器。非定排时根据实际运行情况通过调门调整进入换热器的凝结水量，但不低于最小蒸汽冷却水量17.37t/h，并调整缓冲水泵流量将缓冲水箱内的水及时打入除氧器；定排时通过调门增大进入换热器的凝结水流量至32.17t/h，热水进入缓冲水箱内，使用缓冲水泵及时打入除氧器，缓冲水箱有效容积满足水量调节需求即可。

（1）收益分析。

①节约汽轮机抽汽量增加的发电量。

可替代抽汽的热量：Q4=(D氧×(h0氧-h1轴)+D疏×(h疏-h1轴)+m定×3/24×(h定-h1轴)×η板=4247725.95kJ/h。

抽汽减少的量：D4汽=Q4/(h0三-h1三)=1969.37kg/h

抽汽增加的发电量：P4=D4汽×(h0三-h排)×η联×η减×η发×（1-η汽）/3600=163.79kW。

② 除盐水节约量：D4盐=m定×3/24+D氧+D疏=1715.5kg/h=1.7155t/h。

③运行收益分析：(P4×0.375+D4盐×12)×8000=65.61 万元

（2）运行费用预算。

①运行功率估算：缓冲水泵选型：3t/h，32m，1.1kW。

②年运行费用约1.1×0.375×8000=0.33 万元。

（3）年经济效益约为65.28 万元。

3 数据分析（表1 和表2）

表1

表2

通过以上四种初步方案的经济性分析，采用混合式换热方式且使用除盐水冷却经济型最好，但使用固定喷嘴的文丘里管对于蒸汽流量的提资准确性要求较高，偏差较大将无法达到使用效果，可考虑使用可调喷嘴；采用喷淋塔型式形式需要足够的换热空间，投资偏大，冷却水量不足时易影响排汽压力；采用表面换热器可达到热量回收的目的，但无可靠措施保证除氧器的排氧能力及原设备排汽压力，且系统对操作要求较高，水位控制较为复杂。