火力发电厂启动锅炉与液化天然气站相结合技术应用分析

王晓涛，杨 倩，刘进海

(陕西榆林能源集团杨伙盘煤电有限公司，陕西 榆林 719316)

0 引 言

随着社会经济和城市现代化的发展，大气污染日趋严重,根据国家《节能减排综合性工作方案》中“加快淘汰落后生产能力”的要求，各大企业纷纷改善自身能源结构，减少对环境的污染。“高耗能、高污染”的产业找到清洁的可替代能源，是其在全国性的产业结构调整中生存下去的关键所在。取缔“高耗能、高污染”产业的一个重要原因就是以煤为直接燃料而造成的成本浪费和治理的困难。在国家产业政策指导下，使用清洁天然气作为燃料是大势所趋，天然气素有绿色能源之称，是清洁高效的优质燃料。2012年以来，我国为实现2030年碳排放达峰的承诺，解决日益严重的大气污染问题，大力推进“蓝天计划”。根据2020国家环保部对陕西省进行专项巡视的反馈意见，该省全面推进“治霾专项行动”。其中，火力发电厂作为典型的“高能耗、高污染”企业，对其进行节能降耗的研究，对于早日实现“碳达峰，碳中和”目标具有重要意义。本文聚焦于火力发电厂的启动锅炉，就其建设形式展开对比研究，提出绿色、环保、经济、节能的最优建设方案。

火力发电厂中，启动锅炉的作用是在发电机组锅炉全部停工之后，在再次启动时提供合格的辅助蒸汽，对锅炉的管道、旋风分离器等进行暖管，使其均匀受热，达到起炉的标准。传统的启动锅炉大多采用燃煤锅炉，但近10年燃油、燃气锅炉的使用呈上升趋势。

1 启动锅炉建设方案比选

火力发电厂的启动锅炉，根据其所消耗的能源种类，主要分为燃煤、燃油、燃气三种。

1.1 启动锅炉建设初投资比较

陕西省生态环境厅明确要求禁止新建50 t/h以下的燃煤锅炉，所以本文采用2×50 t/h的燃煤锅炉与2×35 t/h燃油、燃气锅炉进行比较。燃煤锅炉2×50 t/h的设备及建安费约为3 940万元，燃油锅炉2×35 t/h的设备及建安费约为2 057.6万元，燃气锅炉2×35 t/h的设备及建安费约为1 745.6万元(包括LNG气站建设费)。

1.2 启动锅炉总的运行费用比较

总的运行费用包括燃料费、电费、水费、人工费等。燃煤锅炉约需4 007元/h，燃油锅炉约需44 000元/h，燃气锅炉约需11 880元/h。锅炉煤耗按照标准煤计算，燃油发热量按照41.87 MJ/kg、LNG发热量以38.17 MJ/kg计算。燃料单价参考当地市场价。

1.3 启动锅炉建设总投资比较

启动锅炉作为锅炉吹管、首次启动、整套启动使用，按共计约288小时使用时间计算，在建设总投资上，燃煤锅炉为4 055万元，燃油锅炉为3 324万元，燃气锅炉为2 087万元。

1.4 其他方面比较

(1)从运维方面来看，燃煤锅炉设备较多，附属设备主要以输煤、灰、渣为主，故障频率高，维护保养比较频繁，需专门安排检修班组定期进行保养维护，因此后期运行维护管理费用燃煤锅炉比燃气、燃油锅炉高。相比之下燃油燃气锅炉设备较少，自动化程度较高，锅炉启停、维护保养只需2人即可完成。

(2)从占地面积来看，燃气锅炉和燃油锅炉占地面积较小，且不需要专门设置煤场和渣场，比较节省场地。

(3)从环保方面来看，燃油、燃气锅炉排放符合国家环保政策，可短期使用，也可长期使用。

通过上述比较可知，燃煤锅炉总费用最高，燃油锅炉次之，燃气锅炉最低，且燃油、燃气锅炉占地面积小还节能环保。综合考虑选用燃气锅炉形式。

2 LNG与管道天然气方案比选

对于燃气锅炉，有液化天然气(liquefied natural gas，LNG)和管道天然气两种供气方式，下面对这两种方式进行比较。

2.1 LNG

2.1.1 工程规模

LNG气站内设置2个全容积50 m3低温立式储罐，卸车位2个，卸车增压器1台，储罐增压器1台，7 000 Nm3/h的空温式气化器2台，6 000 Nm3/h的电加热器1台，6 000 Nm3/h的调压计量加臭系统1套，500 m3/h 安全放散气体(escape air gas，EAG)、闪蒸汽(boil off gas，BOG)各1台等。

2.1.2 投资费用

采用EPC模式，建设1个LNG气站的费用(包含设计、采购、安装等)约为340万。

2.1.3 LNG优缺点

(1)优点：①投资低，节省了天然气管道建设费用，满足管道天然气不能到达的地方，不受地方、区域限制；②运行维护费用较低。

(2)缺点：①遇到不可抗力因素影响时，存在运输中断的风险，若在冬季供暖期间运输中断则将直接影响生产或电厂机组启动；②液化天然气价格不稳定，全年气价变化幅度大(约3 000～9 000元/吨)且高于管道天然气，冬季用气高峰期气价高达9 000元以上，且遇冬季气荒时则可能面临停供，2016年就曾发生过全国性的LNG断供；③LNG布置在厂区内存在一定的安全隐患，对设备质量和操作人员要求较高，一旦发生泄漏，可能引起火灾，LNG属于-162℃低温液体，一旦发生泄漏，处理不当极易造成人员低温灼伤事故；④LNG气站占地面积较大，约50 m×50 m，对位置选择、安全间距、消防等都有较高要求。

2.2 管道天然气

2.2.1 工程范围

管道天然气项目的建设包括设计、采购、安装(室内外中、低压管道安装，流量计、调压柜等设备及各种配套管件、11.5 km城区中压供气管线及其土建工程等)及验收。

2.2.2 投资费用

采取城区中压、庭院低压模式，综合费用约为1 020万。

2.2.3 管道天然气优缺点

(1)优点：①工艺成熟，气源稳定可靠，安全生产可靠、操作方便；②安全距离小(地下管道及设施安全间距为1.5 m，调压柜距厂房规定水平距离为4 m)，厂内只设置调压柜，占地面积约6 m2；③天然气价格较稳定，且不受气源紧张所波动，夏季约为1.95元/m2，冬季约为2.55元/m2；④无须车辆运输，消除了运输的风险；⑤运行维护费用较低。

(2)缺点：较LNG液化天然气站投资高，施工难度较大，与政府及相关村民协调工作量大，维护范围及难度较大。

通过上述对比，综合考虑，确定燃气锅炉与LNG气站相结合为最优技术方案。

3 结束语

综上所述，燃气锅炉与LNG气站相结合技术方案的总费用较低，燃气锅炉较之燃煤锅炉，初投资不足燃煤锅炉一半，占地面积小适合建在厂区内，不需要建设配套环保设施，建设周期短只要3～4个月，且操作简单，运维人员只需2人即可，故障率低，自动化程度高；而且采用LNG气站，取消电厂柴油库，消除了重大危险源，而2台50 m3LNG储罐不属于重大危险源。此外，天然气为清洁能源，可减少大气污染物排放，为打赢保卫蓝天工程奠定了坚实的基础。