九龙矿井矸石热电厂供热扩能改造

杨俊辉

(中煤邯郸设计工程有限责任公司工业建筑所，河北邯郸 056031)

1 概述

冀中能源峰峰集团九龙矿井矸石热电厂是以矿井矸石、煤泥为燃料的坑口热电厂，热电厂在保证集团公司电力供应之外，同时保证矿井供热需求。其锅炉参数见表1，汽轮机参数见表2。

表1 主机参数表

表2 汽轮机参数表

2 热负荷

2.1 现有热负荷

九龙矿井工业建筑采暖热媒为热电厂低压蒸汽，行政福利设施及生活区采暖热媒为95℃/70℃热水，由热电厂汽水换热站制备，总的热负荷为21 MW。

2.2 近期热负荷

1)美雅小区。美雅小区为峰峰集团棚户区治理在建项目，距离九龙矸石热电厂约4.0 km，建筑面积约60万m2，采暖热媒为50℃/40℃低温热水，热负荷约为27 MW。

2)磁西一号井。磁西一号矿井为在建矿井，其热负荷为20 MW，采暖热媒为110℃/70℃高温热水，工业场地距离热电厂约3.0 km。

总的热负荷为68 MW，新增热负荷为47 MW，目前热电厂供热能力约为30 MW，不能满足新增热负荷，需要进行供热扩能改造。

3 供热热源

九龙矸石热电厂新增热负荷可以利用汽轮机抽汽、主蒸汽、锅炉排烟、锅炉排渣、汽机循环水等作为热源。

3.1 汽轮机抽汽及主蒸汽

现有机组最大抽汽能力为56 t/h，参数为0.49 MPa/250℃，主蒸汽系统配套1台50 t/h减温减压装置。

3.2 锅炉排烟热量

3.2.1 排烟回收热量计算

锅炉排烟损失是锅炉各项损失中最大的一项，为了充分利用这部分热力，可以在电除尘后加装烟气深度冷却装置回收部分热量，初步确定烟温降低到80℃。根据煤质分析报告和锅炉参数计算可知燃煤消耗量、锅炉烟气量、烟气组分、烟气平均比热容等数据。

实际烟气量Vy=4.90 N·m3/kg;烟气温度在150℃，80℃时的烟气平均比热容分别为1.366 kJ/(m3·℃)，1.378 kJ/(m3·℃);75 t/h和90 t/h锅炉燃煤量分别为20 t/h，24 t/h。

烟气焓降为:

经计算75 t/h锅炉排烟可回收热量为2.5 MW，90 t/h锅炉排烟可回收热量为3.0 MW。3台锅炉加装烟气深度冷却装置后可回收总热量约为8.0 MW。

3.2.2 烟气深度冷却装置对引风机功耗影响

1)改造前引风机轴功率。烟气系统总阻力约4 000 Pa，烟气流量约151 850 m3/h(海拔100 m，150℃)，风机轴功率P=QH/(3 600×1 000×η)=225 kW。

2)改造后引风机轴功率。烟气系统总阻力约4 800 Pa，烟气实际流量约126 700 m3/h(海拔100 m，80℃)，风机轴功率P=QH/(3 600×1 000×η)=226 kW。

由此可见锅炉加装烟气深度冷却装置，对引风机功耗基本没有影响。

3.3 锅炉排渣热量

锅炉排渣温度约为900℃，加装冷渣器后可以降低到100℃，锅炉燃料灰分较高，灰渣量较大，经计算75 t/h锅炉排渣热量回收约为1.0 MW，90 t/h锅炉排渣热量回收约为1.2 MW，3台锅炉排渣回收热量总计约3.2 MW。

3.4 排汽损失热量

火力发电厂冷凝热通过冷却塔或空冷岛排入大气，形成巨大的冷端损失，小型凝汽式机组排汽损失占能源消耗的60%以上，是火力发电厂能源使用效率低下的主要原因。九龙矸石热电厂6 MW纯凝机组冷端损失约为18 MW，6 MW抽凝机组冷端损失约为8 MW，24 MW纯凝机组冷端损失约为65 MW。

4 供热方案

4.1 供热方案制定原则

根据九龙矸石电厂的特点，制定供热方案的原则是:

1)供热不以大幅度减少发电为代价，保障热电厂生产任务和集团公司电力供应要求。2)技术经济可行条件下，提高热电厂热电效率。3)为了减少系统改造投资，现有供热系统维持不变。

4.2 规划供热方案

根据九龙矸石热电厂及热用户的实际情况，规划三种供热方案。

方案一:汽水换热机组供热。

在热电厂建设汽水换热站，利用低压蒸汽制备高温热水，供给热用户，该方案需要低压蒸汽量较大，需要对2台纯凝机组进行扩孔抽汽改造，以满足低压蒸汽需求。

主要投资包括2台机组扩孔抽汽改造费用、汽水换热站费用、一次管网费用。

方案二:磁西一号井采用烟气深度冷却+冷渣器+汽水换热供热，美雅小区采用吸收式热泵供热。

磁西一号井采暖热媒参数较高，宜采用锅炉烟气深度冷却及冷渣器制备热水，可以满足约11 MW热负荷需求，不足部分由汽水换热形式制备。美雅小区采暖热媒为低温水，可采用吸收式热泵从循环水吸收热量供热。

主要投资包括24 MW机组扩孔抽汽改造费用、烟气深度冷却装置、冷渣器、汽水换热站费用、吸收式热泵、一次管网费用。

方案三:磁西一号井采用烟气深度冷却+冷渣器+汽水换热供热，美雅小区采用降低冷凝器真空提高循环水温度直接供热。

磁西一号井采暖方式和方案二相同。美雅小区为新建居民小区，采暖方式为低温地板辐射采暖，可采用降低冷凝器真空提高循环水温度直接供热方式。

主要投资包括烟气深度冷却装置、冷渣器、汽水换热站费用、6 MW机组冷凝器改造、软化水系统、一次管网费用。

各方案主要技术经济指标见表3。

表3 各方案主要技术经济指标

4.3 技术经济分析

1)采用传统汽水换热制备高温热水供热投资最少，但低压蒸汽耗量较大，运行成本较高。采暖季锅炉出力相同条件下总发电量最少、热电效率最低。

2)美雅小区采用吸收式热泵以低压蒸汽作为动力从循环水中回收热能，其节能效果介于方案一和方案三之间，但其比降低冷凝器真空供热方式灵活性高，不受机组容量限制、不受热负荷限制、不受供热距离限制。

3)降低冷凝器真空提高循环水温供热技术经济性较好，节能效果明显，但其受限制条件较多。其一要求采暖热媒温度低，适合地板辐射采暖;其二因为供回水温差较小，循环水量、管网直径较大，要求供热距离不能太远，否则管网投资太高、运行电耗太高;其三要求机组供热量与热用户需热量相匹配。

4)从锅炉排烟、排渣回收废热，技术可行、经济效益较好，节能效果比较明显。

5)经过技术经济对比，磁西一号井采暖可利用锅炉排烟、排渣部分热量，不足部分由低压蒸汽补充。美雅小区采暖热媒为50℃/40℃热水，热负荷和2台6 MW机组冷端损失基本匹配，且供热距离合适，采用降低冷凝器真空、提高循环水温度供热方式技术经济合理，节能效果明显。

5 运行调节

5.1 磁西一号井供热调节

正常运行时，锅炉烟气深度冷却及冷渣器制备热水满足基本负荷，不足部分由汽水换热器制备热水，一次管网相对简单，锅炉排烟及排渣承担基本负荷，系统采用量调节方式，维持循环水温度不变，通过调节汽水换热机组水侧流量、汽侧流量来调节整个系统流量，达到热负荷调节目的。

5.2 美雅小区供热调节

1)量调节。美雅小区一次管网和冷却塔并联运行，保持排汽压力不变、循环水温度不变，通过调整一次管网和冷却塔流量分配来达到供热调节需求。

2)质调节。保持一次管网流量不变，通过调整凝汽机组进汽量来调节排汽压力来调整循环水温度，达到热负荷调节目的。

3)质—量调节。实际运行过程中可根据运行需要和节能需要采用量调节或质调节方式，或同时采用两种调节方式，达到最佳效果。

6 结论及需要注意的问题

6.1 结论

回收锅炉排烟、排渣热量，可进一步提高燃料利用率，同时满足工业、民用建筑采暖要求，替代和部分替代低压蒸汽供热。

采取降低中小型机组冷凝器真空，提高循环水温度直接供热方式，节能效果最好，但受热媒参数、机组容量、供热距离等条件限制。

采用吸收式热泵从循环水中回收热量节能效果也比较明显，限制条件较少。

采用低压蒸汽供热，节能效果相对较差，但其可满足各种热用户需求。

实际应用中应综合分析热源及热用户实际特点，制定最佳供热方案。

6.2 锅炉排烟低温腐蚀问题

1)采用烟气深度冷却装置，应根据煤质资料仔细计算和测试烟气酸露点，以确定装置排烟温度。

2)烟气深度冷却装置受热面材料采用抗硫酸露点腐蚀性能好的材料和防腐工艺。

3)流化床锅炉尽量采用炉内喷钙脱硫方式，以降低排烟SO2含量、降低锅炉排烟酸露点。

4)烟气深度冷却装置有条件的可以加装旁路，以降低非采暖季引风机功耗。

6.3 降低冷凝器真空

1)需要核算冷凝器换热管材质和换热面积是否满足各种运行工况，必要的话应进行改造;

2)循环水采用软化水和其他防结构措施;

3)排汽压力不宜超过60 kPa，否则严重偏离设计工况、影响机组安全运行。

[1]赵钦新.火电厂烟气深度冷却增效减排技术介绍[D].西安:西安交通大学，2011.

[2]郭小丹.热泵回收循环水余热利用问题研究[J].现代电力，2010(5):37-38.

[3]王永强.住宅集中热水供应系统的循环与节水[J].山西建 筑，2011，37(8):122-123.