摘　要：針對中小型燃煤熱電廠存在的問題，提出將燃煤熱電系統(tǒng)改造成燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。探討改造方案、設(shè)備配置原則、環(huán)境效益。結(jié)合算例，對燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：燃煤熱電廠  燃?xì)?mdash;蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電  配置原則  環(huán)境效益  熱經(jīng)濟(jì)性

Technical Reconstruction of Coal-fired Thermal Power Plant for Gas and Steam Combined Cycle Power Generation

Abstract：Based on the problems of small and medium sized coal-fired thermal power plants，it is proposed that the coal-fired thermal power system is reconstructed into the gas and steam combined cycle power generation system．The reconstruction scheme，the equipment configuration principle and the environmental benefit are discussed．The heat economy of the gas and steam combined cycle power generation system is analyzed by a calculation example．

Key words：coal-fired thermal power plant;gas and steam combined cycle power generation;configuration principle;environmental benefit;heat economy

由國內(nèi)燃煤熱電廠的運(yùn)行現(xiàn)狀可知，位于城市內(nèi)的中小型燃煤熱電廠大多數(shù)采取“以熱定電”方式運(yùn)行，作為供暖期集中供熱熱源。由于多數(shù)燃煤熱電廠建設(shè)年代較早，加之機(jī)組維護(hù)管理不善，導(dǎo)致全年總熱效率較低，煤耗較高。隨著煤價(jià)的上漲，很多燃煤熱電廠接近甚至處于虧損狀態(tài)。因采用煤質(zhì)較差的原煤，產(chǎn)生大量的氮氧化物、硫化物、二氧化碳、煙塵等污染物。為積極響應(yīng)國家節(jié)能減排政策，位于城市內(nèi)的中小型燃煤熱電廠應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，提高能源利用率，并努力降低污染物排放量。燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組與汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)(以下簡稱聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng))具有發(fā)電效率高、余熱高效利用、環(huán)保等優(yōu)勢^[1-5]，在城鎮(zhèn)供電、供熱領(lǐng)域?qū)l(fā)揮巨大作用。本文針對以季節(jié)性負(fù)荷為主的燃煤熱電廠，對聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)技術(shù)改造進(jìn)行探討。

1　改造方案

1．1　改造方案^[6]

①常規(guī)非補(bǔ)燃型蒸汽余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。用燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽余熱鍋爐取代原有的燃煤鍋爐，蒸汽余熱鍋爐為非補(bǔ)燃型。這種改造方法特別適用于以季節(jié)性負(fù)荷為主的燃煤熱電廠改造，改造后燃?xì)廨啓C(jī)可始終在額定工況下運(yùn)行，供熱量可通過改變汽輪機(jī)抽汽量進(jìn)行靈活調(diào)節(jié)。

②排氣助燃燃煤鍋爐聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。保留燃煤鍋爐，并增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)，將燃?xì)廨啓C(jī)煙氣用于預(yù)熱燃煤鍋爐進(jìn)氣(空氣)。

③并列動力布置聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。保留燃煤鍋爐，并增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)與蒸汽余熱鍋爐，將蒸汽余熱鍋爐、燃煤鍋爐產(chǎn)生的蒸汽共同作為汽輪機(jī)進(jìn)汽。改造后，燃?xì)廨啓C(jī)與汽輪機(jī)可單獨(dú)運(yùn)行。

④給水加熱聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。保留燃煤鍋爐，增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)與換熱器，利用換熱器出水取代汽輪機(jī)抽汽，用于加熱供熱熱水，以提高汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率。

1．2　設(shè)備配置原則

由以上分析可知，對于以季節(jié)性負(fù)荷為主的燃煤熱電廠改造，宜采用常規(guī)非補(bǔ)燃型蒸汽余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。常規(guī)非補(bǔ)燃蒸汽余熱鍋爐聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)備配置原則主要有以下幾個(gè)方面。

①以熱定電，合理確定供熱能力，充分發(fā)揮發(fā)電能力。位于城市內(nèi)的中小型熱電廠主要滿足覆蓋區(qū)域冬季的供暖熱負(fù)荷，少量常年工業(yè)熱負(fù)荷，夏季個(gè)別用戶的制冷用熱負(fù)荷。按照以熱定電的原則，在保證供熱可靠性的前提下，根據(jù)現(xiàn)狀熱負(fù)荷、規(guī)劃熱負(fù)荷，合理確定聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的供熱能力，滿足用熱需求，并充分發(fā)揮機(jī)組的發(fā)電能力。

②提高供熱可靠性。位于城市內(nèi)的中小型熱電廠作為城市集中供熱的主要熱源，供熱對象往往涉及政府機(jī)關(guān)、商業(yè)建筑、大型賓館等，應(yīng)保證供熱的可靠性。對于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，一拖一(即1臺燃?xì)廨啓C(jī)與l臺汽輪機(jī)匹配)的設(shè)備配置原則具有運(yùn)行靈活、供熱可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，因此推薦按照一拖一方式進(jìn)行設(shè)備配置，以提高聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)供熱的可靠性。

③盡量不選用補(bǔ)燃型蒸汽余熱鍋爐。若選用補(bǔ)燃型蒸汽余熱鍋爐，補(bǔ)燃系統(tǒng)(含燃燒器、運(yùn)行保護(hù)系統(tǒng))造價(jià)較高，約占補(bǔ)燃型余熱鍋爐造價(jià)的20％，且換熱面積需相應(yīng)增加，汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組及附屬設(shè)備容量也需相應(yīng)增加，運(yùn)行費(fèi)用也會隨之增加。因此，盡量不選用補(bǔ)燃型蒸汽余熱鍋爐。

2　環(huán)境效益分析

①空氣環(huán)境影響分析

改造后，單位發(fā)電量的二氧化碳、二氧化硫、粉塵的排放量均有所減少，但對氮氧化物的減排效果不明顯^[7-8]。

②聲環(huán)境影響分析

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)燃用天然氣，沒有輸煤、碎煤、磨煤系統(tǒng)，也無需啟用除灰渣系統(tǒng)，噪聲有所降低。產(chǎn)生噪聲的主要設(shè)備有汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)、余熱鍋爐、空壓機(jī)、各種泵等，但大部分設(shè)備都安裝在廠房內(nèi)。應(yīng)從以下幾方面控制噪聲：選用符合噪聲限值要求的低噪聲設(shè)備，并加裝消聲、隔聲裝置。在設(shè)備管道設(shè)計(jì)中，采取防振、防沖擊措施以減輕振動噪聲。設(shè)計(jì)廠房時(shí)，盡量使主要工作和休息場所遠(yuǎn)離強(qiáng)聲源。在廠區(qū)總平面布置中，統(tǒng)籌規(guī)劃、合理布局，注重防噪聲間距，在廠區(qū)內(nèi)設(shè)置綠化帶，進(jìn)一步降低噪聲對周圍環(huán)境的影響。

3　熱經(jīng)濟(jì)性分析

3．1　熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率璣的計(jì)算式為^[9]：

式中hcc——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率

hGT——燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率

hHRST——余熱鍋爐熱效率，取0.8

hST——汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電效率

PE——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率，W

qfq——燃?xì)廨啓C(jī)天然氣耗量，m³／s

Q——天然氣低熱值，J／m³，取34×10⁶J／m³

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)供熱效率hn的計(jì)算式為：

式中hn——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)供熱效率

Fn——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)供熱量，W

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)總效率hcp的計(jì)算式為：

式中hcp——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)總效率

聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)熱電比戈的計(jì)算式為：

式中x——聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)熱電比

3．2　算例

某供熱區(qū)域的設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為280MW，分別采用南京汽輪電機(jī)廠生產(chǎn)的PG65618型、PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組配置聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)。方案1：配置6套PG65618型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，總供熱能力為296MW。方案2：配置2套PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組及汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，總供熱能力為302WM。

PC,65618型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的額定天然氣耗量為12730m³／h，額定發(fā)電功率為39.62MW，額定發(fā)電效率為31.9％。純凝汽工況下汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率為l6.05MW，對應(yīng)的發(fā)電效率為12.91％。PG9171E型燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的額定天然氣耗量為37404m³／h，額定發(fā)電功率為l23.4MW，額定發(fā)電效率為33.8％。純凝汽工況下汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的發(fā)電功率為46.3MW，對應(yīng)的發(fā)電效率為l2.67％。

燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組在額定工況下運(yùn)行，改變汽輪機(jī)抽汽量，配置兩種燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分別見圖l、2。

由圖l、2可知，隨著抽汽量的增大，hcp、hn、x均增大，hcc、hST，均減小。與配置較小額定發(fā)電功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)相比，配置較大額定發(fā)電功率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的hcc、hcp較高，但hn、x有所下降，因此建議配置多臺較小額定發(fā)電功率的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，以適應(yīng)熱負(fù)荷變化的需求。

4　結(jié)論

應(yīng)根據(jù)設(shè)備配置原則并考慮較高的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，對原有燃煤熱電廠進(jìn)行改造。建議配置多臺較小額定發(fā)電功率的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，以適應(yīng)熱負(fù)荷變化的需求。

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本文作者：魏偉  田貫三

作者單位：山東建筑大學(xué)

  山東建筑大學(xué)山東省建筑節(jié)能技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

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