4 燃用天然气集中锅炉房供热
4.1概述

   以蒸汽或热水为载热介质,由集中热源通过供热管网向整个城镇或其中某一地区的用户供应生产和生活用热,称为区域供热,又称集中供热。以锅炉房为热源的集中供热称为集中锅炉房供热。
   从七十年代末、八十年代初开始,随着我国国民经济的快速发展及人民生活水平的不断改善,对城市供热质量的要求及对环境保护的要求逐渐提高,使城市供热方式开始向大型集中发展。特别是大量住宅小区的出现,进一步促进了城市集中供热事业。据不完全统计,北京市3~6台14MW的锅炉房约35座,3~12台29MW及以上的锅炉房约45座,总安装容量约10000蒸吨,已成为北京市采暖供热的主力军。
   上述集中锅炉房中,基本上是以煤为燃料。在燃煤的条件下,集中供热与分散供热相比,有明显优势:大量减少了烟囱数量,便于烟气高空排放;大型锅炉热效率高,减少了燃料消耗,具有明显的节能效果;能配用除尘效率较高的除尘设备(以麻石水膜除尘器为主),锅炉燃煤量的减少,从而直接改善了环境状况。另外,集中供热还减少了锅炉房占地面积,有利于土地资源的合理使用。 
   由于上述原因,我国供热事业的发展,有一条基本原则,即将分散供热逐渐向集中供热过渡。就北京市而言,过去相当时期里,仍以分散供热为主,容量4t/h以下锅炉为主的锅炉房占了大多数,近年来通过连片供暖,有了明显改观。据市政管委会介绍:1999年底,全市锅炉房供暖的建筑面积1.4亿m2,其中居民供暖建筑面积1.05亿m2,总计锅炉房2700多座,锅炉5000多台(2t/h以上),其中单台热容量10t/h以上锅炉房215座,锅炉约800台,供暖建筑面积0.7亿m2,也就是说,至今北京市尚有0.7亿m2的建筑面积仍由10t/h以下的小锅炉供暖。目前,锅炉的燃料在煤改气的发展方针下,这些尚未集中的分散锅炉房和新建的建筑还要不要继续坚持集中的发展方向,将是一个极待解决的问题,本章讨论的内容就是围绕这一目的进行的。
4.2 工程分析
4.2.1 规模
   为研究对比方便,设定集中锅炉房的总供热负荷为1256.04GJ/h(300×106kcal/h),燃料为天然气。供暖热指标为64W/m2(55kcal/m2h)。
4.2.2 系统与设备
   本章所研究的内容是不发电只供热的集中锅炉房,其热负荷只考虑采暖热负荷,不包括生活热水热负荷。由此,按不同的热水锅炉容量和供热规模,锅炉房拟采用以下四种方案。
   方案一(大型)
   锅炉容量              116MW(99.76×l06kcal/h)热水锅炉
   锅炉台数              三台
   住宅小区锅炉房数量    一座
   住宅小区锅炉总容量    348MW(299.28×l06kcal/h)
   供热方式                 间接供热
   供热站数量              35座
   小时额定燃气量        38820 Nm3/h
   年燃气量              7891×l04Nm3/a
   占地面积              2.2hm2
   方案二(中型)
   锅炉容量              14MW(12.0×l06kcal/h)热水锅炉
   锅炉台数              五台
   住宅小区锅炉房数量    五座
   住宅小区锅炉总容量    350MW (301×106kcal/h)
   供热方式              间接供热
   供热站数量            35座
   小时额定燃气量        39690Nm3/h
   年燃气量              8068×104Nm3/a
   占地面积              2.65hm2
   方案三(小型)
   锅炉容量              4.2MW(3.6×l06kcal/h)热水锅炉
   每个锅炉房锅炉台数    三台
   住宅小区锅炉房数量    28座
   住宅小区锅炉房总容量  352.8MW(3034×l06kcal/h)
   供热方式              直接供热
   供热站数量             0
   小时额定燃气量         39690Nm3/h
   年燃气量               8068×104Nm3/a
   占地面积               5.6hm2
   方案四(楼栋式)
   锅炉容量               0.35MW(0.3×l06kcal/h)热水锅炉
   每个锅炉房锅炉台数     3台
   住宅小区锅炉房数量     366座
   住宅小区锅炉房总容量   384.3MW
   供热方式               直接供热
   供热站数量              0
   小时额定燃气量         40590Nm3/h
   年燃气量               8251×l04Nm3/a
   占地面积               安装在每栋住宅楼中
   为方便论述,将方案一称为大型燃气锅炉房,方案二称为中型燃气锅炉房,方案三称为小型燃气锅炉房,方案四称为楼栋式燃气锅炉房。
   对于供热方式,方案一及方案二采用间接供热,即通过一次管网将高温热水送至小区内各换热站将二次水加热,二次水通过二次管网送至采暖用户。方案三及方案四采用直接供热方式,锅炉生产的热水直接送至采暖用户,方案三有热网,没有换热站;方案四布置在每栋住宅楼中,所以既无热网,也无换热站。
4.2.3 环境影响
4.2.3.1 烟气
   根据各方案不同的燃料消耗量和烟气量,计算出的排放量浓度见表4.1。从表可见,各方案排放浓度均达标。大型燃气锅炉房氮氧化物(NOx)的排放浓度相对较高,是由于相对烟气量较小所致。

锅炉房污染物排放浓度
表4.1                                             单位:mg/Nm3

锅炉房规模 SO2 烟尘 NOx
(锅炉烟气排放浓度国家标准) (50) (50) (300)
大型燃气锅炉房 0.35 4.00 81
中型燃气锅炉房 0.31 4.00 26
小型燃气锅炉房 0.31 4.00 26
楼栋式燃气锅炉房 0.29 3.69 46

4.2.3.2 污水
   锅炉选用热水锅炉,按照北京的一般水质,对热网补充水的处理采用钠离子交换即可,无酸性及碱性水排放。
4.2.3.3 噪声
   选用低噪声设备,采取减振。隔声措施,采用燃烧器消声器、烟道消声器、水泵减震基础、隔声窗。隔声门,达到国家噪声控制要求。
4.2.4 能源利用效率
   燃气热水锅炉的热效率高,除容量极小的锅炉采用大气式燃烧方式致使热效率低于85%以外,锅炉热效率基本能达到90%左右。上述四种方案中,在供热量相同的情况下,由于锅炉热效率的不同,方案四(楼栋式燃气锅炉房)燃气量较大,方案一(大型燃气锅炉房)燃气量最小。
   燃气在锅炉中的燃烧温度约1400°C,而产出的供水温度一般在95~130°C之间,由于传热温差过大,从能源品位的利用角度考虑,上述四种区域锅炉房供热与热电联产供热相比是不经济
的。
4.2.4 技术经济分析
   具有间接供热方式的方案一和方案二规模较大,一般由供热公司或房地产开发公司经营,只负责到换热站之前。在进行投资计算时,只计算到换热站前,即工程总投资不含二次管网的投资。方案三和方案四一般由建设单位管理,锅炉房和(或)二次网投资皆由建设单位筹措。各方案的技术经济指标计算结果见表4.2。

燃气锅炉房主要技术经济指标表

表4.2                                             

序号 名称 单位 方案一 方案二 方案三 方案四
1 锅炉容量×台数(锅炉房数量) MW×台(座) 116MW×3(1座) 14MW×5(5座) 4.2MW×(28座) 0.35MW×3(366座)
2 锅炉安装总容量 MW 348 350 352.8 384.3
3 小时最大热负荷 MW 348 348 348 348
4 小时额定燃气量 Nm3/h 38820 39690 39690 40590
5 年燃气量 104Nm3 7891 8068 8068 8251
6 占地面积(锅炉房/热交换站) hm2 2.2 2.65 5.6 安装在每栋楼里
7 锅炉房总投资 万元 22500 16500 18144 17585
8 热网总投资 万元 44000 24400 11340 4311
9 供热工程总投资 万元 66500 40900 29484 21896
10 年供热总成本 万元/a 19309 18258 17602 17530
11 单位面积供热成本

元/m2.a

35.11 33.51 32.00 31.87

4.3 适用条件与适用范围
   通过上述四个方案技术性能与经济分析,对于区域锅炉房的供热方式的适用条件与使用范围,可形成以下共识:
   (1)由于煤改气,清洁燃料天然气的使用,大型区域锅炉房(方案一)在燃烧效率、环境影响等方面已无明显优势,而中型、小型区域锅炉房(方案二、三)则有投资省、运行成本低、规模适中、布局灵活等(特别是方案三)的突出优势。因此,对于燃气的区域锅炉房供热,其规模在几万至几十万平方米供暖面积的范围内较为适宜。
   (2)楼栋式锅炉房(方案四),虽有投资小、运行成本低。占地少(布置在住宅楼内)、便于筹资的优点,但其燃烧效率较低,不易采取低NOx措施,再加上烟气的低空排放等原困,不适合大面积采用,可作为其它区域锅炉房供热方案的调剂和补充。
   (3)大型燃气锅炉房主要问题是投资高,但其锅炉燃烧效率高,可采用低NOx措施,运行成本较低,相对占地面积小,对于已形成市区热网的地方,为充分发挥己有集中供热的潜力,可适当配合采用。
5 燃用天然气常规热电联产供热
5.1 概述
5.1.1 基本原理
   同时生产电能和热能(蒸汽或热水)的能量转换生产过程称为热电联产。这种生产过程一般是在装备有蒸汽锅炉和汽轮发电机组的发电厂内实现,因此,称为热电厂。采用这种方式供热亦称为常规热电联产供热。
   热电厂因供热方式不同,有多种机组型式:背压机组,是不设置冷凝器,适当提高汽轮机的尾部汽压,用尾部蒸汽直接供热或通过换热器交换成热水对外供热。抽汽机组,是保留冷凝器,在汽轮机的中段增设抽汽口,由抽汽口抽出的蒸汽(或交换成热水)供热。抽背机组,是背压机组与抽汽机组相结合的一种型式。低温循环水供热,亦称低真空供热,是将冷凝器的冷凝压力(0.005Mpa,饱和温度33℃)适当提高,如0.04Mpa(饱和温度76°C),将冷凝器中交换出的热水(60°C-70°C)直接供热,或通过外部加热器再次提高供水温度向外供热。
   热电厂生产的原则是以热定电,供暖期间,按热定电运行,非采暖季则以生产负荷定电运行,无生产负荷时,也可纯凝汽运行但经济性较差,甚至低于同容量的凝汽式机组(两用机组除外)。
   热电厂中蒸汽锅炉的燃料为煤、油、燃气等。过去,北京市的热电厂绝大多数以燃煤为主,少量燃油。由于燃料结构的变化,今后北京市已建热电厂和新建热电厂都要以燃烧天然气为主,燃油为辅。
5.1.2 技术性能分析
   热电联产与热电分产相比较,最大的优点是提高了能源利用率。对于凝汽式火力发电厂,能量总损失约为60-70%(包括锅炉效率、汽轮机内效率、汽机和发电机损失、冷却水热损失等),发电效率只有30-40%,其中能量损失最多的是凝汽冷却水源,一般是通过冷却塔将能量发散至大气中,这部分能量,品位低(32℃)数量大,约占燃料总能量的45-55%。热电联产的基本目的(不论何种机组型式),是将在汽轮机内膨胀作功后的蒸汽或适当提高汽轮机尾部蒸汽压力,亦即提高冷源的能量品位(提高温度),满足对外供热的需求。通过这种废热利用,热电厂的总能量利用率可提高至70-85%。
   若从热电分产考虑,供热热源(区域锅炉房)的能量利用率主要取决于锅炉热效率,北京市区域锅炉房的锅炉容量在10t/h以上的只占一部分,相当数量是t/h及以下的小锅炉。若考虑锅炉热效率在60-80%之间变动,则热电分产的综合能量利用率约为45-60%,则热电联产比热电分产能量利用率可提高25%左右。这是国家鼓励在条件允许的前提下,发展热电联产的基本依据。
5.2 工程分析
5.2.1 规模
   设定新建的燃气常规热电厂总供热负荷为1256.04GJ/h(300×106kcal/h)。拟选三炉二机,额定总发电容量115MW。燃料为天然气,0#轻柴油为备用燃料。
5.2.2 系统与设备
   电站蒸汽锅炉生产9.8Mpa,540°C的主蒸汽,到汽轮机主汽门前压力为8.83Mpa,温度535°C进入汽轮机发电。背压机组发电容量65MW,抽汽机组发电容量50MW。背压机组背压为0.294Mpa,通过1号基本加热器,承担供热的基本热负荷(648.27GJ/h);抽汽机组的抽汽经过2号基本加热器加热热网供水,与背压机组共同担负供热的腰部热负荷988.58GJ/h。当室外温度继续下降,则通过主蒸汽的减压减温,在尖峰加热器中将供水温度加热至设计水温130℃(设计热负荷1256.04GJ/h)。
   常规热电厂的主要设备:
   燃气锅炉                      3台
   容量                          230t/b
   出口压力                      9.8MPa
   出口温度                      540℃
   给水温度                      215~235°C
   热效率                        90%
   燃料                          天然气
   汽轮机                        1台                         1台
   汽轮机型式                    B50-8.83/0.294              C50-8.83/0.1177
   功率 额定/经济(MW)         65/60                       50/50
   进汽压力(MPa)               8.83±0.49                  8.83±0.49
   进汽温度(℃)                535°C                       535℃
   进汽量额定/最大(t/h)        370/410                     260/310
   抽(排)汽压力(MPa)         0.294±0.1                  0.118+0.13-0.05
   抽(排)汽量 额定/最大(t/h) 306.1/385.7                 180/200
   抽(排)汽温度(℃)          146°C                       饱和
   给水温度(℃)                225.2                       235
   发电机                        2台
   发电机型式                    QFS-60-2
   功率(MW)                    60
   出线电压(kV)                10.5
   频率(Hz)                    50
   功率因数                      0.8
   励磁方式                      无刷励磁
   水源可选用经处理过的中水,以节约水资源。循环冷却水水量见表5.1。
表5.1                      循环冷却水水量表

凝汽量(t/h) 冷却水量(t/h)
凝汽器 冷油器及发电机冷却 合计
最大供热工况 35.567 2134 590 2724
非供热工况 143.8 8628 9218

   选用2000m2自然通风冷却塔一座。
   水工补充水见表5.2。
  表5.2                         补充水量表

补充水项目 补水量(t/h) 备注
循环水蒸发损失 100 中水
循环水风吹损失 10 中水
其他生产用水 90 中水
化学补充水 110 自来水
生活用水 18(厂区)生活区社会供应 自来水
合计 中水200t/h,自来水128t/h  

5.2.3 环境影响
5.2.3.1 烟气
   根据燃料消耗量和产生的烟气量,计算出的排放浓度为:二氧化硫0.34mg/m3,烟尘4.3mg/m3,氮氧化物79mg/m3,均在国家二级排放标准之内。
5.2.3.2 污水
   冷凝器循环冷却水排至城市雨水管网,其他工业废水集中处理达标后回收利用,生活污水经处理达标后排入城市污水管网。
5.2.3.3 噪音
   热电机组产生的噪音,除选择低噪声设备外,应设置隔声罩和消音器。冷却塔机力通风应尽量远离居民集中区。
5.2.4 能源利用效率
   关于能源利用的热经济指标见表5.3:
5.2.5 技术经济分析
   该常规热电联产主要技术经济指标见表5.4。
表5.4                     常规热电联产主要技术经济指标

投资(万元) 运行成本 占地面积(公顷)
热源 热网 总投资 供热成本(元/GJ) 发电成本(元/kkWh)
57000 44000 101000 65.65 387.16 8

表5.3                      常规热电联产能源利用热经济指标

  运行时段

机组

指标项目

采暖期 全年
B50 C50 锅炉主汽减压减温 合计 B50 C50 锅炉主汽减压减温 合计
年供热量(GJ/a) 188×104 57.92×104 26.88×104 272.8×104 188×104 57.92×104 26.88×104 272.8×104
年发电量(KWh/a) 18698.3
×104
14520×104 33218.3×104 18698.3
×104
25000×104 43698.3×104
年用气量 8722.4
×104
5543.7
×104
1027.31
×104
15293.41
×104
8722.4
×104
8915.5
×104
1027.31
×104
18665.21
×104
供热气耗率(Nm3/GJ) 32.07 32.07
发电气耗率(Nm3/KWh) 0.197 0.227
热电比(%) 206 156
全厂热效率(%) 72.96 65.52

5.3 适用条件和使用范围
   常规热电联产在全年供热工况的节能和经济效益都相当显著,如果仅用于冬季采暖供热,在供暖季节当然效益尤佳,但非采暖季就停机,或纯凝汽运行都是不合适的;如果非采暖季有生活热水负荷或生产性负荷当然可以继续运行。由于本电站机组的抽汽和排汽压力都是按采暖负荷选用的,最高压力为0.245MPa,仅适用于生活热水负荷和电站附近的制冷工艺。
   在燃煤的条件下,常规热电联产供热的节能和经济效益都比热电分产有明显优势。但在燃料为天然气的条件下,是否采用常规热电联产供热方案,除了要与区域锅炉房进行全面的技术经济比较外,还应与联合循环热电联产的供热方案进行比较,因为,在这种情况下,燃气-蒸汽联合循环热电联产的节能效益可能更加明显。
   6 燃气—蒸汽联合循环热电联产供热
   6.1 概述
   6.1.1 基本原理
   这种热电联产供热,是由燃汽轮机与汽轮机共同组成的联合循环。此循环中,天然气与压缩空气在燃烧器内混合燃烧,产生的高温烟气进入燃气轮机膨胀作功(部分用于带动压缩机),带动发电机发电,燃气轮机排出的高温烟气进入余热蒸汽锅炉,加热产生的过热主蒸汽进入汽轮机,经膨胀作功发电,从中部抽出部分蒸汽向外供热,余汽继续作功发电,尾部排出的乏汽进入冷凝器。
   燃气-蒸汽联合循环有多种型式:余热锅炉型联合循环是其中的一种,其特点是余热锅炉是燃气轮机和汽轮机之间的循环结合点,故此得名。在各种燃气—蒸汽联合循环中,余热锅炉型联合循环是目前应用最多、效率最高已经商业化的实用动力机械。
   余热锅炉型联合循环,其燃气侧可以加间冷、再热;蒸汽侧一般有回热,也可再热。多压余热锅炉,是同时产生多种压力参数的蒸汽,以提高蒸汽侧的工作性能。目前以双压余热锅炉较多。余热锅炉还分有补燃和无补燃两种。有补燃的作用,是在余热锅炉中新补燃一些燃料,以产生较高参数的蒸汽。
   6.1.2 技术性能分析
   常规热电联产的能量利用率,只说明了燃料能量在数量上的有效利用程度,并未考虑燃料能量在质量上的利用差别。燃气-蒸汽联合循环热电联产与常规热电联产相比较,前者突出的优点就是提高了燃料能量在质量上的利用程度。
   常规热电联产的锅炉中,天然气的燃烧温度接近1400℃,而产生的过热主蒸汽,其最高温度不超过630°C,由于传热温差过大,在汽轮机中远没有把高品位的燃料能量充分利用。在燃气轮机中,循环的最高工作温度己超过1250℃,接近燃烧温度,说明燃气轮机对高品位的燃料能量的利用率远高于汽轮机。但燃气轮机的排气温度过高(约500℃左右),热损失过大。实现燃气一蒸汽联合循环,就可以使燃气轮机和汽轮机“取长补短”,充分利用高品位的燃料能量。目前燃气-蒸汽联合循环的发电效率都在45%以上,最好的己超过55%,如果再加上供热对低品位燃料能量的利用,燃气-蒸汽联合循环热电联产的总能量利用率可达85-95%。因此,燃气-蒸汽联合循环热电联产供热具有全品位充分利用燃料能量的技术性能。但是,燃气-蒸汽联合循环热电联产也存在热电比较小的缺陷,如果供热是主要目标,可采取补燃或外置热水锅炉等手段给于补充。
6.2 工程分析
   为便于课题研究,选用热化系数为0.66、0.33的燃气-蒸汽联合循环热电厂和设定的区域热电厂(热化系数为0.44)作为工程实例进行分析。燃料为天然气。
6.2.1 规模
6.2.1.1 燃气-蒸汽联合循环热电联产(I)
   该方案以北京热力集团公司拟建的某燃气-蒸汽联合循环热电厂为原型。热电厂最终规模为配置两套109E型联合循环热电机组,供热总热负荷为1256.04GJ/h(300×106kca/h);发电总出力在凝汽工况时为561MW,在供热工况时为486MW,机组年利用5000小时。热化系数为0.66。该方案简称联合循环热电联产(I)。
6.2.1.2 燃气-蒸汽联合循环热电联产(II)
   供热总热负荷仍为1256.04GJ/h;选用一套109E型联合循环热电机组和二台116.28MW ( 100×106kcal/h)的热水锅炉;热化系数为0.33。该方案简称联合循环热电联产(II)。
6.2.1.3 联合循环区域性热电联产
   为与燃气-蒸汽联合循环热电厂作比较,现设计了联合循环域性热电厂。其设计原则是以热定电,总供热负荷亦为1256.04GJ/h,与上述两个联合循环热电厂相当。该方案简称区域性热电联产。
   该方案需设两个发电站,每个电站拟选二套PG6561B燃气-蒸汽联合循环机组,每套机组承担供热负荷140GJ/h(33.44×106kcal/h),每套机组总发电容量51.6MW。此外,还加设一套热水锅炉,承担尖峰负荷,出力为174GJ/h(41.56×106kcal/h)。总供热能力为628GJ/h(150×106kcal/h),热化系数为0.44
6.2.2 系统与设备
6.2.2.1 联合循环热电联产(I)
   联合循环采用余热锅炉型联合循环机组。燃气轮机单台发电容量122MW,额定排气温度544℃,余热锅炉为双压无补燃强制循环,产出8.75MPa、521°C过热蒸汽进入汽轮机。汽轮机为抽汽机组,单台汽轮机的发电容量:凝汽工况65MW,抽汽工况40MW。额定抽汽压力0.311MPa,通过换热器,将热网供水加热至设计供水温度130°C,经厂内管网与城市热力网主干线连接。
   冷却水补水拟用中水,需水量约771m3/h;余热锅炉的补给水、热网补水、空调、生活用水皆由城市自来水供给,需水量133m3/h。
   热电厂按200KV一级电压出线。
   每套主要设备(共2套)
   (1)燃气轮机                 型号-PG9161 (E)
                                              额定功率-122MW
                                              额定排气温度-544℃
               发电机                   额定容量-153MVA
   (2)余热蒸汽锅炉         型式一双压、强制循环、立式
                                              高压蒸汽出口压力/温度-8.75MPa/521℃
                                      高压蒸汽出口流量-182t/h
                                              低压蒸汽出口压力/温度-0.689MPa/248°C
                                              低压蒸汽出口流量-45.5t/h
   (3)蒸汽轮机              额定功率  凝汽工况/抽汽工况-65/40MW
                                     高压缸迸汽压力/温度-8.38MPa/518°C
                                     高压缸进汽流量-182t/h
                                     低压缸进汽压力/温度-0.689MPa/248°C
                                     低压缸进汽流量-45.5t/h
                                            额定采暖抽汽压力/温度-0.311MPa/146°C
                                     额定采暖抽汽流量-181.5t/h
                                            排汽压力—5.11kPa
        发电机                        额定容量-82MVA
6.2.2.2 联合循环热电联产(II)
   联合循环方式同联合循环热电联产(I)。一台109E型联合循环热电机组负责承担供热的基本负荷;两台116.28MW燃气热水锅炉分别担负腰部和尖峰供热负荷。
   除热水锅炉外,其他设备同联合循环热电联产(I)。
6.2.2.3 区域性热电厂
   压缩空气与天然气在燃烧室混合燃烧产生的高温烟气进入燃气轮机膨胀作功,作功后的烟气排出温度532°C,进入双压、无补燃烧、自然循环的余热锅炉,产生的3.87MPa、450℃的蒸汽,导入抽汽式汽轮机作功。汽轮机中部有抽汽口,抽汽压力0.78MPa,抽汽量50t/h,用来向外供热,其余蒸汽继续作功发电,最后排入冷凝器。
   本供热系统,有三个热源点:一是来自蒸汽轮机的抽汽,二是来自锅炉尾部烟气余热,另一是来自热水锅炉。
   供热系统流程是:热网回水一部分进入锅炉尾部加热器加热,另一部份进热网加热器,由汽轮机中部抽汽加热,两部分加热后的热水再进入热水锅炉继续加热至采暖需要的温度,并入热网,供采暖用热。
   每套主要设备(共4套):
   (1)燃气轮机发电机组2台(套)
    型号                       PG6561B
    型式                       重型、单轴、快装式
    额定功率                   39.6MW
    热耗率                     11320KT/kWh
    排气温度                   532°C
    排气量                     519t/h
    转速                       5100r/min
    发电机出线电压             10.5kV
    发电机转速                 3000r/min
    发电机频率                 50Hz
   (2)余热锅炉               2台
        型号                   Q406/541-67(11)-3.82(0.05)/450
        型式                   双压、无补燃、自然循环
        额定蒸发量             68t/h
        出口蒸汽压力/温度     3.82MPa/ 450°C
        低压蒸汽压力/温度     0.34MPa/ 138℃
        低压蒸汽量             9.75t/h
        给水温度               20~25℃
        出口烟气温度           105℃
   (3)蒸汽轮机发电机组       2台
        型式                   单缸、抽汽凝汽式
                               无回热抽汽
        额定功率               12MW
        进汽压力/温度         3.43MPa/435°C
        抽汽压力               0.785MPa
        抽汽温度               290°C
        抽汽量                 50t/h
        排汽压力               0.006MPa
        转速                   3000r/min
        发电机出线电压         10.5kV
        发电机转速             3000r/min
        发电机频率             50Hz
   (4)热水锅炉               2台
        型号                   DHL58-2.45/180/110-A
        额定容量               58MW
        设计供水温度/回收温度  180/110°C
        设计压力               2.45MPa
        设计热效率             90%
   联合循环机组共选用4台循环水冷却塔。该方案最大循环水量为9300m3/h(含冷凝器冷却循环水、燃气轮机单循环冷却水)。总自来水补水量483m3/h,总中水补水量158m3/h。
6.2.3 环境影响
   热电厂运行对环境影响主要是排放的烟气、污水和噪声。
6.2.3.1 烟气
   热电厂因燃用天然气排放的烟气中主要污染物为SO2和N0x。采用低NOx燃烧方式情况下,根据燃料消耗量和烟气量计算出的主要污染物排放浓度见表6.1。

联合循环热电联产主要污染物排放浓度
表6.1                                                     单位mg/Nm3

  SO2 烟尘 NOx
联合循环热电联产(I ) 0.23 微量 63
联合循环热电联产(II) 0.41 微量 115
区域性热电联产 0.36 4.54 84

6.2.3.2 污水
   热电厂工艺系统运行产生的污水,主要有循环冷却水外排水,化学酸碱废水,厂房地面冲洗废水,余热锅炉清洗废水及其他废水。其中除循环冷却水排放城市雨水管网外,其他工业废水经集中处理达标后尽可能回收利用,少部分排至城市污水管网。生活污水经二级生化处理达标后,也排入城市污水管网。
6.2.3.3 噪声
   联合循环热电联产(I)设备运行产生的噪声,在厂房内噪声值在90dB(A)左右,在厂房外噪声值为70-80dB(A)。降低噪声值的主要措施是在设备选型和定货时选 用较低噪声设备,对噪声大的设备安装隔声罩或消音器,室外机力通风冷却塔避免布置在居民集中区同侧,以减少对周围环境的影响。
   联合循环热电联产(II)和区域性热电联产的噪声情况及消声措施与联合循环热电联产(I)基本相同。
6.2.4 能源利用效率
   经计算,联合循环热电联产(I)在供热工况下联合循环热电联产的综合热效率达76.37%。而同样供热能力、发电出力的热电分产方式的综合热效率仅为62.1%。热电联产方式比热电分产方式的综合热效率高14.27%。
    联合循环热电联产(II)供热方式的全年热能利用率为69.3%,其能源利用热经济指标见表6.2。
表6.2                 联合循环热电联产(II)能源利用热经济指标

运行时段

机组

指标项目

采暖期 全年
燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉 合计 燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉 合计
年供热量
(GJ/a)
  107.2×104 165.63
×104
272.83
×104
  107.2
×104
165.63
×104
272.83
×104
年发电量
(KWh/a)
35428.8
×104
11616×104   47044.8
×104
61000×104 25240×
104
  86240×104
年用气量(Nm3/a) 10734.68
×104
  5340×104 16074.68
×104
18482.58
×104
  5340×104 23822.58
×104
供热气耗率
Nm3/GJ
32.24 32.24
发电气耗率(Nm3/KWh 0.155 0.174
热电比(%) 161 87.56
热效率(%) 78.22 69.3

   区域性热电联产供热方式的全年热能利用率为65.3%,其能源利用率经济指标见表6.3。
表6.3                         区域性热电联产能源利用热经济指标

运行时段

机组

指标项目

采暖期(1个电站) 全年(1个电站)
燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉 合计 燃气轮机 蒸汽轮机 热水锅炉

合计

年供热量
(GJ/a)
  81.31×
104
55.11×
104
136.42×
104
  81.31×104 55.11×
104
136.42×
104
年发电量
(KWh/a)
22999.68
×104
6969.6×
104
  29969.28
×104
39600×
104
14947.81
×104
  54547.81
×104
年用气量(Nm3/a) 7404.3
×104
  1741×104 9145.3
×104
12748.44
×104
  1241×104 14489.44
×104
供热气耗率
Nm3/GJ
31.6 31.6
发电气耗率(Nm3/KWh 0.161 0.197
热电比(%) 75.35 57
热效率(%) 75.96 65.3

6.2.5 技术经济分析
   联合循环热电联产(I)、联合循环热电联产(II)和区域性热电联产的技术经济指标见表6.4。
表6.4                        联合循环热电联产技术经济指标

供热方式 投资(万元) 运行成本 占地面积(公顷)
热源 热网 总投资 供热成本(元/GJ) 发电成本(元/kkwh)
联合循环热电联产(I) 207908.96 44000 251908.96 62.98 295.94 9
联合循环热电联产(II) 99300 44000 143300 63.76 302.54 9
区域性热电联产 100000 44000 144000 62.72 334.68 9

6.3 适用条件与使用范围
6.3.l 三个燃气-蒸汽联合循环热电联产供热方式,烟气排放浓度都在国家排放标准以内,能源利用率都比较高,特点是能源全品位的梯级利用,具有较高的技术性能。
6.3.2 热化系数为0.66的联合循环热电联产(I)运行成本最低(主要是发电成本),这是因为供热部分充分利用了低品位热能所致;但该方案初投资过大,全年用于发电的燃料消耗量(占75%)过多,且年污染物排放量最大,厂址又离市区过近。从环保制约和国家规定的热电联产中发电比重不宜过大的原则出发,该方案不宜优先考虑。
6.3.3 热电联产应坚持以热定电的原则,联合循环热电联产(II)和区域热电联产的热化系数分别为0.33和0.44,虽然其运行成本较高,但有利于环保,初投资较低。特别是区域热电联产方式,便于单位自筹资金,在允许上网的条件下,在热电联产方式中应优先考虑。

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