某熱電廠新增燃氣鍋爐保障工業供氣可行性分析

山西華陽集團新能股份有限公司發供電分公司 李升明

某熱電廠總裝機容量為130MW，屬于坑口自備電廠，后期由于市政規劃，為滿足居民集中供熱需求，擴建一臺共用機組，只在冬季供暖期供熱。電廠建設的初衷是保證煤礦供電、生產生活用蒸汽，特別是對北方冬季防止煤礦坑口防凍起著舉足輕重的作用。

電廠自備機組裝機容量2×35MW，公用機組裝機容量為60MW，自備機組發電機通過2臺SF8-45000/35型變壓器升壓，經三趟35kV 聯絡線與坑口煤礦降壓站及自備電網110kV 降壓站相連；公用機組發電機通過1臺SF10-80000/110型變壓器升壓，單回110kV 線路接入國網220kV 變電站，同時電廠配有1臺10t/h 燃氣鍋爐，在電廠正常生產時周邊煤礦生產生活用氣由汽輪發電機接帶，在電廠停產檢修時，啟用10t/h 燃氣鍋爐，供電廠啟動用及周邊煤礦生活用蒸汽，燃氣鍋爐總貌如圖1所示。

圖1 燃氣鍋爐總貌

1 項目建設的必要性

電廠供熱區域主要為周邊煤礦居民，同時包括周邊煤礦班中餐、澡堂，總供熱面積為600萬m2，年總供熱量340萬GJ，年發電量6.2億kWh，電廠蒸汽供熱區域為周邊煤礦廣場區域、洗煤廠區域、壓風機房新廠區，日供汽量約為300t。省、市貫徹落實中央生態環境保護督察報告整改方案的要求，要求機組實行“上大壓小”，進行容量置換，電廠3臺機組當年3月底采暖期結束后停止運行。

電廠燃煤機組停運后，原來由電廠供熱的行政福利區域熱水系統將由新建電廠機組供應。由于周邊煤礦距離新建電廠10km，無法實現長距離蒸汽供汽，原來由電廠蒸汽供熱區域為坑口煤礦廣場區域、洗煤廠區域、壓風機房新廠區將失去熱源，需要重新設置熱源供應原有的蒸汽供熱系統，為此在電廠舊廠區擴建礦井瓦斯燃氣鍋爐用于坑口煤礦原有的蒸汽供熱系統的供熱熱源，以保證煤礦冬季安全生產。

2 熱負荷計算

2.1 新景礦現在實際蒸汽用量

根據電廠實際運行情況，周邊礦現在實際蒸汽用量見表1。

表1 蒸汽管道供汽數據統計

根據表1數據，周邊煤礦現在實際蒸汽用量如下。

采暖期：供氣時間13h，小時供氣量約為26t/h～28t/h。非采暖期：供氣時間13h，小時供氣量約為15t/h～-20t/h。新景礦蒸汽供熱負荷為采暖期最大28t/h，非采暖期最大為20t/h。

2.2 井筒防凍熱負荷

井筒防凍熱負荷按下列公式計算：

式中：Q—井筒防凍所需熱負荷，kW。

0—井筒進風流量，m3/s。

ρ—空氣密度，取1.243kg/m3。

Cp—空氣質量平均比熱，取1.01kJ/kg.℃。

T1—冷、熱風混合后溫度，取2℃。

T0—冷空氣計算溫度，取－16.1℃。

周邊礦現有主斜井和副立井2個進風井熱負荷有電廠熱源提供，進風量分別為：主斜井41.3m3/s、副立井110.0 m3/s，井筒防凍熱負荷統計見表2。

表2 井筒防凍熱負荷統計一覽表

主斜井和副立井2個進風井熱負荷有電廠熱源提供，其中主斜井的井筒防凍由電廠的蒸汽系統直接供給，折合蒸汽用量約1.5t/h，上述蒸汽負荷已經包含；副立井的井筒防凍由三電廠的高溫熱水系統供給，折合蒸汽量4.0t/h。

3 設備選型和附屬設施

3.1 鍋爐選型設計

綜合考慮蒸汽系統和熱水系統的熱負荷后，周邊煤礦總體供熱負荷為：采暖期最大為32t/h（蒸汽負荷28t/h+高溫熱水負荷4t/h），非采暖期最大20t/h。

利用現有啟動鍋爐房內的WNS10-1.25-Q 型燃氣蒸汽鍋爐1臺。設計新選用WNS15-1.25-Q 型燃氣蒸汽鍋爐2臺，額定工作壓力1.25MPa，額定蒸發量為15t/h，額定蒸汽溫度194℃。設計燃料：礦井瓦斯，配置鍋爐給水泵3臺，流量18.0m3/h，揚程160m，功率18.5kW，二用一備[1]。

非采暖季啟用1臺WNS15-1.25-Q 型燃氣蒸汽鍋爐和1臺WNS10-1.25-Q 型燃氣蒸汽鍋爐，采暖季2臺NS15-1.25-Q 型燃氣蒸汽鍋爐和1臺WNS10-1.25-Q 型燃氣蒸汽鍋爐同時啟用。燃氣鍋爐房正常通風量按換氣次數6次/h 確定，事故排風量按換氣次數12次/h 確定。

3.2 煤氣輸送管道

2臺15t/h 的燃氣鍋爐加上原有的10t/h 鍋爐小時用氣量約10000m3/h。

煤氣管路擬接自馬家坡河與桃河交界處的供氧化鋁二期DN700的中壓煤氣主管，設計管徑D529×9，管道沿桃河直向西埋敷設電廠西側蘆湖河與桃河交界處，從橋底直埋穿越賽魚西路后，過路直埋至電廠，然后架空敷設至電廠燃氣鍋爐房調壓計量間，距離約為4500m。

3.3 輔助設施

鍋爐房軟化水可以利用電廠現有軟化水制備系統及水箱，鍋爐給水泵、常溫海綿鐵除氧器，以及汽—水換熱機組設置于軟化水箱附近的原有燃煤鍋爐換熱設備間內，鍋爐給水管及鍋爐供汽—水換熱機組的蒸汽管道均沿著車間外墻架空敷設至用水及用氣點處。鍋爐房還配置了燃氣專用的調壓計量間及配電設備專用的配電室、控制室，以及煙氣在線檢測室等。

3.4 控制系統

系統采用DCS 集中分散控制，信息管理集中的結構，在底層控制系統的基礎上建立上位集中監控系統。通過操作權限的設置，使系統在正常運行中排除外來人員的誤操作，同時也保證了工程師可以根據現場情況隨時修改運行參數和運行算法，提高系統運行的靈活性。

單臺鍋爐控制柜由鍋爐廠家自帶控制箱，預留與上位機集中監控系統通信接口。輔機控制柜由設備廠家自帶控制箱，預留與上位機集中監控系統通信接口。1臺10t 鍋爐為利用現有，將其現有控制柜接入集中監控系統。整套控制系統含有手動/自動控制，就地/遠程控制，便于操作[2]。

3.5 可燃氣體報警系統

鍋爐房燃氣調壓計量間、燃氣鍋爐間及其他可能產生可燃氣體泄漏的房間內設置防爆型可燃氣體報警探測器。控制室設置可燃氣報警控制器，當任意一臺防爆可燃氣體報警探測器的測試值達到規定值時，監控系統聲音報警的同時啟動鍋爐房風機進行通風，工作人員可根據各報警器顯示的數值在短時間內查找泄漏點并及時進行維修。

4 電負荷計算

新建鍋爐房設380V 低壓配電室及電控室各一間，與新建燃氣鍋爐房聯建。

新建鍋爐房用電負荷屬二級負荷，用電設備額定功率為269.5kW，計算功率為228.5kW，負荷統計見表3。

表3 電氣負荷統計

燃氣鍋爐房配電室380V 雙回路電源就近分別引自場面兩臺現有變壓器，供電距離200m，因采用低壓380V 供電且負荷較大，為滿足載流量及壓降要求，選用雙電纜并聯供電，電纜型號NHYJV22-0.6/1kV-4×185+1×95，穿鍍鋅鋼管室外地坪下埋深0.8m 敷設。低壓配電室設GGD2型低壓配電柜4臺，分別為1臺雙電源進線柜和3臺出線柜。低壓電源電纜載流量校驗：

式中：Ijs—用電負荷最大電流（A）。

Pjs—最大有功負荷（kW）。

Ue—額定電壓（kV）。

cosφ—用電負荷功率因數。

NHYJV22-0.6/1kV-4×240+1×120埋 地敷設時的載流量為318A，并聯敷設時載流量為318×2×0.8=508.8A，電源線路載流量滿足要求。

低壓電源電纜電壓降校驗：

ΔU%—電壓降百分數。

Δu%—線路每A·km 負荷矩電壓損失百分數。

當cos=0.85時，單根電纜Δu%=0.064%，雙電纜并聯Δu%=0.032%。

Ijs—用電負荷最大電流（A）。

L—線路長度（km）。

電源供電線路壓降滿足要求。

5 氣源平衡分析

設計最大日供氣量9.6萬m3，瓦斯氣源為集團老區礦井煤層氣，集團老區儲配站日供氣設計規模為150萬m3，現平均每天供民用、工商用戶、煤泥烘干約20萬m3、4座煤層氣電廠約80萬m3、采暖鍋爐約7萬m3、煤氣公司民用、采暖及工業用戶20萬m3，總計127萬m3，可供本工程氣量23萬m3，新建熱電廠新增燃氣鍋爐設計最大日供氣量9.6萬m3，老區氣源完全可以滿足本工程的需求。

6 盈利能力分析

項目建成投產后，每年可產蒸汽總量為11.07萬t，售價為275元/t（不含稅）。預計可實現年均營業收入3044萬元（含稅），年均利潤總額968萬元，年均凈利潤726萬元，年均息稅前利潤968萬元。項目稅后投資回收期4.8年（含1年建設期），稅后投資財務內部收益率26.18%，稅后財務凈現值為3091.21萬元，盈虧平衡點56.78%[3]。

總之，從以上分析來看，新建燃氣鍋爐建成后以煤礦瓦斯代替煤炭燃料，燃氣鍋爐本身低氮燃燒后NOX≤50mg/Nm3，符合國家產業和環保政策，既節約了能源，又減少了大氣污染，特別是滿足了周邊煤礦生產生活用氣，其經濟效益、環保效益非常明顯。