熱電聯(lián)產(chǎn)項目機組選型評估要點

1、熱電聯(lián)產(chǎn)項目機組選型評估要點1. 前言我國北方冬季寒冷，過去大部分城市冬季釆暖以分散的小鍋爐為主，效率低下，污染嚴重。 隨著人們節(jié)能意識的提高、環(huán)保壓力的日益增大，區(qū)域集屮供熱慢慢取代分散小鍋爐供熱，熱電 聯(lián)產(chǎn)作為一種高效、環(huán)保的能源利用方式，越來越被人們認可。熱電聯(lián)產(chǎn)具有節(jié)約能源、改善環(huán)境、提高供熱質(zhì)量、增加電力供應(yīng)等綜合效益。熱電廠的建 設(shè)是城市治理人氣污染和提髙能源利用率的重要措施，是集中供熱的重要組成部分，是提高人民 ?；钯|(zhì)量的公益性基礎(chǔ)設(shè)施。近年來，熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)發(fā)展較快，到2007年底，我國供熱機組總?cè)萘?00917j千瓦，占火電 裝機總?cè)萘康?8. 15%,單機容量從6000kw到

2、60(0,現(xiàn)已有1000 mw的供熱機組投運。但熱電企業(yè) 虧損多、贏利少，原因除煤價居高不下外，主要還因為供熱機組選型不合理，對熱負荷的調(diào)查和 預(yù)測不準，導(dǎo)致機組長期工作在非設(shè)計工況，效率低，運行成本高。熱電聯(lián)產(chǎn)機組選型是項目可 行性研究階段的分析重點，本文簡要介紹熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀，分析供熱機組的型式和特點，并提 出供熱機組選型基本原則，為該類項目的評估提供一定的參考。2. 熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀2.1熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)現(xiàn)狀我國一直重視發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，曾先后多次出臺鼓勵和支持政策。1998年，原國家計委等部門 聯(lián)合下發(fā)了關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的若干規(guī)定；2000年，原國家計委等部門又做了必要的修改, 并配套出臺了

3、熱電聯(lián)產(chǎn)項日可行性研究技術(shù)規(guī)定；2007年2月，國家發(fā)改委發(fā)布了熱電聯(lián) 產(chǎn)和煤什石綜合利用發(fā)電項目建設(shè)管理暫行規(guī)定；在國家發(fā)改委發(fā)布的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目 錄中，熱電聯(lián)產(chǎn)、集中供熱每次都是作為鼓勵類項冃。我國從50年代廿始發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，到目前己經(jīng)積累一定的經(jīng)驗，形成了大城市以大型凝氣采 曖兩用機組為主、中小城市發(fā)展中小型熱電聯(lián)產(chǎn)和具備規(guī)模的企業(yè)建設(shè)自備電站的行業(yè)格局。近年來，由于電力體制改革，網(wǎng)廠分開，投資體制改革，采用項目核準制，以及宏觀調(diào)控, 不少產(chǎn)業(yè)政策相繼明確與修改；特別是電價改革，從原來的“成本加法”向“邊際電價法”過度, 加上煤價放開，不少熱電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)經(jīng)營出現(xiàn)困難，出現(xiàn)行業(yè)整體虧損。

4、2.2國內(nèi)熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)存在的主要問題首先，由于國家對熱電聯(lián)產(chǎn)項冃的支持，使得我國熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展迅猛。也正是由于政策的寬 松，導(dǎo)致一些熱電項冃以供熱為名，以發(fā)電為主要冃的和利潤支持點。作為投資者，經(jīng)濟利益始 終是放在首位，許多投資者一開始就沒打算真正的搞熱電聯(lián)產(chǎn)，只是為了項目審批更加順暢。其次，熱電聯(lián)產(chǎn)項冃一般由投資方尋求供熱市場，存在諸多不確定因素。冇些地方政府為了 項目順利上馬，過大的估計熱負荷。由于對熱負荷的預(yù)測不準，誤導(dǎo)機組選型，導(dǎo)致機組在運行 期間長期處于非額定工況點，達不到設(shè)計指標，導(dǎo)致能源的浪費和環(huán)境的污染。另外，我國供熱價格普遍偏低，導(dǎo)致熱電廠大多以電補熱，爭奪發(fā)電小時數(shù)；熱電廠能

5、按供 熱工況運行的時間少，夏季只能按凝氣工況運行，效率低于同類型純凝機組。3熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀3.1熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)分析眾所周知，熱電聯(lián)產(chǎn)是相對于熱電分產(chǎn)而言，具有熱能利用率高，節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點。熱電聯(lián) 產(chǎn)是將高品位的熱能用于發(fā)電，將低品位的熱能用于供熱，實現(xiàn)了能源的梯級利用。舉個簡單的例子，假設(shè)有2千克煤，一個方案是1千克煤用于純供熱，1千克用于發(fā)電；另一 個方案是采用熱電聯(lián)產(chǎn)，則方案一按較高的供熱鍋爐效率（75%）和發(fā)電效率（煤耗273）能發(fā)出 3. 66瓦時的電，供應(yīng)熱能22050千焦；而方案二按照300mw的亞臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機組可以發(fā)出4. 72 千瓦時的電,供出24860t焦的熱能。3.1.1

6、熱電聯(lián)產(chǎn)與供熱鍋爐房現(xiàn)在工業(yè)燃煤供熱鍋爐的效率一般在50-80%,而電站鍋爐的效率一般高于90%, 因此在鍋爐內(nèi)將煤的化學能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮艿倪^程中，工業(yè)鍋爐的損失遠大于電站鍋爐。3.1.2熱電聯(lián)產(chǎn)與純發(fā)電火力發(fā)電廠能量平衡屮可以看出凝汽式汽輪機的排汽在凝汽器屮凝結(jié)時被冷卻水帶走大量 熱量，這種能量損失稱凝汽損失。凝汽式汽輪機電站中燃料化學能轉(zhuǎn)換為電能的熱效率最高只有 45%左右。背壓式汽輪機的排汽全部用于供熱，凝汽損失為零，熱能利用率顯著提高，達80%以上。抽 汽式汽輪機的抽汽用于供熱，這部分抽汽量不進入凝汽器，因此也可減少由冷卻水帶走的熱量損 失。如果將抽凝機組的汽輪機進汽簡單的假想成兩股汽流，

7、一股純凝汽流，一股供熱汽流，那么 純凝汽流的熱力循環(huán)相當于純凝機組，供熱汽流的熱力循環(huán)相當于背壓機組。那么供熱汽流由于 具有比背壓機更髙的內(nèi)效率而具冇較背壓機更髙的循環(huán)熱效率;純凝汽流山于沒冇大型純凝機組 內(nèi)效率高以及供熱機組結(jié)構(gòu)上相對于純凝機組的劣勢而具有較純凝機組稍低的循環(huán)熱效率。因 此，只有當供熱汽流與純凝汽流的比（或者發(fā)供熱量與發(fā)電量的比即熱電比）達到一定的數(shù)值時 才能具有較好的效果。3.2供熱汽輪機型式及特點3. 2. 1供熱汽輪機型式熱電聯(lián)產(chǎn)工程與常規(guī)火力發(fā)電工程除汽輪機和供熱系統(tǒng)外，其他系統(tǒng)人致相同。熱電聯(lián)產(chǎn)項 冃技術(shù)方案設(shè)計的重點就是選擇供熱汽輪機的型式。下面分別介紹冃前我國主

8、要供熱汽輪機型式 及其特點。按熱力學特性和熱力循環(huán)方式可分為：背壓式汽輪機（含抽汽背壓式汽輪機）、抽汽凝汽式 汽輪機。背壓式（或抽背式）供熱汽輪機沒有凝汽器，汽輪機的排汽全部用于供熱，沒有排汽冷源 損失。如在汽輪機的排汽前有抽汽，就稱抽背式供熱汽輪機。背壓式供熱汽輪機的優(yōu)點是供 熱量大，熱效率高;但熱負荷變化時，需靠調(diào)整主蒸汽流量，其發(fā)電量和發(fā)電效率均會下降; 當外界沒有熱負荷時，因沒有凝汽器只能停機。所以對需要長期供熱，而熱負荷變化不大的 場合較為適用。抽汽凝汽式供熱汽輪機在非供熱期和純凝式汽輪機一樣，有較高的發(fā)電效率；在供熱 期內(nèi)可以根據(jù)外界熱負荷的大小,相應(yīng)抽出不同的蒸汽量對外供熱。為確

9、保機組低壓缸安全 運行,仍需有一部分蒸汽做為最小冷卻流量進入低壓缸排入凝汽器。所以英最大供熱量和汽 輪機的熱效率均不如背壓式供熱汽輪機。近兒年國內(nèi)出現(xiàn)一種新型供熱汽輪機一一ncb雙軸新型供熱汽輪發(fā)電機組，是在抽-凝供 熱機的基礎(chǔ)上，采用兩根軸分別帶動兩臺發(fā)電機，用聯(lián)軸器連接兩根軸。在非供熱期,供熱抽 汽控制閥全關(guān)、低壓缸調(diào)節(jié)閥全開，汽輪機呈純凝工況（n）運行，具有純凝式汽輪機發(fā)電效 率高的優(yōu)點。在正常供熱期，供熱抽汽控制閥、低壓缸調(diào)節(jié)閥都處于調(diào)控狀態(tài)，汽輪機呈抽 汽工況（c ）運行，具有抽-凝供熱汽輪機的優(yōu)點，可根據(jù)外界熱負荷的需要調(diào)整供熱抽汽量, 而且還可以保持較高的發(fā)電效率。在高（尖）峰供

10、熱期，供熱抽汽控制閥全開、低壓缸調(diào)節(jié)閥 全關(guān)，汽輪機呈背壓工況（b）運行，具有背壓供熱汽輪機的優(yōu)點，可做到最大供熱能力。低壓 部分處于低速盤車狀態(tài)，可隨時投運。3. 2. 2供熱汽輪機特點我國供熱汽輪機隨著我國電力裝備行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展，山過去常規(guī)的小型供熱機組，到大型 抽凝兩用機組和大容量高效專用供熱機組。不同型式的汽輪機具有不同的適用性，在給定的邊界 條件下，選擇合適的汽輪機型式是熱電聯(lián)產(chǎn)項目技術(shù)方案論證的重點內(nèi)容。背壓機的運行完全是"以熱定電”，發(fā)電機的出力完全受熱負荷的制約，熱負荷的變動將引 起機組運行負荷的波動，使背壓機工作在非設(shè)計工況，熱效率降低。在沒有熱負荷時，背壓機只

11、能停機。背壓機的容量一般較小，目前我國最大的背壓機為25mw，進汽為211噸/小時243 噸/小時、壓力參數(shù)為8. 83mpa、535°c,排汽壓力為1.47 mpa313.2°c,排汽量為207噸/小時。 背壓機是以供熱為主，適用于我國北方供暖期長的中小城市和具有常年穩(wěn)定工業(yè)熱負荷的小型工 業(yè)園區(qū)。抽凝式汽輪機可以根據(jù)熱負荷調(diào)整抽汽量，發(fā)電基本不受抽汽影響。冃前我國抽凝機組一般 選擇300mw及以上的機型，以發(fā)電為主。在非供熱期發(fā)電效率略低于同類型純凝機組。在供熱期 能夠根據(jù)熱負荷調(diào)整抽汽量，同時可以帶一定的發(fā)電負荷，其熱效率高于同類型純凝機組。冃前, 國內(nèi)己有600mw

12、和1000mw的抽凝機組。抽凝機組供熱和發(fā)電能力都較大，適用于大中型城市的 集中供熱，同時為城市提供電力；也適用于大型耗電耗熱企業(yè)自備電廠和工業(yè)園區(qū)熱電廠。下表為上海汽輪機廠生產(chǎn)的兒種供熱機型。機組型式單位背壓式（含抽背式）單抽式雙抽式凝汽單抽兩用機凝汽雙抽兩用機機組容量mw3-253-6012-125135-1000125-330供熱蒸汽mpa0.49-1. 7(抽背0. 49-4. 410. 98-4.410. 196-0. 9810. 245-4. 3壓力式 0. 98-4. 5)0. 118-1.470. 196-1.0供熱蒸汽"c231-319104-360285.4-44

13、1238-352溫度104. 3-327. 2最大供熱t(yī)/h46-216 (抽背式20-23020-28834-60025-150蒸汽量20-140)40-238120-6504.熱電聯(lián)產(chǎn)項目機組選型熱電聯(lián)產(chǎn)項冃技術(shù)設(shè)計的關(guān)鍵就是熱負荷的預(yù)測和工程技術(shù)方案的論證，即落實熱負荷和供 熱機組的選型。熱負荷是機組選型的基礎(chǔ)，是工程設(shè)計和經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)資料。熱電聯(lián)產(chǎn)項目的 機組選型很大程度上決定了項冃運營期的運行效率和效益，同時應(yīng)兼顧社會效益，即對當?shù)丨h(huán)境 影響。4.1落實熱負荷熱負荷是熱電聯(lián)產(chǎn)項日建設(shè)的基礎(chǔ)，熱電聯(lián)產(chǎn)項日可行性研究技術(shù)規(guī)定要求：籌建單位及其 主管部門、熱用戶和設(shè)計單位都應(yīng)重視熱負荷的

14、調(diào)查和核實工作，籌建單位及熱用戶應(yīng)盡可能提 供可靠的、切合實際的熱負荷數(shù)據(jù)，設(shè)計單位應(yīng)負責對熱負荷進行核實。當熱屯廠和熱力網(wǎng)可行 性研究不是由同一單位編制時，熱負荷的調(diào)查和核實一般由熱力網(wǎng)的可行性研究單位負責，但熱 電廠的可行性研究單位應(yīng)積極配合、協(xié)調(diào)，并進行校核。核實后的設(shè)計熱負荷同時作為熱電廠和 熱力網(wǎng)町行性研究的編制依據(jù)。在熱負荷的調(diào)查和核實過程中，應(yīng)按工業(yè)熱負荷和尺用熱負荷的 現(xiàn)狀和近期發(fā)展，以及規(guī)劃熱負荷分別予以調(diào)查和核實。4.2供熱機組選型在熱電聯(lián)產(chǎn)項冃可研階段，通常要做機組選型方案的比選，通過詳細的技術(shù)經(jīng)濟比較確定供 熱機組的型式。但備選方案往往具有一定的傾向性，反映了項口業(yè)主的

15、意愿，作為項目審批和決 策部門應(yīng)對備選方案進行評估，合理確定機組型式。熱電項冃通常是以熱定電，不光是在運行過程中要根據(jù)熱負荷的需求調(diào)節(jié)電負荷，在項冃的 可研和設(shè)計階段也要根據(jù)熱負荷的預(yù)測結(jié)果，結(jié)合項目所在地的城市規(guī)劃、環(huán)境保護、電力供應(yīng) 和需求狀況等因素，決定供熱機組的型式。熱電聯(lián)產(chǎn)項日通?？紤]供熱穩(wěn)定性的要求配置2臺以上的供熱機組，當一臺機組故障時，其 余機組的供熱能力滿足60%熱負荷的需求。以兩臺供熱機組為例，熱電聯(lián)產(chǎn)機組選型有以下幾種 組合方式：背壓機背壓機、抽凝機+抽凝機、背壓機i抽凝機。結(jié)合國家發(fā)改委等于2000年8 月下發(fā)的熱電項目可行性研究技術(shù)規(guī)定和國家發(fā)改委2007年2月下發(fā)的

16、熱電聯(lián)產(chǎn)和煤肝 石綜合利用發(fā)電項冃建設(shè)管理暫行規(guī)定，以及筆者對該類項冃調(diào)查分析結(jié)論，下面分別介紹一 些典型情況的機組選型原則，這里不考慮上述組合方式，只提出一些基本原則，供該類項冃可研 階段確定機組選型方案時參考。4. 2.1背壓機組的選型（1）目前，背壓機組一般用于穩(wěn)定的工業(yè)熱負荷或者我國北方供暖期較長（6-7個月）的 城市采曖供熱；（2）在不具備建設(shè)大型發(fā)電供熱機組條件的地區(qū)，要根據(jù)當?shù)責嶝摵傻那闆r，區(qū)別對待。 對于有充足、穩(wěn)定的工業(yè)熱負荷和采曖負荷的地區(qū)，原則上建設(shè)背壓式機組，必要時配合建設(shè)大 型抽汽凝汽式機組，按“抽背”聯(lián)合運行方式供熱；（2）對于全年都有較為穩(wěn)定的工業(yè)熱負荷，且熱負荷

17、需求不大，一般背壓機能夠滿足，若 在當?shù)亟ㄔO(shè)大型供熱機組無法平衡電力負荷，該類地區(qū)適合建背壓機組。（3）對于熱負荷比較穩(wěn)定，一天內(nèi)波動較?。?020%）的熱電廠，可全部采用背壓式或 抽汽背壓式供熱機組，或者根據(jù)熱負荷的分布配置一臺300mw級抽凝機組，用于帶尖峰熱負荷; 再配置一臺或兒臺背壓機組，用于帶棊本熱負荷。（4）對于熱負荷不太穩(wěn)定的熱電廠，可酌情采用抽凝式供熱機組與背壓式或抽汽背壓式供 熱機組搭配設(shè)置。4. 2. 1抽凝機組的選型（1）口前，抽凝機組一般選擇300mw以上的亞臨界或者超臨界機組，熱負荷一般是大中型 城市的居民采暖。300mw以下的抽凝機組已被列為產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄屮的限制類。600mw級和1000mw 級的供熱機組一般是以發(fā)電為主要冃的，捎帶供熱，項冃的申報也是屬于發(fā)電類項冃。（2）對于熱負荷波動較大的熱電廠，可全部采用抽凝式供熱機組，但必須滿足相關(guān)文件對 年平均全廠熱效率和年平均熱電比的要求。（3）在熱負荷比較集屮，或熱負荷發(fā)展?jié)摿^大的大中型城市，應(yīng)根據(jù)電力和城市熱力規(guī) 劃，結(jié)合交通運輸和城市污水處理廠布局等因素，爭取采用單機容量30萬千瓦及以上的環(huán)保、 高效發(fā)電機組，建設(shè)大型發(fā)電供熱兩用電站。（4）民用采暖負荷為主的中小城市、縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)，應(yīng)按統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施的原則。先期 建設(shè)大型集中供熱鍋爐房，待熱網(wǎng)和熱負荷規(guī)模發(fā)展到一定水平后，再考慮建設(shè)大型熱電聯(lián)