鋼鐵行業(yè)自備熱電廠規(guī)劃建設(shè)方案簡析

李 冰

鋼鐵行業(yè)在生產(chǎn)冶煉過程中需消耗大量的蒸汽和電力，目前國內(nèi)大多數(shù)鋼鐵企業(yè)均建有自備熱電廠，熱電聯(lián)產(chǎn)會帶來成本的降低及污染物排放的減少，對提高企業(yè)的經(jīng)濟效益效果明顯。

鋼鐵行業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展很快，早期由于鋼鐵規(guī)模較小，企業(yè)自備熱電廠很少，多數(shù)企業(yè)是由鍋爐直接供熱。近些年，隨著鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐漸擴大，廠內(nèi)熱負荷及用電量大大增加，同時工藝過程產(chǎn)生大量余熱及煤氣等二次能源，因此大多數(shù)鋼鐵企業(yè)均已建設(shè)了自備熱電廠，既充分利用了余熱資源，同時為企業(yè)生產(chǎn)提供可靠的基礎(chǔ)保障。

在鋼鐵行業(yè)的熱電供應(yīng)的規(guī)劃過程中，需要關(guān)注一些要素，如熱電廠外部建設(shè)條件、建設(shè)規(guī)模的確定、廠址的選擇、供熱方式及參數(shù)的確定、政策的支持等問題，它們之間甚至存在著相互矛盾，在進行規(guī)劃和建設(shè)時需要進行多方面的衡量。

1.外部建設(shè)條件

在進行熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)劃建設(shè)前，首要考慮的是確認外部建設(shè)條件，這決定了所規(guī)劃的熱電聯(lián)產(chǎn)項目的規(guī)模、廠址及其未來的發(fā)展。外部建設(shè)條件主要包括燃料資源的供應(yīng)地點、供應(yīng)量、燃料特性及供應(yīng)可靠性；源、可供支配的水量、可能的供水方案；電力外網(wǎng)的供應(yīng)體系；工業(yè)廢水集中處理系統(tǒng)；交通運輸條件；地區(qū)環(huán)境承載能力；工程地質(zhì)、水文氣象條件等。

2.建設(shè)規(guī)模的確定

（1）熱負荷的影響。鋼鐵企業(yè)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的原則是“以熱定電”，提倡“熱為主，電為輔”，因此在熱電廠建設(shè)中熱負荷正確的調(diào)查核實和計算至關(guān)重要。

目前，部分鋼鐵企業(yè)的熱電機組普遍存在機組選型不合理，投產(chǎn)后供熱負荷遠達不到規(guī)定容量，熱電機組長期出于凝汽式發(fā)電運行方式，節(jié)能效益得不到體現(xiàn)。其原因主要有如下幾點：

①在項目可研論證階段，按規(guī)劃熱負荷計算熱電廠投產(chǎn)后新增供熱負荷。由于部分規(guī)劃項目停、緩建或縮減規(guī)模，使得實際熱負荷比規(guī)劃熱負荷要小得多，形成熱容量上的較大誤差。

②規(guī)劃階段由于具體的工藝方案尚未確定下來，蒸汽用量、蒸汽壓力等級、溫度等參數(shù)不是很明確，無法進行細致的熱動力平衡，導(dǎo)致熱負荷預(yù)測與實際的偏差。

③不排除有個別企業(yè)為了擴大企業(yè)自發(fā)電比率，盲目擴大發(fā)電量，謊報熱負荷，以“熱電聯(lián)產(chǎn)”的名義，實現(xiàn)多發(fā)電的目的。

應(yīng)該說，熱負荷是熱電聯(lián)產(chǎn)工程建設(shè)重要的基礎(chǔ)資料，因此在熱電廠方案建設(shè)階段應(yīng)遵循嚴謹求實的態(tài)度，對各類用途的熱負荷進行細致的調(diào)查核實，并通過科學(xué)的方法進行預(yù)測，將誤差降到最低，為建設(shè)規(guī)模的合理確定打下基礎(chǔ)。

（2）建設(shè)進程的影響。企業(yè)規(guī)劃的建設(shè)進程對熱電廠規(guī)模的確定也會產(chǎn)生很大的影響。

首先，企業(yè)的建設(shè)是分階段進行的，熱電廠建設(shè)規(guī)模的確定不能局限于只考慮近期規(guī)劃，應(yīng)結(jié)合中、遠期規(guī)劃統(tǒng)籌考慮，同時考慮廠房及配套設(shè)施的位置及容量預(yù)留等諸多問題。

另外，許多企業(yè)在規(guī)劃時雖然確定了近、遠期發(fā)展規(guī)模，但在具體建設(shè)過程中會有很多意外，致使對建設(shè)進度或建設(shè)項目進行調(diào)整。這些都會給熱電廠的規(guī)劃帶來不確定的因素，使鍋爐及發(fā)電機組的參數(shù)及規(guī)模的確定存在一定的困難。

因此，在規(guī)劃和建設(shè)熱電廠時，對各個規(guī)劃項目進展的預(yù)測顯得很有必要，以便充分考慮可能遇到的各個因素，使規(guī)劃具有可實施性，分步實施方案的確定會更有針對性。

3.廠址的選擇

鋼鐵企業(yè)工序流程多樣，產(chǎn)品種類繁多，不同工序，不同產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對熱和電的供應(yīng)的需求不同，即使是同一種產(chǎn)品，工藝要求不同，對熱和電的需求也不相同。

鋼鐵企業(yè)建設(shè)熱電廠，主要基于解決企業(yè)中各個工序生產(chǎn)、生活的用熱問題。蒸汽輸送受距離的限制， 如輸送距離過大，會出現(xiàn)凝水量增加、水擊等現(xiàn)象，且不能確保用戶的蒸汽參數(shù)的要求。蒸汽的壓力等級也影響它的輸送，而輸送高壓蒸汽會使建設(shè)投資加大。因此，企業(yè)自備熱電廠的廠址原則上應(yīng)靠近企業(yè)的熱力和電力負荷中心，以照顧到廠內(nèi)不同位置的熱負荷用戶的實際需求，節(jié)省管網(wǎng)投資。

此外，熱電廠具體位置的確定時，還應(yīng)考慮燃料輸送的便捷及電力升壓并網(wǎng)的問題，若采用燃煤方式，還要考慮地區(qū)主導(dǎo)風向、燃料運輸、灰渣輸送、環(huán)境保護等問題。

總之，熱電廠廠址的選擇是一個需統(tǒng)籌兼顧的問題，要通過建設(shè)條件、運營費用、環(huán)境影響及安全條件等多方案綜合比較后確定。

4.關(guān)于供熱方式的確定

進行鋼鐵企業(yè)熱電廠建設(shè)方案研究時，需將工藝建設(shè)方案同具體供熱方式結(jié)合起來。在規(guī)劃設(shè)計階段，根據(jù)蒸汽用戶的用汽量、供應(yīng)參數(shù)等進行供需平衡分析，從而確定熱電機組的供熱方式。由于鋼鐵企業(yè)用汽具有蒸汽用量大，用汽品質(zhì)相差大的特點，因此對企業(yè)進行能源潛力分析，找到滿足各工序工藝要求和設(shè)備要求的最優(yōu)化供應(yīng)方案是十分必要的。

使用蒸汽的各類熱力設(shè)備， 要根據(jù)蒸汽的壓力和溫度合理使用，充分提高能源利用效率，高品質(zhì)蒸汽合理梯級使用，以充分發(fā)揮蒸汽的效能，避免將較高設(shè)計壓力的鍋爐產(chǎn)生出的蒸汽直接節(jié)流降壓利用。

例如：對某鋼鐵企業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃中，我們利用富余低熱值煤氣作為鍋爐燃料產(chǎn)生高溫高壓蒸汽，通過熱電聯(lián)產(chǎn)，驅(qū)動高壓汽輪發(fā)電機組，在發(fā)電的同時產(chǎn)生中壓背壓汽或抽汽，以帶動工業(yè)汽輪機作為高爐鼓風、空氣壓縮機等設(shè)施的驅(qū)動汽源。同時，富余的中壓背壓汽或抽汽用于驅(qū)動中壓汽輪發(fā)電機組，同樣在發(fā)電的同時還可產(chǎn)生滿足一定要求的低壓背壓汽或抽汽作為低品位能源的再利用。采取這樣的供熱方式，既提高了鋼鐵企業(yè)富余二次能源的利用效率，增加了企業(yè)自發(fā)電比率，同時實現(xiàn)了蒸汽的梯級使用，具有很大的節(jié)能潛力。

5.熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟效益分析

對于熱電聯(lián)產(chǎn)的經(jīng)濟效益分析和成本核算，需要關(guān)注的是不同因素對成本的影響。就整個熱電廠而言， 總成本由以下 4 部分組成：總投資費用的折舊成本；燃料成本；運行維護成本；財務(wù)成本。由于熱電廠產(chǎn)出兩種產(chǎn)品：熱和電，怎樣對總成本進行分攤是個相當復(fù)雜的問題，直接影響到供熱和供電雙方的利益的分配。

對熱電廠總熱耗量分配方法的要求，既要反映熱電兩種產(chǎn)品的品位不同，又要正確反映熱電聯(lián)產(chǎn)過程的技術(shù)完善程度，以促進熱化事業(yè)發(fā)展，節(jié)約能源，其主要包括熱量法、實際焓降法及做功能力法等多種不同方法，每種方法各有利弊，應(yīng)根據(jù)企業(yè)實際情況，以最大可能地保障熱電廠、熱用戶、電用戶的利益為確定熱電分攤方案的根本出發(fā)點。

同時，依據(jù)科學(xué)的計量法，合理的制定電價、熱價，是維護熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵因素。

6.政策措施

鋼鐵企業(yè)熱電廠建設(shè)方案的分析研究要依據(jù)國家的相關(guān)政策，近些年，國家對熱電聯(lián)產(chǎn)工作十分重視，在《中華人民共和國節(jié)約能源法》、《節(jié)能中長期規(guī)劃》、《中國21世紀議程》、《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》、《“十一五”十大重點節(jié)能工程》等文件均提出鼓勵、發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)，并出臺了《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》及《熱電聯(lián)產(chǎn)和煤矸石綜合利用發(fā)電項目建設(shè)管理暫行規(guī)定》等專項政策，對熱電廠的規(guī)劃建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。在解讀上述政策時，我們應(yīng)該根據(jù)鋼鐵企業(yè)的實際情況，重點理解以下幾方面內(nèi)容。

（1）貫徹熱電聯(lián)產(chǎn)、以熱定電的原則。熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃必須按照“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、以熱定電和適度規(guī)?！钡脑瓌t。根據(jù)熱負荷的大小，結(jié)合電網(wǎng)對電力的需求情況，確定供熱機組的類型、規(guī)模和運行方式。

（2）鋼鐵企業(yè)副產(chǎn)大量富余低熱值煤氣，建設(shè)自備熱電廠有不同于其他行業(yè)的特殊性。國家十大重點節(jié)能工程有關(guān)“余熱余壓利用工程”中，針對鋼鐵企業(yè)明確提出：“推廣低熱值煤氣燃氣輪機技術(shù)、純燒高爐煤氣鍋爐發(fā)電裝置及低熱值高爐煤氣發(fā)電－燃汽輪機裝置?！?/p>

（3）企業(yè)二次能源等資源綜合利用熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電上網(wǎng)應(yīng)大力鼓勵。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電力系統(tǒng)的改革在加速，對于上網(wǎng)會有更多的配套政策。上網(wǎng)電價和購電價差額應(yīng)公正、合理，以利鼓勵企業(yè)綜合利用資源熱電聯(lián)產(chǎn)項目建設(shè)的積極性。

（4）上網(wǎng)電量是影響熱電聯(lián)產(chǎn)的關(guān)鍵問題之一。在《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》中，第九條為 “電力管理部門在制定熱電廠電力調(diào)度曲線時，必須充分考慮供熱負荷曲線變化和節(jié)能因素，不得以電量指標限制熱電廠對外供熱，更不得迫使熱電廠減壓減溫供汽”；在《熱電聯(lián)產(chǎn)和煤矸石綜合利用發(fā)電項目建設(shè)管理暫行規(guī)定》中，第二十四條為“熱電聯(lián)產(chǎn)機組在供熱運行時，依據(jù)實時供熱負荷曲線，按“以熱定電”方式優(yōu)先排序上網(wǎng)發(fā)電，在非供熱運行時或超出供熱負荷曲線所發(fā)電力電量，應(yīng)按同類凝汽發(fā)電機組能耗水平確定其發(fā)電調(diào)度序位”。

7.發(fā)展建議

（1）燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠加速建設(shè)

高爐煤氣綜合利用一直是鋼鐵企業(yè)能源利用的難點，隨著燃氣輪機技術(shù)的進一步提高，燃用低熱值煤氣的燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)已被公認為是充分利用鋼鐵聯(lián)合企業(yè)副產(chǎn)煤氣，提高二次能源利用效率的先進技術(shù)。

從1997年寶鋼第一臺150MW燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組建成至今，國內(nèi)多家鋼鐵企業(yè)已建成近二十臺燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，取得了良好的經(jīng)濟效益。

燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組在不外供熱時熱電轉(zhuǎn)換效率達40%～45%，當采用熱電聯(lián)產(chǎn)，外供生產(chǎn)用蒸汽后熱電轉(zhuǎn)換效率可達58%左右，但國內(nèi)目前僅寶鋼1臺150MW及武鋼正在建設(shè)的2臺150MW為燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電機組，即在發(fā)電的同時外供蒸汽，實現(xiàn)了減排、發(fā)電、提供生產(chǎn)用蒸汽的一舉三得，為純粹意義上的熱電聯(lián)產(chǎn)，其余機組均僅用于發(fā)電，這大大降低了能源的熱電轉(zhuǎn)換效率。

在今后鋼鐵企業(yè)熱電廠建設(shè)方案研究中，建議根據(jù)全廠熱負荷需求，對有條件建設(shè)燃用低熱值煤氣的燃氣蒸汽循環(huán)發(fā)電機組的企業(yè)，應(yīng)采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，在從而替代熱效率較低的鍋爐，實現(xiàn)能源的最大化利用。

（2）建設(shè)方式多元化

目前，國內(nèi)鋼鐵企業(yè)熱電廠均為企業(yè)獨立建設(shè)，而按照國家“以熱定電”政策，也就是根據(jù)熱負荷的大小來決定供熱機組的容量，由于企業(yè)自身熱負荷及燃料資源的限制，故一般熱電機組容量不可能很大，這顯然與國家鼓勵發(fā)展大型高效熱電機組的相關(guān)政策相悖。

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展和電力改革力度的加大，由大型鋼鐵聯(lián)合企業(yè)與電力部門共同出資建設(shè)大型熱電機組將是一種可行的建設(shè)方式，這種“共同火電”的運行方式在日本鋼鐵業(yè)已得到了成功的應(yīng)用，即由鋼鐵企業(yè)提供富余煤氣，同時從熱電廠購買電力及蒸汽負荷，從而達到鋼鐵企業(yè)與電力部門的利益雙贏。

出現(xiàn)建設(shè)主體的多元化的局面，在一定程度上必然加大了運行管理的困難，因此怎樣協(xié)調(diào)熱電廠的建設(shè)主體與用戶的關(guān)系，進行利益合理分配和風險共同分擔；在實現(xiàn)熱電廠經(jīng)濟效益的同時，保障鋼鐵企業(yè)熱用戶及電用戶的實際利益，就顯得非常重要。

8.結(jié)束語

以上七個方面對鋼鐵企業(yè)熱電廠的規(guī)劃和建設(shè)進行分析，力求從總體上把握在建設(shè)方案研究中遇到的問題。鋼鐵企業(yè)的建設(shè)是一個動態(tài)的過程，受市場、政策及國內(nèi)外環(huán)境等多種因素的影響，決定了在熱電規(guī)模的規(guī)劃上必須有前瞻性，在投資和管理上要體現(xiàn)靈活性和科學(xué)性，在熱電廠的設(shè)置和布置上要統(tǒng)籌各方面的因素，在熱電廠的經(jīng)濟效益分析上要兼顧各方利益，將國家政策、企業(yè)利益、運營主體、熱用戶等密切聯(lián)系為一個和諧聯(lián)動的整體，推動鋼鐵工業(yè)及熱電聯(lián)產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展。