CCPP、CHP、常規(guī)機(jī)組在鋼鐵企業(yè)發(fā)電項(xiàng)目上的投資選擇分析

沈亞東

（江蘇沙鋼集團(tuán)，江蘇張家港215625）

CCPP、CHP、常規(guī)機(jī)組在鋼鐵企業(yè)發(fā)電項(xiàng)目上的投資選擇分析

沈亞東

（江蘇沙鋼集團(tuán)，江蘇張家港215625）

通過對常規(guī)發(fā)電機(jī)組、CCPP、CHP三種發(fā)電機(jī)組的效率、優(yōu)缺點(diǎn)、整體效益的比較，對鋼鐵企業(yè)按照自身特點(diǎn)發(fā)展電廠項(xiàng)目的選擇具有一定的指導(dǎo)意義，同時(shí)對沼氣、天然氣、垃圾填埋氣、石油伴生氣（火炬氣）、瓦斯、生物質(zhì)氣、煤層氣、油母頁巖氣等燃?xì)獍l(fā)電項(xiàng)目選擇也同樣具有借鑒意義。

CCPP；CHP；常規(guī)機(jī)組；效益；項(xiàng)目選擇

1 前言

目前，全國大型鋼鐵企業(yè)自備電廠發(fā)電量與企業(yè)自身用電量占比可達(dá)30%～80%，像寶鋼自發(fā)電已實(shí)現(xiàn)100%全部滿足生產(chǎn)用電，其中煤氣發(fā)電燃料主要有高爐煤氣、轉(zhuǎn)爐煤氣、焦?fàn)t煤氣。隨著鋼鐵行業(yè)長期微利微虧時(shí)代的到來，國家對循環(huán)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)環(huán)境的日益重視，鋼鐵企業(yè)產(chǎn)生的煤氣資源最終必將全部加以回收利用，杜絕放散浪費(fèi)、污染環(huán)境。其中，根據(jù)企業(yè)自身狀況、特點(diǎn)，選擇最適合自身類型的煤氣發(fā)電項(xiàng)目顯得格外重要。

目前常規(guī)火力發(fā)電機(jī)組在國內(nèi)市場占比量最大，單機(jī)容量最大（國內(nèi)最大機(jī)組已做到超超臨界1000 MW），制造技術(shù)、運(yùn)行檢修都非常成熟。而鋼鐵企業(yè)煤氣發(fā)電機(jī)組已做到高溫高壓、超高壓級別，以及利用煤氣、天然氣、燃煤混合型鍋爐。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（簡稱CCPP）作為當(dāng)今時(shí)代最為先進(jìn)、成熟的發(fā)電技術(shù)，以其高效、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)在世界范圍內(nèi)被廣泛應(yīng)用（國內(nèi)如：寶鋼、邯鋼、沙鋼、馬鋼、武鋼、首鋼、包鋼、濟(jì)鋼、漣鋼、重鋼、鞍鋼、太鋼等），并作為新建發(fā)電項(xiàng)目技術(shù)的首選。CCPP發(fā)電以日本三菱、GE、ABB為代表，國產(chǎn)CCPP研究應(yīng)用也取得很大突破。對于燃燒低熱值的高爐煤氣，日本三菱的CCPP發(fā)電具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電(簡稱CHP)作為當(dāng)今最為先進(jìn)、新型的發(fā)電技術(shù)，其特點(diǎn)也是高效、環(huán)保，CHP以GE顏巴赫、曼海姆、瓦錫蘭為代表。目前CHP技術(shù)主要在國外有一定應(yīng)用，國內(nèi)主要集中在垃圾填埋氣、沼氣等非鋼鐵領(lǐng)域（如河南天冠集團(tuán)生物沼氣CHP發(fā)電項(xiàng)目2011年10月并網(wǎng)發(fā)電），鋼鐵企業(yè)使用煤氣的CHP項(xiàng)目基本沒有（永鋼的GE顏巴赫內(nèi)燃機(jī)高爐煤氣發(fā)電項(xiàng)目預(yù)計(jì)年底投產(chǎn)，湖北新冶鋼的內(nèi)燃機(jī)發(fā)電項(xiàng)目方案正在論證中）。

2 三種機(jī)組工作原理

2.1 常規(guī)機(jī)組工作原理

常規(guī)火力發(fā)電技術(shù)的基本原理是燃料進(jìn)入鍋爐爐膛燃燒，把水加熱產(chǎn)生蒸汽，蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹做功，將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而帶動發(fā)電機(jī)，再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

2.2 CCPP機(jī)組工作原理

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)的基本原理是將

高爐煤氣經(jīng)凈化、加壓后送往燃?xì)廨啓C(jī)燃燒、膨脹做功，帶動燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組發(fā)電。同時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)排放的高溫?zé)煔饨?jīng)過余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽，帶動蒸汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。

2.3 CHP機(jī)組工作原理

燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)的基本原理是將高爐煤氣經(jīng)凈化，采用風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)汽缸燃燒，所產(chǎn)生的高溫高壓煙氣直接推動活塞運(yùn)行，周而復(fù)始重復(fù)壓縮、燃燒、膨脹、排氣四個(gè)過程，不斷的將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)換熱能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。同時(shí)內(nèi)燃機(jī)排出的尾氣進(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽對外供熱或帶動汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電。

3 三種機(jī)組投資分析對比

現(xiàn)以常規(guī)150 MW機(jī)組（燃燒40萬m3/h純高爐煤氣、超高壓、一次中間再熱）為基準(zhǔn)，選擇使用同等級煤氣量的日本三菱CCPP（M701SLDA）與GE顏巴赫CHP機(jī)組作對比分析。三種機(jī)組投資分析對比見表1。

3.1 CCPP與常規(guī)機(jī)組的對比分析

3.1.1CCPP的優(yōu)勢分析

⑴從表1可以看出，CCPP機(jī)組其熱功轉(zhuǎn)換效率比同等級規(guī)模的常規(guī)鍋爐燃燒方式的機(jī)組蒸汽單循環(huán)發(fā)電技術(shù)明顯要高?？蓪?shí)現(xiàn)企業(yè)資源優(yōu)化配置，降低企業(yè)綜合能耗、增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和市場競爭能力。

⑵CCPP的自動化程度高，設(shè)備穩(wěn)定性好、維護(hù)量小，可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動，運(yùn)行與檢修人員配置較少。CCPP每班主體設(shè)備只需3個(gè)運(yùn)行操作工，而常規(guī)

150MW機(jī)組主體設(shè)備每班至少要配備6個(gè)運(yùn)行操作工。

表1 三種機(jī)組投資分析對比

⑶CCPP機(jī)組布置緊湊，占地面積小，用水少。CCPP總用水量約為常規(guī)機(jī)組的50%左右，而常規(guī)機(jī)組占地與用水較大。

⑷燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置屬清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，幾乎無煙塵，CO、NOX污染物排放少，環(huán)保性能好?？杀苊鈴U氣對大氣的嚴(yán)重污染，改善周邊環(huán)境，有利于所在地區(qū)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

⑸高爐煤氣低熱值燃料資源開發(fā)利用及燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電均已列入《當(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》中，采用CCPP有利于促進(jìn)企業(yè)設(shè)備更新和產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，有利于減少溫室氣體排放，節(jié)約資源和改善生態(tài)環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，是國家重點(diǎn)鼓勵的工程建設(shè)項(xiàng)目，也是聯(lián)合國氣候公約和京都議定書協(xié)助的CDM項(xiàng)目（出售碳排放量的收益高）。

3.1.2CCPP的劣勢分析

⑴CCPP的大修費(fèi)用昂貴（見表2）。從表中可以看出，燃機(jī)的年平均大修費(fèi)用達(dá)到2780萬元，第十年的費(fèi)用更是達(dá)到了7196萬元之多，而150 MW常規(guī)機(jī)組的年平均大修費(fèi)用僅500萬元。

表2 CCPP與常規(guī)機(jī)組大修費(fèi)用

⑵CCPP機(jī)組投資較大。一臺CCPP的投資為11億，而一臺常規(guī)150 MW機(jī)組的投資為4.5億，多投資的6.5億元將會在投資回收期內(nèi)產(chǎn)生較大的財(cái)務(wù)成本。

⑶CCPP對國外廠家的技術(shù)依賴程度高。M701SLDA燃機(jī)是日本三菱獨(dú)家掌握技術(shù)的設(shè)備，其核心的熱部件及關(guān)鍵技術(shù)始終掌握在三菱手里，每次的大修備件都將依賴進(jìn)口，技術(shù)服務(wù)也必須為日本TA，在備件及技術(shù)服務(wù)上會長期依賴外方。而常規(guī)150MW機(jī)組的生產(chǎn)和檢修技術(shù)較為成熟，沒有上述問題。

⑷CCPP的建設(shè)周期較長。

⑸負(fù)荷的變化對CCPP效率的影響較大(見圖1)。在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，CCPP效率可高達(dá)46%，但當(dāng)降低至80%負(fù)荷時(shí)，其效率將降低到42%的水平，負(fù)荷降低到50%時(shí)，其效率降低至34%，而常規(guī)150 MW機(jī)組，負(fù)荷從50%～100%之間，其效率變化沒有那么明顯。如果選擇CCPP機(jī)組，為了保持其高效率，必須優(yōu)先保證其滿負(fù)荷運(yùn)行。

圖1CCPP與常規(guī)機(jī)組負(fù)荷-效率圖

3.2 CCPP與CHP對比分析

3.2.1CCPP與CHP共同優(yōu)點(diǎn)

⑴工藝流程相似，同屬于聯(lián)合循環(huán)的范疇，布置緊湊，占地面積小，用水量小，其中CHP用水量只有常規(guī)機(jī)組的30%～40%。

⑵CCPP與CHP發(fā)電效率高。而常規(guī)機(jī)組發(fā)電效率與CCPP、CHP根本沒有可比性，特別是高溫高壓（效率約30%）、中溫中壓常規(guī)機(jī)組（效率低于25%），效率更低。

⑶自動化程度高。CCPP與CHP自動化程度高，可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動，人員配置較少。其中CHP更能在5 min之內(nèi)達(dá)到滿負(fù)荷。

⑷CCPP與CHP機(jī)組同屬清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，環(huán)保性能好。

3.2.2CHP相比CCPP的優(yōu)越性

⑴CHP建設(shè)周期短，見效快。

⑵CHP模塊化設(shè)計(jì)、擴(kuò)展性強(qiáng)。CHP采用模塊化設(shè)計(jì)，發(fā)電單元是一個(gè)單獨(dú)的模塊，整個(gè)電廠可以根據(jù)企業(yè)煤氣量的上升，增加更多的機(jī)組，具有良好的擴(kuò)展性，不管發(fā)電單元的多少，都不影響整體發(fā)電的高效率。而CCPP不具備這一功能。

⑶CHP配置靈活、適應(yīng)煤氣波動性強(qiáng)。CHP單機(jī)容量小，一般都配置多套，在煤氣大幅降低的條件下，可通過關(guān)停機(jī)組的數(shù)量來維持發(fā)電效率處于高效，且最低可運(yùn)行到總負(fù)荷的5%；而CCPP隨著煤氣量的下降，其發(fā)電效率會大幅下降，CCPP與常規(guī)機(jī)組在負(fù)荷降到30%額定負(fù)荷后必須停機(jī)。

⑷CHP大修周期長（大修周期為60000～80000 h），大修時(shí)間短，能夠?qū)崿F(xiàn)輪停檢修，對發(fā)電量的影響極小。CHP大修時(shí)只需將發(fā)電模塊從臺位移除返廠檢修，或者可直接將備用的發(fā)電模塊替換上去，由于發(fā)電模塊一般配套多套，因此大修一臺對整體負(fù)荷基本沒有影響。而CCPP的大修周期短，最長2年就要大修一次，每次的大修一般需要40天左右，大修期間將會造成煤氣的大量放散。

⑸CHP并網(wǎng)靈活。顏巴赫燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)每個(gè)發(fā)電模塊都配有并網(wǎng)裝置，用戶可根據(jù)實(shí)際情況選擇并網(wǎng)的方式、可將負(fù)荷分割接入不同的變電所，可以真正實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)不上網(wǎng)，負(fù)荷全部內(nèi)部自用。CHP采用分散的并網(wǎng)方式，單臺發(fā)電模塊或者負(fù)荷單元故障，也不會對電網(wǎng)造成大的沖擊。而CCPP只有唯一的接入點(diǎn)，如果該區(qū)域用戶較少，多余的發(fā)電量將會上網(wǎng)，降低了發(fā)電的利用率。另外大容量的CCPP故障跳機(jī)后，不僅會對電網(wǎng)造成沖擊，而且會造成煤氣管網(wǎng)壓力的突增，存在一定的安全隱患。

⑹CHP大修后發(fā)電效率可提升10%～20%。CHP在正常運(yùn)行2-3年后，可根據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，在第一個(gè)大修周期內(nèi)，可使發(fā)電效率輸出在原有的基礎(chǔ)上提升10%～20%，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。CCPP機(jī)組隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，設(shè)備磨損累計(jì)后只會造成效率的下降，根本不可能有提升的空間。

3.2.3CHP相比CCPP的劣勢

⑴CHP檢修工作量較大。CHP易損件、火花塞、潤滑油需定期進(jìn)行檢查更換，CHP一般都要配幾十套的發(fā)電模塊，因此日常的維護(hù)有一定的工作量。CHP單臺發(fā)電模塊的日常檢修項(xiàng)目見表3。

表3 CHP單臺發(fā)電模塊的日常檢修工作量

⑵CHP在國外有一定的項(xiàng)目業(yè)績，但在國內(nèi)基本沒有，投資具有一定的不確定性。CCPP在國內(nèi)外使用已比較成熟，近幾年國內(nèi)項(xiàng)目業(yè)績發(fā)展較快，基本沒有投資風(fēng)險(xiǎn)。

4 發(fā)電項(xiàng)目投資選擇的幾點(diǎn)建議

⑴在企業(yè)財(cái)務(wù)狀況沒有太大壓力的情況下，當(dāng)前投資以CCPP為首選，不但能保證投資安全，而且能取得較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。

⑵鑒于負(fù)荷變化對CCPP效率影響較大，對常規(guī)機(jī)組效率影響不明顯，企業(yè)內(nèi)部可適當(dāng)考慮小部分容量的常規(guī)機(jī)組，用以煤氣調(diào)節(jié)，保證CCPP機(jī)組始終滿發(fā)狀態(tài)，提高企業(yè)整體發(fā)電效率。

⑶對于受到并網(wǎng)變電所限制，特別是煤氣量波動較大、煤氣大量富余放散須短時(shí)間建成發(fā)電的企業(yè)，可以考慮上CHP項(xiàng)目，今后，隨著國內(nèi)鋼鐵企業(yè)CHP項(xiàng)目成功業(yè)績的增多，投資CHP項(xiàng)目也是一個(gè)不錯的選擇。

⑷對于煤氣有少量富余的企業(yè)，選擇常規(guī)機(jī)組會受到機(jī)組容量限制，只能選擇中溫中壓或高溫高壓機(jī)組，其效率比超高壓常規(guī)機(jī)組低很多，如果供電價(jià)格按照上網(wǎng)價(jià)計(jì)算、再算上煤氣成本，則常規(guī)機(jī)組發(fā)電都是虧本的，而CCPP、CHP發(fā)電效率受機(jī)組容量的影響有限。因此建議小容量機(jī)組以上CCPP、CHP為好。

⑸CCPP、CHP相比于常規(guī)機(jī)組，整體效率具有絕對優(yōu)勢，但CCPP、CHP一次性投資明顯大于常規(guī)機(jī)組，對企業(yè)的財(cái)務(wù)壓力較大。目前，對于投資CCPP、CHP項(xiàng)目，已出現(xiàn)鋼鐵企業(yè)與合作方聯(lián)合投資模式，以達(dá)到雙贏的目的。鋼鐵企業(yè)投資相當(dāng)于常規(guī)機(jī)組的投資額，剩余投資額可由合作方投資，項(xiàng)目建成運(yùn)行后幾年內(nèi)，鋼鐵企業(yè)提取相當(dāng)于常規(guī)機(jī)組所得效益，其余效益由合作方享受，若干年后，整體項(xiàng)目完全移交給鋼鐵企業(yè)，該投資方案較投資常規(guī)機(jī)組項(xiàng)目具有明顯優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

鋼鐵企業(yè)自備電廠早期基本都是常規(guī)機(jī)組，但是，CCPP以其效率絕對優(yōu)勢，在國內(nèi)運(yùn)用已日趨成熟，現(xiàn)在大型鋼鐵企業(yè)基本都開始考慮使用上CCPP新項(xiàng)目，甚至已出現(xiàn)使用CCPP置換原有低參數(shù)的常規(guī)機(jī)組勢頭，很明顯，CCPP發(fā)電技術(shù)已代表了未來燃?xì)獍l(fā)電的一種趨勢。CHP作為當(dāng)今最為先進(jìn)、新型的發(fā)電技術(shù)，以其發(fā)電效率、發(fā)電模式的獨(dú)特優(yōu)勢，今后在國內(nèi)市場也將十分看好。

鋼鐵企業(yè)投資發(fā)電項(xiàng)目，一定要本著能源高效利用的總原則，并結(jié)合自身實(shí)際情況，有前瞻性地、長遠(yuǎn)眼光地去選擇，投資時(shí)將發(fā)電項(xiàng)目前期選擇當(dāng)成一種戰(zhàn)略性工作，前期選擇的成功與否將直接影響企業(yè)今后的盈利能力與市場競爭力。

Investment Analysis of CCPP,CHP and Conventional Generators in Power Projects of Steelmaking Enterprises

SHEN Yadong
(Jiangsu Shagang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang,Jiangsu 215625,China)

The efficiency,advantages and disadvantages and overall effectiveness of conventional,CCPP and CHP power generators are compared,to provide some guidance for power project development of steel enterprises according to their own characteristics and

ignificanceforselectionofpowergeneratorsusingmethane,naturalgas,landfillgas, petroleum gas(flare gas),firedamp,biomass gas,coal methane and oil shale gas,etc.

CCPP;CHP;conventional unit;benefit;project selection

TM61

B

1006-6764（2014）05-0042-04

2013-09-30

沈亞東（1978-），男，大專學(xué)歷，機(jī)械工程師，現(xiàn)從事動力生產(chǎn)技術(shù)管理工作。