某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目機(jī)組選型分析

高慧云+孫軼卿

【摘 要】隨著《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃（2014-2020）》以及發(fā)電企業(yè)電力體制改革的推進(jìn)，熱電廠的經(jīng)濟(jì)性、供熱的可靠性越來越受重視，隨之供熱機(jī)組形式、容量的合理選擇也顯得尤為重要。本文結(jié)合南部某市規(guī)劃熱電負(fù)荷需求，電網(wǎng)調(diào)峰需求，通過抽凝式和背壓機(jī)兩種供熱裝機(jī)方案的優(yōu)化比選，最終推薦本工程的裝機(jī)方案為：新建2×350MW超臨界抽凝式供熱機(jī)組。

【關(guān)鍵詞】熱電聯(lián)產(chǎn)；機(jī)組選型

1 工程概況

為解決南部某市某工業(yè)園日益增長的用電需求和集中供熱需求，擬新建一座熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)電廠。該工業(yè)園區(qū)現(xiàn)有熱用戶110t/h，用汽參數(shù)為～1.8MPa、235℃。擬在2016年～2018年新增棉紡、紙品等工業(yè)熱用戶，根據(jù)已簽訂的意向性購汽協(xié)議，考慮到從用戶端按焓值相應(yīng)折減以及最高熱負(fù)荷考慮同時系數(shù)0.7后近期（2020年）用汽量～220t/h，預(yù)測遠(yuǎn)期（2025年）用汽量～600t/h，用汽參數(shù)為～1.8MPa、210～240℃。

該市年均氣溫較高，空調(diào)使用時間達(dá)到180-200天左右。隨著工業(yè)園區(qū)快速發(fā)展，園區(qū)內(nèi)的廠房及工廠辦公室、商業(yè)、會展、辦公、酒店、金融、醫(yī)療、教育等現(xiàn)代化服務(wù)體系也將逐步完善，其相配套的商業(yè)及空調(diào)制冷熱負(fù)荷將逐步增長。根據(jù)調(diào)研，供熱范圍內(nèi)近期設(shè)計(jì)采暖抽汽量30t/h（2020年），遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)采暖抽汽量為50t/h（2025年），蒸汽參數(shù)暫定為：～1.8MPa.a、230～245℃。

該市《電網(wǎng)“十二五” 發(fā)展規(guī)劃（修編）》中預(yù)測，隨著工業(yè)園區(qū)的建成及大型工業(yè)項(xiàng)目的落地，電力市場將快速增長，需加快本市電源建設(shè)。

2 本工程機(jī)組選型分析

供熱項(xiàng)目機(jī)組選型一般需考慮以下原則：

1）在保證供熱可靠的前提下，最大限度的滿足供熱需求。

2）熱負(fù)荷能調(diào)峰運(yùn)行能力強(qiáng)。

3）機(jī)組效率要高，發(fā)電凈熱耗低，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性優(yōu)良，滿足企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。《中共中央國務(wù)院關(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見》（【2015】9號文）中指出，國內(nèi)電力體制改革，市場將按照“管住中間，放開兩頭”的方式建立競爭機(jī)制。所以新建供熱機(jī)組必須有強(qiáng)大的市場競爭力。

4）機(jī)組符合國家節(jié)能減排的要求，節(jié)省燃煤。

隨著國家節(jié)能降耗政策的深化，350MW超臨界機(jī)組因年均發(fā)電標(biāo)煤耗率較同容量亞臨界機(jī)組低7～10g/（kW·h）[1]，正在逐步取代300MW亞臨界機(jī)組成為新建供熱項(xiàng)目的主力軍。因此本文不再討論亞臨界機(jī)組裝機(jī)方案。

供熱機(jī)組熱效率高的主要原因是減少了冷段損失，超臨界抽凝背式供熱機(jī)組由于冷端零損失，能比抽凝式發(fā)電機(jī)組提供更多的熱量。但抽凝背式機(jī)組要求在最大供熱能力工況下運(yùn)行[2]，且熱負(fù)荷穩(wěn)定，在國內(nèi)外火力發(fā)電廠中實(shí)際應(yīng)用的少，主機(jī)廠家也缺乏相應(yīng)的技術(shù)儲備。故本文也不推薦此方案。

目前國內(nèi)主流供熱機(jī)組配置一般有大型抽汽凝汽式機(jī)組和小型背壓機(jī)，結(jié)合本項(xiàng)目熱負(fù)荷情況，本項(xiàng)目可以考慮以下兩種裝機(jī)方案：

方案一：2×350MW抽凝機(jī)組（C300/N350）

方案二：2×50MW背壓機(jī)（B50）

背壓機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，投資省，運(yùn)行可靠，熱效率可以達(dá)到80%以上。大容量抽凝機(jī)汽缸通流結(jié)構(gòu)與常規(guī)純凝機(jī)組基本相同，比較適合用于建設(shè)發(fā)電、供熱兩用電站。

背壓機(jī)與超臨界抽凝機(jī)的主要特性指標(biāo)分別如下表1所示。

3 方案對比分析

3.1 熱負(fù)荷要求

方案一：2×350MW超臨界抽凝機(jī)

機(jī)組可以按純凝工況運(yùn)行，無最小抽汽量要求。經(jīng)初步向主機(jī)廠咨詢，2×350MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)燃煤機(jī)組的最大抽汽量780t/h（1.6MPa/435oC），按焓值折合蒸汽904t/h（1.8MPa/235oC）：

由表2可見 2×350MW超臨界抽凝機(jī)組可滿足現(xiàn)狀、近期、遠(yuǎn)期工業(yè)負(fù)荷及采暖負(fù)荷。

方案二： 2×50MW背壓機(jī)（B50）

B50背壓機(jī)主汽壓力8.83MPa，排汽壓力1.8MPa，主汽流量450t/h，除機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)用汽外，最大供熱排汽量約為345t/h。背壓機(jī)組必須按照以熱定電運(yùn)行，因此背壓機(jī)組有最小供汽量要求，穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷一般不低于50%。B50穩(wěn)定負(fù)荷約180t/h，低于此負(fù)荷時，背壓機(jī)無法長期穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 供熱可靠性分析

方案一：2×350MW超臨界抽凝機(jī)

按遠(yuǎn)期負(fù)荷來看，當(dāng)一臺機(jī)組故障停機(jī)時，正常運(yùn)行的機(jī)組在滿足600t/h工業(yè)抽汽量的情況下，最大采暖抽汽量可達(dá)368t/h，可滿足全部的采暖負(fù)荷要求，滿足《熱電聯(lián)產(chǎn)可行性技術(shù)規(guī)定》的要求。因此，2×350MW超臨界抽凝機(jī)組供熱是安全可靠的。

方案二： 2×50MW背壓機(jī)（B50）

背壓機(jī)蒸汽流量的變化對機(jī)組效率的影響較大，流量降低時，汽缸效率下降嚴(yán)重。并且按照汽輪機(jī)廠家提供的技術(shù)資料，背壓機(jī)一般只保證在在50%以上進(jìn)汽負(fù)荷下安全運(yùn)行。從上表可以看出，僅近期負(fù)荷單機(jī)運(yùn)行和遠(yuǎn)期負(fù)荷雙機(jī)運(yùn)行時才能長期運(yùn)行。

本項(xiàng)目工業(yè)供汽用戶主要為棉紡、紙品企業(yè)，每年生產(chǎn)銷售有明顯的淡旺季，一般每年5-9月份用熱負(fù)荷較高，達(dá)到最高負(fù)荷的80%-90%。每日的用熱分布波動較大，棉紡企業(yè)一般在11～21時為生產(chǎn)高峰階段且熱負(fù)荷波動最大，在75-100%之間波動，其它時段的用熱為最高負(fù)荷的50～90%。紙品企業(yè)典型日內(nèi)9～18時為生產(chǎn)高峰段，負(fù)荷波動范圍在最高負(fù)荷的90%～100%，其他時段為生產(chǎn)低峰段，負(fù)荷波動范圍在最高負(fù)荷的60%～80%。從上面數(shù)據(jù)來看，棉紡、紙品企業(yè)每年的淡旺季基本相同，每天的用電高峰也大致相當(dāng)，會加大熱負(fù)荷波動。

B50供熱機(jī)組的調(diào)節(jié)主要依靠配套鍋爐增減負(fù)荷，操作復(fù)雜，調(diào)節(jié)速度較慢。熱負(fù)荷波動劇烈時，將會降低機(jī)組效率甚至跳機(jī)，不利于保障供熱的可靠性。

3.3 電網(wǎng)調(diào)節(jié)分析

該工業(yè)園區(qū)處于南部資源豐富地區(qū)，海上風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電等總裝機(jī)容量在地區(qū)電網(wǎng)里占據(jù)相當(dāng)大比例。在夏季負(fù)荷高峰期，若風(fēng)電、光伏零出力，功率需全部從主網(wǎng)下網(wǎng)；而在冬季小負(fù)荷期，風(fēng)電、光伏出現(xiàn)大發(fā)甚至滿發(fā)情況，向主網(wǎng)送電。下網(wǎng)受電及發(fā)電送出將出現(xiàn)季節(jié)交替出現(xiàn)的局面，呈現(xiàn)出較為復(fù)雜的特點(diǎn)，新能源做為不穩(wěn)定電源，雖一定程度緩解了電力需求，但為電能質(zhì)量合格率、電網(wǎng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行也帶來了較大壓力。

本項(xiàng)目作為該地區(qū)骨干電源之一，對緩解地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度壓力，滿足地區(qū)電力需求發(fā)展需要，促進(jìn)電源布局更加合理化，都將起著重要的作用。

方案一超臨界抽凝式供熱機(jī)組熱、電能的生產(chǎn)有一定的自由度，在一定范圍內(nèi)能各自獨(dú)立調(diào)節(jié)，適應(yīng)性較大，將有利于改善地區(qū)電網(wǎng)的電源結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)提供調(diào)峰容量，減輕大網(wǎng)調(diào)峰壓力。

方案二背壓機(jī)調(diào)節(jié)能力差，無法適應(yīng)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)的要求。當(dāng)負(fù)荷變化大造成跳機(jī)甩負(fù)荷反而沖擊電網(wǎng)。

3.4 熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)分析

根據(jù)參考的C300/N350超臨界供熱機(jī)組和B50供熱機(jī)組的熱平衡圖資料，分別計(jì)算得到兩種裝機(jī)方案的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表4和表5所示。

備注：

1）現(xiàn)狀熱負(fù)荷太低機(jī)組無法長期運(yùn)行，故不計(jì)算此條件下的熱經(jīng)濟(jì)性。

2）近期熱負(fù)荷下的數(shù)據(jù)為按單臺機(jī)組承擔(dān)全部熱負(fù)荷計(jì)算。

從上表可以看出，方案二2×B50MW熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱效率高，年耗煤量少。但年供電量少，不能較好的解決電力缺口問題。

根據(jù)工業(yè)園區(qū)集中供熱規(guī)劃，供熱項(xiàng)目在規(guī)劃機(jī)組雙投時，需考慮不能完全達(dá)到設(shè)計(jì)熱負(fù)荷的可能性。即熱電廠投產(chǎn)后的一段時間內(nèi)可能達(dá)不到滿負(fù)荷供熱。此情況下，方案二抗風(fēng)險(xiǎn)能力不足，且前期投入大，2號機(jī)組可能有較長時間的閑置，經(jīng)濟(jì)效益不理想。而方案一350MW超臨界供熱機(jī)組即使按純凝工況運(yùn)行的熱耗值也與超臨界純凝機(jī)組的差別不大，其標(biāo)煤耗率低于國家平均水平，具有一定的競爭力。因此，即使在熱電廠投產(chǎn)初期或熱負(fù)荷不足時，2×350MW超臨界供熱機(jī)組的裝機(jī)方案也能夠保證熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

綜合供熱機(jī)組的負(fù)荷要求、可靠性、對電網(wǎng)影響等各方面因素，本項(xiàng)目適合選用2×350MW超臨界抽凝式供熱機(jī)組。

【參考文獻(xiàn)】

[1]董麗娟，張潤盤.300MW級抽凝背式供熱機(jī)組技術(shù)研究[J].華電技術(shù)，2015，9（37）：48-50.

[2]周猛.鹿華熱電二期工程裝機(jī)方案論證專題[R].石家莊：河北省電力設(shè)計(jì)研究院，2011.

[責(zé)任編輯：田吉捷]