热电联产项目机组选型评估要点.doc

热电联产项目机组选型评估要点1. 前言我国北方冬季寒冷，过去大部分城市冬季采暖以分散的小锅炉为主，效率低下，污染严重。随着人们节能意识的提高、环保压力的日益增大，区域集中供热慢慢取代分散小锅炉供热，热电联产作为一种高效、环保的能源利用方式，越来越被人们认可。热电联产具有节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是城市治理大气污染和提高能源利用率的重要措施，是集中供热的重要组成部分，是提高人民生活质量的公益性基础设施。近年来，热电联产事业发展较快，到2007年底，我国供热机组总容量10091万千瓦，占火电装机总容量的18.15%，单机容量从6000kW到600MW，现已有1000 MW的供热机组投运。但热电企业亏损多、赢利少，原因除煤价居高不下外，主要还因为供热机组选型不合理，对热负荷的调查和预测不准，导致机组长期工作在非设计工况，效率低，运行成本高。热电联产机组选型是项目可行性研究阶段的分析重点，本文简要介绍热电联产行业现状，分析供热机组的型式和特点，并提出供热机组选型基本原则，为该类项目的评估提供一定的参考。2. 热电联产行业现状2.1 热电联产行业现状我国一直重视发展热电联产，曾先后多次出台鼓励和支持政策。1998年，原国家计委等部门联合下发了关于发展热电联产的若干规定；2000年，原国家计委等部门又做了必要的修改，并配套出台了热电联产项目可行性研究技术规定；2007年2月，国家发改委发布了热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定；在国家发改委发布的产业结构调整指导目录中，热电联产、集中供热每次都是作为鼓励类项目。我国从50年代开始发展热电联产，到目前已经积累一定的经验，形成了大城市以大型凝气采暖两用机组为主、中小城市发展中小型热电联产和具备规模的企业建设自备电站的行业格局。近年来，由于电力体制改革，网厂分开，投资体制改革，采用项目核准制，以及宏观调控，不少产业政策相继明确与修改；特别是电价改革，从原来的“成本加法”向“边际电价法”过度，加上煤价放开，不少热电联产企业经营出现困难，出现行业整体亏损。2.2 国内热电联产行业存在的主要问题首先，由于国家对热电联产项目的支持，使得我国热电联产发展迅猛。也正是由于政策的宽松，导致一些热电项目以供热为名，以发电为主要目的和利润支持点。作为投资者，经济利益始终是放在首位，许多投资者一开始就没打算真正的搞热电联产，只是为了项目审批更加顺畅。其次，热电联产项目一般由投资方寻求供热市场，存在诸多不确定因素。有些地方政府为了项目顺利上马，过大的估计热负荷。由于对热负荷的预测不准，误导机组选型，导致机组在运行期间长期处于非额定工况点，达不到设计指标，导致能源的浪费和环境的污染。另外，我国供热价格普遍偏低，导致热电厂大多以电补热，争夺发电小时数；热电厂能按供热工况运行的时间少，夏季只能按凝气工况运行，效率低于同类型纯凝机组。3. 热电联产技术现状3.1热电联产技术分析众所周知，热电联产是相对于热电分产而言，具有热能利用率高，节能环保的优点。热电联产是将高品位的热能用于发电，将低品位的热能用于供热，实现了能源的梯级利用。 举个简单的例子，假设有2千克煤，一个方案是1千克煤用于纯供热，1千克用于发电；另一个方案是采用热电联产，则方案一按较高的供热锅炉效率（75%）和发电效率（煤耗273）能发出3.66千瓦时的电，供应热能22050千焦；而方案二按照300MW的亚临界热电联产机组可以发出4.72千瓦时的电，供出24860千焦的热能。3.1.1热电联产与供热锅炉房现在工业燃煤供热锅炉的效率一般在50-80%，而电站锅炉的效率一般高于90%，因此在锅炉内将煤的化学能转变为热能的过程中，工业锅炉的损失远大于电站锅炉。3.1.2热电联产与纯发电火力发电厂能量平衡中可以看出凝汽式汽轮机的排汽在凝汽器中凝结时被冷却水带走大量热量，这种能量损失称凝汽损失。凝汽式汽轮机电站中燃料化学能转换为电能的热效率最高只有45左右。背压式汽轮机的排汽全部用于供热，凝汽损失为零，热能利用率显著提高，达80以上。抽汽式汽轮机的抽汽用于供热，这部分抽汽量不进入凝汽器，因此也可减少由冷却水带走的热量损失。如果将抽凝机组的汽轮机进汽简单的假想成两股汽流，一股纯凝汽流，一股供热汽流，那么纯凝汽流的热力循环相当于纯凝机组，供热汽流的热力循环相当于背压机组。那么供热汽流由于具有比背压机更高的内效率而具有较背压机更高的循环热效率；纯凝汽流由于没有大型纯凝机组内效率高以及供热机组结构上相对于纯凝机组的劣势而具有较纯凝机组稍低的循环热效率。因此，只有当供热汽流与纯凝汽流的比（或者发供热量与发电量的比即热电比）达到一定的数值时才能具有较好的效果。 3.2供热汽轮机型式及特点3.2.1 供热汽轮机型式热电联产工程与常规火力发电工程除汽轮机和供热系统外，其他系统大致相同。热电联产项目技术方案设计的重点就是选择供热汽轮机的型式。下面分别介绍目前我国主要供热汽轮机型式及其特点。按热力学特性和热力循环方式可分为：背压式汽轮机（含抽汽背压式汽轮机）、抽汽凝汽式汽轮机。背压式(或抽背式)供热汽轮机没有凝汽器,汽轮机的排汽全部用于供热, 没有排汽冷源损失。如在汽轮机的排汽前有抽汽, 就称抽背式供热汽轮机。背压式供热汽轮机的优点是供热量大,热效率高;但热负荷变化时, 需靠调整主蒸汽流量, 其发电量和发电效率均会下降;当外界没有热负荷时, 因没有凝汽器只能停机。所以对需要长期供热, 而热负荷变化不大的场合较为适用。抽汽凝汽式供热汽轮机在非供热期和纯凝式汽轮机一样, 有较高的发电效率; 在供热期内可以根据外界热负荷的大小,相应抽出不同的蒸汽量对外供热。为确保机组低压缸安全运行,仍需有一部分蒸汽做为最小冷却流量进入低压缸排入凝汽器。所以其最大供热量和汽轮机的热效率均不如背压式供热汽轮机。近几年国内出现一种新型供热汽轮机NCB双轴新型供热汽轮发电机组，是在抽-凝供热机的基础上,采用两根轴分别带动两台发电机，用联轴器连接两根轴。在非供热期,供热抽汽控制阀全关、低压缸调节阀全开,汽轮机呈纯凝工况( N )运行, 具有纯凝式汽轮机发电效率高的优点。在正常供热期, 供热抽汽控制阀、低压缸调节阀都处于调控状态,汽轮机呈抽汽工况( C )运行,具有抽-凝供热汽轮机的优点,可根据外界热负荷的需要调整供热抽汽量,而且还可以保持较高的发电效率。在高(尖)峰供热期,供热抽汽控制阀全开、低压缸调节阀全关,汽轮机呈背压工况( B)运行,具有背压供热汽轮机的优点, 可做到最大供热能力。低压部分处于低速盘车状态, 可随时投运。3.2.2供热汽轮机特点我国供热汽轮机随着我国电力装备行业的发展而发展，由过去常规的小型供热机组，到大型抽凝两用机组和大容量高效专用供热机组。不同型式的汽轮机具有不同的适用性，在给定的边界条件下，选择合适的汽轮机型式是热电联产项目技术方案论证的重点内容。背压机的运行完全是“以热定电”, 发电机的出力完全受热负荷的制约,热负荷的变动将引起机组运行负荷的波动，使背压机工作在非设计工况，热效率降低。在没有热负荷时，背压机只能停机。背压机的容量一般较小，目前我国最大的背压机为25 MW , 进汽为211吨/小时 243吨/小时、压力参数为8.83MPa、535，排汽压力为1.47 MPa 313.2，排汽量为207吨/小时。背压机是以供热为主，适用于我国北方供暖期长的中小城市和具有常年稳定工业热负荷的小型工业园区。抽凝式汽轮机可以根据热负荷调整抽汽量，发电基本不受抽汽影响。目前我国抽凝机组一般选择300MW及以上的机型，以发电为主。在非供热期发电效率略低于同类型纯凝机组。在供热期能够根据热负荷调整抽汽量，同时可以带一定的发电负荷，其热效率高于同类型纯凝机组。目前，国内已有600MW和1000MW的抽凝机组。抽凝机组供热和发电能力都较大，适用于大中型城市的集中供热，同时为城市提供电力；也适用于大型耗电耗热企业自备电厂和工业园区热电厂。下表为上海汽轮机厂生产的几种供热机型。机组型式单位背压式（含抽背式）单抽式双抽式凝汽单抽两用机凝汽双抽两用机机组容量MW3-253-6012-125135-1000125-330供热蒸汽压力Mpa0.49-1.7(抽背式0.98-4.5)0.49-4.410.98-4.410.196-0.9810.245-4.30.118-1.470.196-1.0供热蒸汽温度231-319104-360285.4-441238-352104.3-327.2最大供热蒸汽量t/h46-216（抽背式20-140）20-23020-28834-60025-15040-238120-6504. 热电联产项目机组选型热电联产项目技术设计的关键就是热负荷的预测和工程技术方案的论证，即落实热负荷和供热机组的选型。热负荷是机组选型的基础，是工程设计和经济分析的基础资料。热电联产项目的机组选型很大程度上决定了项目运营期的运行效率和效益，同时应兼顾社会效益，即对当地环境影响。4.1落实热负荷热负荷是热电联产项目建设的基础，热电联产项目可行性研究技术规定要求：筹建单位及其主管部门、热用户和设计单位都应重视热负荷的调查和核实工作，筹建单位及热用户应尽可能提供可靠的、切合实际的热负荷数据，设计单位应负责对热负荷进行核实。当热电厂和热力网可行性研究不是由同一单位编制时，热负荷的调查和核实一般由热力网的可行性研究单位负责，但热电厂的可行性研究单位应积极配合、协调，并进行校核。核实后的设计热负荷同时作为热电厂和热力网可行性研究的编制依据。在热负荷的调查和核实过程中，应按工业热负荷和民用热负荷的现状和近期发展，以及规划热负荷分别予以调查和核实。 4.2供热机组选型在热电联产项目可研阶段，通常要做机组选型方案的比选，通过详细的技术经济比较确定供热机组的型式。但备选方案往往具有一定的倾向性，反映了项目业主的意愿，作为项目审批和决策部门应对备选方案进行评估，合理确定机组型式。热电项目通常是以热定电，不光是在运行过程中要根据热负荷的需求调节电负荷，在项目的可研和设计阶段也要根据热负荷的预测结果，结合项目所在地的城市规划、环境保护、电力供应和需求状况等因素，决定供热机组的型式。热电联产项目通常考虑供热稳定性的要求配置2台以上的供热机组，当一台机组故障时，其余机组的供热能力满足60%热负荷的需求。以两台供热机组为例，热电联产机组选型有以下几种组合方式：背压机+背压机、抽凝机+抽凝机、背压机+抽凝机。结合国家发改委等于2000年8月下发的热电项目可行性研究技术规定和国家发改委2007年2月下发的热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定，以及笔者对该类项目调查分析结论，下面分别介绍一些典型情况的机组选型原则，这里不考虑上述组合方式，只提出一些基本原则，供该类项目可研阶段确定机组选型方案时参考。4.2.1背压机组的选型（1）目前，背压机组一般用于稳定的工业热负荷或者我国北方供暖期较长（6-7个月）的城市采暖供热；（2）在不具备建设大型发电供热机组条件的地区，要根据当地热负荷的情况，区别对待。对于有充足、稳定的工业热负荷和采暖负荷的地区，原则上建设背压式机组，必要时配合建设大型抽汽凝汽式机组，按“抽背”联合运行方式供热；（2）对于全年都有较为稳定的工业热负荷，且热负荷需求不大，一般背压机能够满足，若在当地建设大型供热机组无法平衡电力负荷，该类地区适合建背压机组。（3）对于热负荷比较稳定，一天内波动较小（1020）的热电厂，可全部采用背压式或抽汽背压式供热机组，或者根据热负荷的分布配置一台300MW级抽凝机组，用于带尖峰热负荷；再配置一台或几台背压机组，用于带基本热负荷。（4）对于热负荷不太稳定的热电厂，可酌情采用抽凝式供热机组与背压式或抽汽背压式供热机组搭配设置。4.2.1抽凝机组的选型（1）目前，抽凝机组一般选择300MW以上的亚临界或者超临界机组，热负荷一般是大中型城市的居民采暖。300MW以下的抽凝机组已被列为产业指导目录中的限制类。600MW级和1000MW级的供热机组一般是以发电为主要目的，捎带供热，项目的申报也是属于发电类项目。（2）对于热负荷波动较大的热电厂，可全部采用抽凝式供热机组，但必须满足相关文件对年平均全厂热效率和年平均热电比的要求。（3）在热负荷比较集中，或热负荷发展潜力较大的大中型城市，应根据电力和城市热力规划，结合交通运输和城市污水处理厂布局等因素，争取采用单机容量30万千瓦及以上的环保、高效发电机组，建设大型发电供热两用电站。（4）民用采暖负荷为主的中小城市、县城和乡镇，应按统一规划、分步实施的原则。先期建设大型集中供热锅炉房，待热网和热负荷规模发展到一定水平后，再考虑建设大型热电联产电