某热电联产项目机组选型分析

高慧云+孙轶卿

【摘 要】随着《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014-2020）》以及发电企业电力体制改革的推进，热电厂的经济性、供热的可靠性越来越受重视，随之供热机组形式、容量的合理选择也显得尤为重要。本文结合南部某市规划热电负荷需求，电网调峰需求，通过抽凝式和背压机两种供热装机方案的优化比选，最终推荐本工程的装机方案为：新建2×350MW超临界抽凝式供热机组。

【关键词】热电联产；机组选型

1 工程概况

为解决南部某市某工业园日益增长的用电需求和集中供热需求，拟新建一座热电联产发电厂。该工业园区现有热用户110t/h，用汽参数为～1.8MPa、235℃。拟在2016年～2018年新增棉纺、纸品等工业热用户，根据已签订的意向性购汽协议，考虑到从用户端按焓值相应折减以及最高热负荷考虑同时系数0.7后近期（2020年）用汽量～220t/h，预测远期（2025年）用汽量～600t/h，用汽参数为～1.8MPa、210～240℃。

该市年均气温较高，空调使用时间达到180-200天左右。随着工业园区快速发展，园区内的厂房及工厂办公室、商业、会展、办公、酒店、金融、医疗、教育等现代化服务体系也将逐步完善，其相配套的商业及空调制冷热负荷将逐步增长。根据调研，供热范围内近期设计采暖抽汽量30t/h（2020年），远期设计采暖抽汽量为50t/h（2025年），蒸汽参数暂定为：～1.8MPa.a、230～245℃。

该市《电网“十二五” 发展规划（修编）》中预测，随着工业园区的建成及大型工业项目的落地，电力市场将快速增长，需加快本市电源建设。

2 本工程机组选型分析

供热项目机组选型一般需考虑以下原则：

1）在保证供热可靠的前提下，最大限度的满足供热需求。

2）热负荷能调峰运行能力强。

3）机组效率要高，发电净热耗低，运行经济性优良，满足企业可持续发展的要求。《中共中央国务院关于进一步深化电力体制改革的若干意见》（【2015】9号文）中指出，国内电力体制改革，市场将按照“管住中间，放开两头”的方式建立竞争机制。所以新建供热机组必须有强大的市场竞争力。

4）机组符合国家节能减排的要求，节省燃煤。

随着国家节能降耗政策的深化，350MW超临界机组因年均发电标煤耗率较同容量亚临界机组低7～10g/（kW·h）[1]，正在逐步取代300MW亚临界机组成为新建供热项目的主力军。因此本文不再讨论亚临界机组装机方案。

供热机组热效率高的主要原因是减少了冷段损失，超临界抽凝背式供热机组由于冷端零损失，能比抽凝式发电机组提供更多的热量。但抽凝背式机组要求在最大供热能力工况下运行[2]，且热负荷稳定，在国内外火力发电厂中实际应用的少，主机厂家也缺乏相应的技术储备。故本文也不推荐此方案。

目前国内主流供热机组配置一般有大型抽汽凝汽式机组和小型背压机，结合本项目热负荷情况，本项目可以考虑以下两种装机方案：

方案一：2×350MW抽凝机组（C300/N350）

方案二：2×50MW背压机（B50）

背压机结构简单，投资省，运行可靠，热效率可以达到80%以上。大容量抽凝机汽缸通流结构与常规纯凝机组基本相同，比较适合用于建设发电、供热两用电站。

背压机与超临界抽凝机的主要特性指标分别如下表1所示。

3 方案对比分析

3.1 热负荷要求

方案一：2×350MW超临界抽凝机

机组可以按纯凝工况运行，无最小抽汽量要求。经初步向主机厂咨询，2×350MW超临界热电联产燃煤机组的最大抽汽量780t/h（1.6MPa/435oC），按焓值折合蒸汽904t/h（1.8MPa/235oC）：

由表2可见 2×350MW超临界抽凝机组可满足现状、近期、远期工业负荷及采暖负荷。

方案二： 2×50MW背压机（B50）

B50背压机主汽压力8.83MPa，排汽压力1.8MPa，主汽流量450t/h，除机组回热系统用汽外，最大供热排汽量约为345t/h。背压机组必须按照以热定电运行，因此背压机组有最小供汽量要求，稳定运行负荷一般不低于50%。B50稳定负荷约180t/h，低于此负荷时，背压机无法长期稳定运行。

3.2 供热可靠性分析

方案一：2×350MW超临界抽凝机

按远期负荷来看，当一台机组故障停机时，正常运行的机组在满足600t/h工业抽汽量的情况下，最大采暖抽汽量可达368t/h，可满足全部的采暖负荷要求，满足《热电联产可行性技术规定》的要求。因此，2×350MW超临界抽凝机组供热是安全可靠的。

方案二： 2×50MW背压机（B50）

背压机蒸汽流量的变化对机组效率的影响较大，流量降低时，汽缸效率下降严重。并且按照汽轮机厂家提供的技术资料，背压机一般只保证在在50%以上进汽负荷下安全运行。从上表可以看出，仅近期负荷单机运行和远期负荷双机运行时才能长期运行。

本项目工业供汽用户主要为棉纺、纸品企业，每年生产销售有明显的淡旺季，一般每年5-9月份用热负荷较高，达到最高负荷的80%-90%。每日的用热分布波动较大，棉纺企业一般在11～21时为生产高峰阶段且热负荷波动最大，在75-100%之间波动，其它时段的用热为最高负荷的50～90%。纸品企业典型日内9～18时为生产高峰段，负荷波动范围在最高负荷的90%～100%，其他时段为生产低峰段，负荷波动范围在最高负荷的60%～80%。从上面数据来看，棉纺、纸品企业每年的淡旺季基本相同，每天的用电高峰也大致相当，会加大热负荷波动。

B50供热机组的调节主要依靠配套锅炉增减负荷，操作复杂，调节速度较慢。热负荷波动剧烈时，将会降低机组效率甚至跳机，不利于保障供热的可靠性。

3.3 电网调节分析

该工业园区处于南部资源丰富地区，海上风电、光伏发电、水电等总装机容量在地区电网里占据相当大比例。在夏季负荷高峰期，若风电、光伏零出力，功率需全部从主网下网；而在冬季小负荷期，风电、光伏出现大发甚至满发情况，向主网送电。下网受电及发电送出将出现季节交替出现的局面，呈现出较为复杂的特点，新能源做为不稳定电源，虽一定程度缓解了电力需求，但为电能质量合格率、电网稳定可靠运行也带来了较大压力。

本项目作为该地区骨干电源之一，对缓解地区电网调度压力，满足地区电力需求发展需要，促进电源布局更加合理化，都将起着重要的作用。

方案一超临界抽凝式供热机组热、电能的生产有一定的自由度，在一定范围内能各自独立调节，适应性较大，将有利于改善地区电网的电源结构，为系统提供调峰容量，减轻大网调峰压力。

方案二背压机调节能力差，无法适应当地电网的要求。当负荷变化大造成跳机甩负荷反而冲击电网。

3.4 热经济性指标分析

根据参考的C300/N350超临界供热机组和B50供热机组的热平衡图资料，分别计算得到两种装机方案的热经济指标如表4和表5所示。

备注：

1）现状热负荷太低机组无法长期运行，故不计算此条件下的热经济性。

2）近期热负荷下的数据为按单台机组承担全部热负荷计算。

从上表可以看出，方案二2×B50MW热电联产机组热效率高，年耗煤量少。但年供电量少，不能较好的解决电力缺口问题。

根据工业园区集中供热规划，供热项目在规划机组双投时，需考虑不能完全达到设计热负荷的可能性。即热电厂投产后的一段时间内可能达不到满负荷供热。此情况下，方案二抗风险能力不足，且前期投入大，2号机组可能有较长时间的闲置，经济效益不理想。而方案一350MW超临界供热机组即使按纯凝工况运行的热耗值也与超临界纯凝机组的差别不大，其标煤耗率低于国家平均水平，具有一定的竞争力。因此，即使在热电厂投产初期或热负荷不足时，2×350MW超临界供热机组的装机方案也能够保证热电厂的经济效益。

4 结论

综合供热机组的负荷要求、可靠性、对电网影响等各方面因素，本项目适合选用2×350MW超临界抽凝式供热机组。

【参考文献】

[1]董丽娟，张润盘.300MW级抽凝背式供热机组技术研究[J].华电技术，2015，9（37）：48-50.

[2]周猛.鹿华热电二期工程装机方案论证专题[R].石家庄：河北省电力设计研究院，2011.

[责任编辑：田吉捷]