大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)項目采用抽汽、高背壓、NCB裝機方案比較及經(jīng)濟(jì)性分析

摘要：本文結(jié)合保定市熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃和區(qū)域內(nèi)熱用戶的現(xiàn)狀，以及河北南網(wǎng)電負(fù)荷情況，對大唐保定熱電廠2×350MW熱電機組項目裝機方案進(jìn)行論證，提出三種裝機方案，并對350MW超臨界抽汽供熱機組、高背壓供熱機組和NCB供熱機組方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析比較。

關(guān)鍵詞：抽汽供熱機組；高背壓供熱機組；NCB供熱機組；裝機方案；經(jīng)濟(jì)性分析

引言

由于熱電聯(lián)產(chǎn)的模式具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益[1]，根據(jù)國家《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》（1268號文件）的能源政策和保定市對熱電聯(lián)產(chǎn)的迫切需求，大唐保定熱電廠擬建設(shè)2×350MW超臨界供熱機組。本文在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性兩方面開展論述，結(jié)合地域特點，對裝機方案進(jìn)行分析優(yōu)化。

1 裝機方案

常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)機組，配置為2×350MW超臨界抽汽式供熱機組，供熱能力540MW/h，可供采暖供熱面積約1200萬m2，面對城市熱負(fù)荷增長的趨勢，仍顯不足。為此，列舉三個增強供熱能力的機型配置方案進(jìn)行對比分析。

1.1 方案一：1臺抽汽供熱機組+1臺高背壓供熱機組。高背壓供熱機組采暖季更換供熱專用低壓轉(zhuǎn)子，以機組做功后的低壓缸排汽將熱網(wǎng)循環(huán)水加熱至80℃，抽汽機組通過熱網(wǎng)加熱器對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱至110℃對外供熱。

1.2 方案二：2臺高背壓供熱機組。2臺高背壓供熱機組均在采暖季開始前更換供熱專用低壓轉(zhuǎn)子?？紤]到采暖季熱負(fù)荷是緩慢上升至額定負(fù)荷的，高背壓機組的運行受熱網(wǎng)循環(huán)水量、背壓排汽量制約，兩臺機全部采用高背壓供熱形式，很長一段時間運行在低負(fù)荷工況下。

1.3 方案三：1臺高背壓供熱機組+1臺NCB供熱機組。一臺機組采暖季更換供熱專用轉(zhuǎn)子；另一臺帶3S離合器的NCB供熱機組，采暖季低壓缸解列，將中壓缸排汽全部引至熱網(wǎng)加熱器二次加熱熱網(wǎng)循環(huán)水。

2 裝機方案對比

2.1 技術(shù)特性對比

2.1.1方案一：采暖季開始前，高背壓機組更換供熱專用低壓轉(zhuǎn)子，水塔停運，以低壓缸最大排汽量直接加熱熱網(wǎng)循環(huán)水，帶額定采暖方式運行，抽汽機組視熱負(fù)荷增長情況，將熱網(wǎng)循環(huán)水二次加熱至需要溫度，供熱質(zhì)調(diào)節(jié)比較靈活。

2.1.2方案二：采用兩臺高背壓供熱機組，不足之處：一是高背壓機型決定，熱網(wǎng)循環(huán)水回水溫度不得超過60℃，否則機組排汽熱量無法帶走，將因低壓缸超溫被迫停機。一臺高背壓機組將50℃的熱網(wǎng)循環(huán)水加熱至78℃，另一臺機組無法繼續(xù)以高背壓型式對熱網(wǎng)循環(huán)水進(jìn)行二次加熱，勢必造成第二臺高背壓機組無法正常運行。

2.1.3方案三：350MW超臨界NCB供熱機組，是以常規(guī)350MW超臨界汽輪機為母型，將低壓缸通過3S離合器與高中壓缸連接，使低壓缸可在線解列和并列，具備凝汽、抽汽、背壓三種運行功能，根據(jù)供熱負(fù)荷的變化進(jìn)行切換，在供熱負(fù)荷超過抽汽模式的供出量時，切除低壓缸，按背壓方式單獨運行。本方案可以獲得最大的采暖供熱量，但如果采用同軸布置，發(fā)電機需要布置在高壓缸機頭側(cè)，此方案需要重新計算機組軸系力矩，目前在350MW超臨界機組還沒有應(yīng)用案例，無可借鑒，存在較大未知風(fēng)險；如采用分軸布置，低壓缸布置在中壓缸旁邊，低壓缸和中壓缸分別配置一臺發(fā)電機。此方案會增加主廠房占地面積，兩臺發(fā)電機會使機組更加復(fù)雜，投資更高[2]。

2.2 供熱能力對比

方案二的額定采暖能力最大，方案三的最大采暖能力第一。

2.3 發(fā)電能力對比

三個方案均配置一臺超臨界高背壓供熱機組，因此只比較第二臺機組發(fā)電功率；且因三種機型在非采暖季均恢復(fù)為抽凝方式，發(fā)電能力基本一致，因此僅比較采暖季的發(fā)電功率。

高背壓機組在供熱的同時可以實現(xiàn)發(fā)電功率最大；抽汽機組次之，NCB由于低壓缸解列運行，低壓缸不做功，發(fā)電功率最小[3]。

3 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)對比

3.1 初投資對比

以單臺抽汽機組費用為基準(zhǔn)，對比三個方案的設(shè)備初投資。

單臺高背壓機組較抽汽機組增加投資1400萬元，NCB機組較抽汽機組增加2220萬元。

3.2 供熱收益對比

在采暖季，三種方案的機型均帶額定采暖熱負(fù)荷，比較采暖供熱能力收益。按保定市冬季供熱運行小時數(shù)2880小時、采暖售熱費用28元/GJ計算：

一個供熱季，高背壓機組較抽汽機組增加供熱收入4003萬元。NCB機組較抽汽機組增加供熱收入2085萬元、較高背壓機組減少供熱收入1918萬元。

3.3 采暖季發(fā)電收益對比

非采暖季，三種方案的機型發(fā)電能力一致。采暖季，三種方案的機型均帶額定基本熱負(fù)荷滿發(fā)，比較三種機型在供熱同時的發(fā)電能力收益。按冬季供熱運行小時數(shù)2880小時、上網(wǎng)電價0.41元/KWh計算：

采暖工況下，NCB機組發(fā)電收益最低，高背壓機組發(fā)電收益最大。

2011年6月30日，國家發(fā)改委令第10號對《關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定》要求：熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃必須按照“以熱定電”的原則進(jìn)行……地區(qū)電力管理部門在制定熱電廠電力調(diào)度曲線時，不得以電量指標(biāo)限制熱電廠對外供熱。根據(jù)“以熱定電”原則，熱電聯(lián)產(chǎn)機組在供熱的同時具備多發(fā)電功率的能力，可以最大化的實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)中電聯(lián)發(fā)布的《2017年底分省火電裝機和利用小時排名》顯示：河北省火電全年利用小時數(shù)為4135小時，排名全國第一。位于河北南部電網(wǎng)的大唐河北發(fā)電有限公司2017年全年火電利用小時數(shù)為5729小時，遠(yuǎn)高于河北省以及全國指標(biāo)，機組的發(fā)電指標(biāo)充裕，因此，方案三在“以熱定電”原則下不占優(yōu)勢。

4 結(jié)論

4.1 在提高供熱能力方面：高背壓和NCB機型均可在抽汽機型基礎(chǔ)上增大供熱能力。

4.2 在經(jīng)濟(jì)性方面：單臺機組采用高背壓機型增加投資1400萬元，采用NCB機型增加投資2220萬元。一個采暖季，高背壓機組較抽汽機組增加電、熱收入合計7177萬元，較NCB機組增加11718萬元；NCB機組較抽汽機組減少4541萬元。

4.3 NCB技術(shù)目前較多應(yīng)用在燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組中，汽輪機利用燃機的乏汽加熱余熱鍋爐產(chǎn)生蒸汽運行，屬于燃?xì)庥酂崂?，余熱汽輪機參數(shù)等級不高，屬于高壓、超高壓汽輪機組等級。雖然供熱能力較抽汽機型大，但供熱收益無法抵消電量損失，尤其在冬季“以熱定電”供熱同時多發(fā)電量的盈利期，無法體現(xiàn)其整體經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢。抽汽機組和NCB機組運行方式靈活。高背壓機組則需要在采暖期前、后進(jìn)行兩次揭缸更換低壓轉(zhuǎn)子，停機檢修時間較其它兩種機型長，會損失一部分電量。但在非采暖期利用小時數(shù)低、機組停備時間長的地區(qū)可以忽略。

綜合考慮適用性、經(jīng)濟(jì)性，在供熱負(fù)荷穩(wěn)定、機組利用小時數(shù)高的保定地區(qū)，推薦1×350MW超臨界抽汽供熱機組+1×350MW超臨界高背壓供熱機組方案。

參考文獻(xiàn)

[1]翟幾中，蔡覺先，遲毅超.熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱的經(jīng)濟(jì)性分析[J] .中國高新技術(shù)企業(yè)，2008（10），52-53.

[2]張波，邢培杰.NCB供熱機組的應(yīng)用前景分析[J].吉林電力，2014，（2），25-27.

[3]葉東平.哈汽新型350MW超臨界高背壓供熱汽輪機熱力特性[R].哈爾濱汽輪機廠有限公司，2018.

作者簡介：王義（1977-），男，本科，河北 保定，電力中級工程師，研究方向為：火電廠基建及供熱管理。

（作者單位：大唐保定熱電廠）