大型漿紙廠不同熱電聯(lián)產(chǎn)方式供汽供電的成本分析比較

羅遵福 張永志 黃 輝

（中國中輕國際工程有限公司，北京，100026）

能源資源是人類生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是我國國民經(jīng)濟(jì)工作的一項約束性指標(biāo)。近年來，隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的進(jìn)程，能源消費在支撐發(fā)展的同時，也帶來生態(tài)環(huán)境的問題，如何調(diào)整和優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)，已成為現(xiàn)階段亟待解決的難題。

近年，國家和各地嚴(yán)格控制燃煤指標(biāo)，各省市都制定了削減計劃。煤炭消耗減少主要是通過使用電力、天然氣、煤質(zhì)天然氣、太陽能、生物質(zhì)能等清潔能源實現(xiàn)[1]。對于新上項目，實行嚴(yán)格的審批或者否決制度，新增煤耗項目實施減量替代。如海南省發(fā)布產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入禁止目錄，明確指出禁止新建火力發(fā)電中的燃煤發(fā)電；城區(qū)范圍內(nèi)，全面淘汰35 蒸t/h 及以下燃煤小鍋爐（2020年）[2]。根據(jù)《河南省2018年大氣污染防治攻堅戰(zhàn)實施方案》（豫政辦〔2018〕14 號文件）要求，2020 年年底前，基本淘汰省轄市規(guī)劃區(qū)內(nèi)35 蒸t/h 及以下燃煤鍋爐。按照《山東省人民政府辦公廳關(guān)于嚴(yán)格控制煤炭消費總量推進(jìn)清潔高效利用的指導(dǎo)意見》（魯政辦字〔2019〕117 號）要求，7 個傳輸通道城市35蒸t/h以下燃煤鍋爐要于2019年年底前基本淘汰。2018年，東莞全市區(qū)域被劃定為高污染燃料禁燃區(qū)，禁止燃燒煤炭、重油等高污染燃料，將分步關(guān)停燃煤發(fā)電機(jī)組。

造紙行業(yè)是輕工行業(yè)中的重工業(yè)，是典型的用熱用電大戶。隨著國內(nèi)造紙行業(yè)不斷淘汰落后產(chǎn)能，制漿造紙企業(yè)全國布局，向大型化發(fā)展，生產(chǎn)規(guī)模已逐步與國際接軌。百萬噸級漿廠和200 萬t 以上紙廠已有數(shù)家，其蒸汽用量通常達(dá)到400～700 t/h，且需要多種壓力等級；用電裝機(jī)可達(dá)到100～200 MW。其自備電站的規(guī)模也在同步發(fā)展，已逐步發(fā)展到50、100 MW 等級。隨著企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，能源的綜合利用也在同步發(fā)展，應(yīng)優(yōu)化項目的裝機(jī)方案，提高能源的利用效率[3]。

對于大型化學(xué)木漿廠，配套堿回收鍋爐，并配置固廢資源綜合利用鍋爐，通過熱電聯(lián)產(chǎn)，即可滿足漿廠用汽用電的需求。對于大型紙廠，常規(guī)配置燃煤循環(huán)流化床鍋爐，通過熱電聯(lián)產(chǎn)，滿足用汽及部分用電需求（不足電量由外網(wǎng)供應(yīng)）。本文對燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)3種熱電聯(lián)產(chǎn)供熱供電方式進(jìn)行了分析比較。

1 熱電聯(lián)產(chǎn)方式簡介

1.1 燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)

燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)是由燃煤鍋爐、汽輪機(jī)（抽凝式或者抽背式）、發(fā)電機(jī)共同組成的發(fā)電系統(tǒng)。燃煤經(jīng)破碎系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)送至鍋爐，在鍋爐里燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的主蒸汽，送入汽輪機(jī)做功，抽汽或者背壓排汽供工藝使用，在滿足供熱的同時，發(fā)出電能。

現(xiàn)有制漿造紙廠，燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)占比最高。常規(guī)配置90～350 t/h 循環(huán)流化床鍋爐，鍋爐產(chǎn)生的主蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)做功后，抽取滿足工藝使用的蒸汽，同時發(fā)出電能。燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)，具有如下優(yōu)勢：燃料煤炭價格便宜；煤炭供給可靠；工藝生產(chǎn)較為成熟、普遍。但其缺點也明顯：煤炭燃燒后產(chǎn)生SO2、SO3、NOx、粉塵等污染物，需要配套煙氣處理設(shè)施；廠用電較高；用水量較多。還需要配套儲煤、輸煤設(shè)施，占地面積大。

1.2 燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)

燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)是由燃?xì)忮仩t、汽輪機(jī)（抽凝式或者抽背式）、發(fā)電機(jī)共同組成的發(fā)電系統(tǒng)。天然氣在鍋爐里燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的主蒸汽，送入汽輪機(jī)做功，抽取或者背壓排汽供工藝使用，在滿足供熱的同時，發(fā)出電能。

天然氣作為一種清潔燃料，近年得到迅速發(fā)展，有便于輸送、易調(diào)節(jié)、現(xiàn)場無需固定容器儲存等特點。燃?xì)忮仩t占地面積小，燃燒后煙氣污染物濃度低。但是我國燃?xì)赓Y源分布不均，在不同區(qū)域受氣源限制較大，運行成本較高。

1.3 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)

燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是由燃?xì)廨啓C(jī)、發(fā)電機(jī)與余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)（凝汽式）或供熱式蒸汽輪機(jī)（抽汽式或背壓式）共同組成的循環(huán)系統(tǒng)。它是將燃?xì)廨啓C(jī)作功后排出的高溫乏煙氣通過余熱鍋爐回收轉(zhuǎn)換為蒸汽，送入蒸汽輪機(jī)發(fā)電，或者將部分發(fā)電作功后的乏汽用于供熱。

燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電廠，采用天然氣等相對清潔的能源，污染物排放濃度低，還具有熱效率高、建設(shè)周期短、占地和用水量少、自動化程度高、調(diào)整靈活等優(yōu)點。

燃?xì)廨啓C(jī)于20 世紀(jì)50 年代開始逐漸用于發(fā)電。20 世紀(jì)60 年代，歐美將燃?xì)廨啓C(jī)作為備用電源和調(diào)峰機(jī)組使用；20 世紀(jì)80 年代，燃?xì)廨啓C(jī)不僅作為備用電源，還攜帶基本負(fù)荷和中間負(fù)荷。目前燃?xì)廨啓C(jī)及其聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組是世界電力工業(yè)的一種重要組成部分。

我國從20 世紀(jì)60 年代初開始引進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)，改革開放后，引進(jìn)了一批燃油燃?xì)廨啓C(jī)。20 世紀(jì)80 年代，南京汽輪機(jī)廠與GE 公司合作生產(chǎn)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組。2000年，國家從世界上幾大燃?xì)廨啓C(jī)制造上引進(jìn)較為先進(jìn)的“F”級機(jī)組。哈爾濱電氣引進(jìn)GE 技術(shù)，東方電氣引進(jìn)三菱技術(shù)，上海電氣引進(jìn)西門子技術(shù)。單臺燃機(jī)出力可達(dá)250 MW 級，聯(lián)合循環(huán)出力達(dá)到400 MW 級。目前，最新型的“G”或者“H”級燃機(jī)，單循環(huán)出力為300 MW等級。

2 成本分析方法與參數(shù)的建立[4]

成本和費用的估算，應(yīng)遵循國家現(xiàn)行《企業(yè)會計準(zhǔn)則》和《企業(yè)會計制度》規(guī)定的成本和費用核算方法，同時應(yīng)遵循有關(guān)稅法的規(guī)定。根據(jù)國家發(fā)改委和建設(shè)部發(fā)布的《建設(shè)項目經(jīng)濟(jì)評價方法與參數(shù)》中有關(guān)總成本費用測算方法的規(guī)定，本文中不同方式熱電聯(lián)產(chǎn)的成本，將采用生產(chǎn)要素法進(jìn)行測算。

2.1 外購原材料、燃料及動力費

3 種熱電聯(lián)產(chǎn)方式，外購原材料均包括化學(xué)水藥品、鍋爐加藥等，燃料動力均需消耗清水。主要不同之處是燃料品種。對于燃煤鍋爐（按循環(huán)流化床鍋爐爐型），還需考慮外購石灰石粉及氨水、破碎篩分及灰渣系統(tǒng)的動力消耗、燃料儲運。原材料單價均按到廠價格（含稅）計算。

2.2 工資及福利費

根據(jù)3 種不同熱電聯(lián)產(chǎn)所需要的人員計算工資及福利費，人均工資福利為80000元/年。

2.3 折舊與攤銷

固定資產(chǎn)折舊采用直線法平均計算各類固定資產(chǎn)折舊，殘值率為5%；折舊率如下：房屋建筑物20年，折舊率4.75%；機(jī)器設(shè)備14 年，折舊率6.79%；遞延資產(chǎn)按5 年攤銷；由于征地費用各地區(qū)差異較大，本文未考慮征地費，攤銷費用不包括征地費的分?jǐn)偂?/p>

2.4 其他費用

其他費用包括除工資總額、折舊費、攤銷費外的制造費用、管理費用等，按行業(yè)平均水平估計。本測算不考慮資金來源，所以未計算財務(wù)費用。

2.5 總成本費用估算

總成本費用估算按照生產(chǎn)要素估算法進(jìn)行計算。總成本費用=外購原材料費、燃料動力費+工資及福利費+折舊費+攤銷費+修理費+其他費用。

2.6 熱/電成本分?jǐn)偙鹊挠嬎?/h3>

為了合理分?jǐn)偀?電產(chǎn)品成本，根據(jù)《熱電聯(lián)產(chǎn)項目可行性研究技術(shù)規(guī)定》，本著熱電共享原則，以熱量法計算為基礎(chǔ)進(jìn)行熱/電成本分?jǐn)?。發(fā)電可變分?jǐn)偙?發(fā)電用標(biāo)煤量/發(fā)電供熱用標(biāo)煤量。

3 工程案例分析比較

3.1 工程案例概述

以某大型漿紙廠的汽電負(fù)荷進(jìn)行分析。該廠一期生產(chǎn)年產(chǎn)80 萬t 化學(xué)漿，配套堿回收、漿板機(jī)及55 萬t 文化用紙，二期工程建設(shè)年產(chǎn)60 萬t 化機(jī)漿、50萬t特種紙、90萬t白卡紙、15萬t生活用紙。一期工程配套堿回收鍋爐，配置1臺固廢資源綜合利用鍋爐，通過熱電聯(lián)產(chǎn)，滿足一期工程汽電需求。二期工程，以大型紙機(jī)為主，用汽用電負(fù)荷為：1.4 MPa 中壓蒸汽，64 t/h；0.7 MPa 低壓蒸汽，147 t/h；總用電負(fù)荷為156275 kW。

3.2 燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)計算方法與參數(shù)

根據(jù)熱負(fù)荷和電負(fù)荷核算，配置3臺280 t/h循環(huán)流化床鍋爐和2臺80 MW 抽凝機(jī)。根據(jù)主機(jī)配置，建立成本分析方法。投資按照工程費用4000～5500元/kW，每500 元/kWh 取1 個點，標(biāo)煤價格按照700～1000元/t，每100元/t取1個點，分別進(jìn)行計算。

3.3 燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)計算方法與參數(shù)

根據(jù)熱負(fù)荷和電負(fù)荷核算，配置3臺280 t/h燃?xì)忮仩t和2臺80 MW 抽凝機(jī)。根據(jù)主機(jī)配置，建立成本分析方法。投資按照工程費用4000～5500 元/kW，每500 元/kWh 取1 個點，天然氣價格按照2～3.5 元/m3，每0.5元/m3取1個點，分別進(jìn)行計算。

3.4 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)計算方法與參數(shù)

根據(jù)熱負(fù)荷和電負(fù)荷核算，配置3 臺6B.03 燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)機(jī)組。根據(jù)主機(jī)配置，建立成本分析方法。投資按照工程費用4000～5500 元/kW，每500元/kWh 取1 個點，天然氣價格按照2～3.5 元/m3，每0.5元/m3取1個點，分別進(jìn)行計算。

3.5 計算結(jié)果分析

根據(jù)3 種熱電聯(lián)產(chǎn)計算方法的計算結(jié)果，繪制供電成本曲線和供熱成本曲線如圖1和圖2所示。

圖1 3種熱電聯(lián)產(chǎn)供電成本曲線Fig.1 Power supply cost curves of three cogeneration modes

圖2 3種熱電聯(lián)產(chǎn)供熱成本曲線Fig.2 Heating supply cost curves of three cogeneration modes

由圖1 和圖2 可知，燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱和供電成本最低，其次是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)成本最高。

對計算結(jié)果進(jìn)行公式擬合，得出供電成本和供熱成本的擬合公式，如表1和表2所示。

表1 供電成本擬合公式Table 1 Table of power supply cost fitting formula

表2 供熱成本擬合公式Table 2 Table of heating supply cost fitting formula

結(jié)合工程案例的情況，燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)單位工程費用為4500元/kW，燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)單位工程費用為4000 元/kW，燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)單位工程費用為5500 元/kW，得出3 種熱電聯(lián)產(chǎn)在不同燃料價格的條件下的熱電成本分別如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，從總體上看，燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的供熱和供電成本最低，其次是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)成本最高。由圖3 曲線可知，當(dāng)標(biāo)煤價格為940元/t時，其供電成本與天然氣價格為2 元/m3時的供電成本相同，如圖3 中A 點所示。當(dāng)標(biāo)煤價格為1000元/t時，其供電成本與天然氣價格為2.15元/m3的供電成本相同，如圖3 中B 點所示。對于標(biāo)煤價格低于940 元/t 及天然氣價格高于2 元/m3的區(qū)域，燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的供電價格較低。對于標(biāo)煤價格高于940 元/t、低于1000 元/t 及天然氣價格高于2 元/m3、低于2.15元/m3的區(qū)域，燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的供電與燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的供電價格相當(dāng)。

圖3 某工程3種熱電聯(lián)產(chǎn)供電成本曲線Fig.3 Power supply cost curves of three cogeneration modes of a project

圖4 某工程3種熱電聯(lián)產(chǎn)供熱成本曲線Fig.4 Heating supply cost curves of three cogeneration modes of a project

4 結(jié)論與建議

為滿足大型漿紙廠供汽和供電的需求，配置熱電聯(lián)產(chǎn)熱電站滿足工藝的需求。本文主要介紹燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)3種熱電聯(lián)產(chǎn)方式。建立成本計算方法，對不同單位工程費用、不同燃料價格下的供電供熱成本進(jìn)行建模計算。通過3種熱電聯(lián)產(chǎn)方式建模計算結(jié)果可看出，燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)的成本最低，其次是燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)，燃?xì)忮仩t熱電聯(lián)產(chǎn)的成本最高。

本測算得出計算結(jié)果曲線并進(jìn)行分析，同時對計算結(jié)果進(jìn)行了曲線擬合，相關(guān)項目可根據(jù)當(dāng)?shù)厝剂蟽r格，結(jié)合工程項目的工程費用情況，進(jìn)行模擬核算，得出不同燃料價格對供熱、供電成本的曲線，供不同燃料價格地區(qū)作熱電聯(lián)產(chǎn)方式選型參考。

由于各地征地費用差異較大，燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)電廠用地面積大大少于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)電廠。決策時，還需考慮征地費用這個因素。

各項目可根據(jù)工程費用、燃料價格，參考3 種熱電聯(lián)產(chǎn)成本曲線，核算項目的經(jīng)濟(jì)性和可行性，綜合考慮各種因素，進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)方式的決策。