孫軼卿 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司

不同供熱參數(shù)下的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組節(jié)能比較

孫軼卿 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院有限公司

熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組相比普通化石燃料電廠具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢(shì)。而選址的不同會(huì)導(dǎo)致熱電廠供汽端參數(shù)變化。依據(jù)某一具體熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，通過計(jì)算兩種不同供熱參數(shù)下熱電廠的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)差異，比較了其對(duì)供熱機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，可供有關(guān)人員在確定熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目選址時(shí)參考。

熱電聯(lián)產(chǎn)；節(jié)能分析；工業(yè)供熱

熱電聯(lián)產(chǎn)相比較傳統(tǒng)的熱電分產(chǎn)，在產(chǎn)出同樣數(shù)量的熱力和電力情況下，熱電聯(lián)產(chǎn)方式比熱電分產(chǎn)可以節(jié)約約1/3的燃煤，綜合效率可由50%提高到約80%，因此熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性更好，更符合當(dāng)前國(guó)家節(jié)能減排的方針政策。熱電聯(lián)產(chǎn)近年在我國(guó)各地區(qū)得到了蓬勃發(fā)展，據(jù)了解，到2013年底，我國(guó)6 MW及以上熱電聯(lián)產(chǎn)裝機(jī)已達(dá)251.82 GW，比上一年又增加22.97 GW，目前我國(guó)熱電裝機(jī)容量已居世界首位[1]。

目前很多城市都編制了地區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃，在具有較大熱負(fù)荷需求的工業(yè)園區(qū)規(guī)劃建設(shè)了熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目前期選址論證時(shí)，一般會(huì)有2~3個(gè)備選的擬建廠址方案[2]。而熱電廠選址導(dǎo)致供熱距離發(fā)生變化，將引起熱電廠供熱參數(shù)相應(yīng)變化，因此需要在可行性研究階段就要考慮供熱參數(shù)與機(jī)組的匹配情況，以使機(jī)組在投產(chǎn)運(yùn)行后達(dá)到較佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行工況[3]。因此本文擬分析不同供熱參數(shù)對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，并就某一工程進(jìn)行實(shí)例計(jì)算。

1 項(xiàng)目概況

根據(jù)《熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究技術(shù)規(guī)定》的要求，區(qū)域熱電廠的供熱范圍要適中、合理。蒸汽管網(wǎng)的供熱半徑一般以≤ 3～5 km為宜，根據(jù)目前已建成的項(xiàng)目，大型工業(yè)園或者石化企業(yè)距離熱電廠有1～20 km不等。

以廣東某熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目為例，根據(jù)當(dāng)?shù)氐募泄嵋?guī)劃，該項(xiàng)目將滿足該市某街道、某產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移工業(yè)園、某鎮(zhèn)的近期工業(yè)與商業(yè)熱負(fù)荷需求，擬承擔(dān)的熱負(fù)荷在考慮同時(shí)系數(shù)之后，熱電廠熱力站出口的蒸汽參數(shù)如表1所示。

表1 熱電廠熱力站出口的蒸汽參數(shù)

工程擬建設(shè)2臺(tái)350 MW超臨界燃煤供熱機(jī)組，主機(jī)選用國(guó)產(chǎn)設(shè)備。鍋爐型式為超臨界一次中間再熱直流煤粉爐。汽輪機(jī)型式為超臨界三缸兩排汽中間再熱抽凝式汽輪機(jī)，過熱蒸汽蒸發(fā)量1 150 t/h，過熱蒸汽壓力24.2 MPa，過熱蒸汽溫度566℃，機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)采用8級(jí)非調(diào)整抽汽，由3臺(tái)高壓加熱器、1臺(tái)高壓除氧器和4臺(tái)低壓加熱器組成。工業(yè)供熱蒸汽由中壓缸某一級(jí)調(diào)整抽汽供應(yīng)，因此單臺(tái)機(jī)組平均熱負(fù)荷為270 t/h。機(jī)組的原則性熱力系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1 350 MW超臨界熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組原則性熱力系統(tǒng)圖

2 系統(tǒng)分析

該項(xiàng)目在初可研報(bào)告中擬定了2個(gè)選址方案，距離熱負(fù)荷中心分別約8 km和15 km。如果按照常規(guī)的供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)，管道壓降約0.06～0.1 MPa/km，溫降約15℃～20℃/km[4]，該項(xiàng)目?jī)蓚€(gè)選址方案供熱管道均較長(zhǎng)，若采用常規(guī)供熱管網(wǎng)，壓降、溫降均較大，經(jīng)濟(jì)性較差，因此推薦采用“長(zhǎng)輸熱網(wǎng)專利技術(shù)”[5]，可以將輸送蒸汽的散熱損失與壓力損失分別降低到5℃～7℃/km，0.02～0.03 MPa/km。本次計(jì)算取壓降0.025 MPa/km，溫降6℃/km。供熱首站布置在汽機(jī)房?jī)?nèi)，根據(jù)其蒸汽參數(shù)1.35 MPa，300℃，同時(shí)結(jié)合7 km供熱管道的總壓降約0.175 MPa、總溫降約42℃，因此8 km供熱管網(wǎng)選址方案的供汽參數(shù)選擇為1.35 MPa，300℃，抽汽壓力1.35 MPa。而15 km長(zhǎng)供熱方案的管道壓降、溫降勢(shì)必更大，因此其供熱首站的蒸汽參數(shù)應(yīng)在8 km供熱管網(wǎng)方案的基礎(chǔ)上另外加上7 km的壓降、溫降，其參數(shù)可選擇為1.6 MPa，342℃。

根據(jù)汽輪機(jī)廠提供的機(jī)組熱平衡圖，抽汽壓力1.35 MPa和1.6 MPa對(duì)應(yīng)的抽汽溫度分別為404.7℃、427℃，焓值分別為3 268.8 kJ/kg、3313.4 kJ/kg，將不同供熱距離下供汽參數(shù)按焓值折減到抽汽參數(shù)后，相應(yīng)得到不同供熱距離方案下的汽輪機(jī)供熱抽汽流量如表2所示。

3 指標(biāo)計(jì)算

由表2可以看出，8km和15km供熱管網(wǎng)方案下，汽輪機(jī)供熱抽汽量略有差別（約1.4%）。根據(jù)機(jī)組的熱平衡圖資料，機(jī)組在供熱距離方案1 251.3 t/h抽汽量時(shí)的熱耗、功率值分別為q1=6838.3 kJ/kWh、N1=297 253 kW，按熱電聯(lián)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計(jì)算得到機(jī)組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率：

表2 2種供熱距離對(duì)應(yīng)的工業(yè)抽汽參數(shù)（單臺(tái)機(jī)組）

可得到供熱距離方案1下的機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率 bd1=252.4 g/kWh。式（1）中：q1為汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電熱耗率（kJ/kWh），ηgl為鍋爐效率（本工程計(jì)算取鍋爐保證效率93.5%），ηgd為管道效率（一般取0.99），因按文獻(xiàn)[2]中公式7-11采用加權(quán)平均法計(jì)算年平均發(fā)電熱負(fù)荷較為復(fù)雜，一般工程中難以定量確定各個(gè)工況熱負(fù)荷的年運(yùn)行時(shí)間，且本工程承擔(dān)的熱負(fù)荷較為穩(wěn)定，因此本計(jì)算中擬以額定工況發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率代替年均發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，這并不會(huì)影響本文的比擬結(jié)論。

根據(jù)機(jī)組在兩種不同供熱距離方案下的抽汽參數(shù)和抽汽量的不同，焓值差Δh= 44.6 kJ/kg，可以測(cè)算出兩種方案下的做功差為ΔN=Δh×DC=3131 kW。由于兩種供汽方案下的鍋爐吸熱量Q可認(rèn)為沒有變化，因此根據(jù)毛熱耗率q=Q/N得到，q1× N1= q2× N2，也即

根據(jù)式（1）計(jì)算得到供熱距離方案2時(shí)的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率bd2=255.1 g/kWh。兩種不同供熱距離方案下發(fā)電標(biāo)煤耗率差異Δbd=2.7 g/kWh，發(fā)電標(biāo)煤耗率變化百分比約1.06%，由此可以看出不同的供熱距離，對(duì)于供熱機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性影響還是比較大的。

根據(jù)年均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率計(jì)算式：

式（2）中dξ為發(fā)電廠用電率，本工程計(jì)算取為5%，可得供熱距離方案1、2下的機(jī)組年平均供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率分別為bgp1=265.7 g/kWh 、bgp2=268.5 g/kWh。

根據(jù)年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量計(jì)算式：

式（3）中 Pa、rξ 、Qa、brp分別為機(jī)組年發(fā)電量、供熱廠用電率、年供熱量和年均供熱標(biāo)煤耗率，其數(shù)值都可以按照文獻(xiàn)[2]中相應(yīng)的公式計(jì)算得到，本文計(jì)算暫定發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)數(shù)為5 500 h，年額定供熱小時(shí)數(shù)為7 200 h，發(fā)電廠用電率為5%。將計(jì)算結(jié)果代入式（3），得到供熱距離方案1、2下機(jī)組的年標(biāo)準(zhǔn)煤耗量分別為70.4萬t和71.5萬t，按目前標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)800元/t計(jì)算，1年的標(biāo)煤耗量費(fèi)用差價(jià)就達(dá)880萬元。

4 結(jié)論

熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目選址是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程活動(dòng)，需要綜合考慮征地、環(huán)保、建設(shè)成本、電網(wǎng)、燃料及水源、社會(huì)等諸多因素，選址方案直接關(guān)系到節(jié)能減排和電廠的經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行。本文即從不同供熱距離影響供熱參數(shù)，進(jìn)而對(duì)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生影響的角度，依據(jù)某一具體工程，進(jìn)行的定性分析和量化計(jì)算，通過計(jì)算得到了兩種不同供熱距離方案下標(biāo)準(zhǔn)煤年耗量的差異，以此作為機(jī)組的年運(yùn)行成本增加值，可供有關(guān)人員在熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目初期選址時(shí)考慮，以便于做出更科學(xué)的決策。

[1] 李鳳琳．熱電聯(lián)產(chǎn)正迎發(fā)展機(jī)遇期[N]．中國(guó)能源報(bào)，2015-05-25 （15）

[2] 國(guó)家經(jīng)貿(mào)委，國(guó)家發(fā)展計(jì)劃委，建設(shè)部．熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目可行性研究技術(shù)規(guī)定[S]. 2001.

[3] 方善軍. 熱電聯(lián)產(chǎn)發(fā)展面臨的問題與展望[J]. 上海節(jié)能，2002，(5):14-15.

[4] 羅申國(guó)．關(guān)于利用電站鍋爐長(zhǎng)距離集中供熱的探討[J]．山西焦煤科技，2013，37(11):47-50.

[5] 徐曉光，李斌斌．南通天電長(zhǎng)輸熱網(wǎng)及降低熱耗技術(shù)的應(yīng)用[J]．城市建設(shè)理論研究：電子版，2013，(11).

INFORMATION AND DYNAMIC

節(jié)能信息與動(dòng)態(tài)

崇明縣百戶家庭安裝分布式光伏發(fā)電設(shè)備

近年來，崇明大力推廣清潔能源應(yīng)用。2013年，該縣首個(gè)家庭“發(fā)電站”安裝并網(wǎng)發(fā)電，家住廟鎮(zhèn)的徐衛(wèi)雄率先在自家安裝了6塊太陽能光伏板，每塊面積約1.6 ㎡，發(fā)電容量1.5 kW。并網(wǎng)運(yùn)行后，將平時(shí)用不完電力輸送至電網(wǎng)，并收到了崇明供電公司購電費(fèi)。此后，越來越多的市民對(duì)“自家建個(gè)發(fā)電站”產(chǎn)生濃厚興趣。目前，全縣已有100多戶家庭安裝分布式光伏發(fā)電設(shè)備，除提供家庭用電，多余的電力均出售給電力公司。 （崇明）

美建成一旋轉(zhuǎn)生態(tài)木屋確保冬暖夏涼

最近，法國(guó)一家環(huán)保建筑設(shè)計(jì)公司在美國(guó)精心設(shè)計(jì)，就地取材，用雪松、竹子、石灰?guī)r和莫霍克保護(hù)區(qū)的木材建成了一套生態(tài)木屋。

該旋轉(zhuǎn)生態(tài)木屋總建筑面積為220 ㎡，分上下兩層。臥室、衛(wèi)生間、廚房和書房一應(yīng)俱全，另外還有一個(gè)大露臺(tái)和一個(gè)陽臺(tái)。天花板高高聳立，窗戶造型彎曲有趣，廚房的花崗巖臺(tái)面樸素雅致，書房里窗明幾凈。整個(gè)旋轉(zhuǎn)木屋沐浴在自然光里，使人感到自己和大自然離得很近。

這套木屋可靠下面安裝的設(shè)備旋轉(zhuǎn)180°。房主可使用遙控器對(duì)它進(jìn)行控制，確保屋內(nèi)冬暖夏涼。冬天可將木屋旋轉(zhuǎn)讓窗戶面向太陽；夏季，能旋轉(zhuǎn)木屋使其避免太陽直射窗戶。

整套木屋懸于山坡上，有中軸與地面相連，能抵御8級(jí)地震和時(shí)速250km的大風(fēng)。 （李忠東 譯）

Combined Heating and Power Generation Unit Energy Saving Comparision Under Different Heating Parameter

Sun Yiqing
China Energy Construction Group Guangdong Province
Electric Power Design Research Co.,Ltd

Combined heating and power generation unit has obvious better energy saving advantage than traditional fossil fuel power plant. Different site selection will result in the change of power plant steam supply side parameters. Based on some existing combined heating and power generation project, the article calculates difference of thermal economic index under two different heating parameter and analyzes impact on heating unit economy and puts forward reference to site selection for relevant staff to confirm combined heating and power generation projects.

Combined Heating and Power Generation, Energy Saving Analysis, Industrial Heating

孫軼卿：（1985-），男，工學(xué)碩士，工程師，主要從事發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)工作。

10.13770/j.cnki.issn2095-705x.2016.01.011