（广东理文造纸有限公司热电项目部，广东省 东莞市 523160）
摘要：造纸企业自备电厂的热电比非常高。本文介绍了孤网运行造纸企业自备电厂燃气轮机配套余热锅炉后欠缺蒸汽的补足方法，对燃机配套内补燃余热锅炉的技术性和经济性分别进行了定性和定量分析。
关键词：造纸企业、自备燃气电厂、热电比、余热锅炉、补燃、技术经济分析
0 引言
造纸企业生产工艺蒸汽耗量较大，其自备电厂热电比高。对利用废纸为原料进行包装纸生产的造纸企业，热电比一般在240%左右。造纸企业自备电厂采用燃气轮机配套不补燃低压直接供热的余热锅炉时，其热电比一般不到160%，燃气轮机配套不补燃高压余热锅炉，驱动汽轮发电机组发电和供热时，全厂热电比更低。不足的蒸汽需求，可以采用余热锅炉补燃、另行配备燃气锅炉，以及其它方式。然而补燃在技术上是否可行、经济上是否划算，需要进行定性定量分析和比较，以便造纸企业作出合理决策。
1 造纸企业燃气自备电厂的特点
以利用废纸再生的包装纸生产企业为例，其生产过程所需要蒸汽的热量与所需要电力的热量之比（热电比）高达240%左右。其燃气自备电厂，燃气轮机配套直接供热的不补燃低压余热锅炉时的热电比最高，通常不到160%；如果燃气轮机配套高压余热锅炉，驱动背压汽轮发电机组发电和背压抽汽、排汽供热，则全厂热电比（含燃气轮机的发电量）将降到115%以下；如果余热锅炉高压蒸汽驱动抽凝汽轮发电机组发电和抽汽供热，由于冷凝损失和汽轮机发电量的加大，则全厂热电比将降到100%或以下。
从以上简要分析可以看出，燃气轮机配套不补燃余热锅炉，也不配备燃气锅炉等其它蒸汽源时，其余热锅炉驱动抽凝式汽轮发电机组、驱动背压式汽轮发电机组和直接供热，热电比缺口分别为140%以上、125%以上和80%左右，即自备电厂所发总电量满足造纸用电需求时，造纸工艺所需要的蒸汽量还有缺口。补足这个蒸汽缺口的方式一般有：
1）另配高、低压燃气锅炉补足或垃圾锅炉、沼气锅炉等
2）高、低压余热锅炉补燃补足
3）不足蒸汽从集中供热企业购买
4)其它方式，如改造造纸工艺、利用更节能装置，降低单位产品的蒸汽用量等
燃气轮机最大出力（满负荷时发电功率）和最大出力时的热耗受环境温度影响较大，表1为三款燃气轮机在环境温度15°C、25°C和35°C时的出力和热耗，其中前两款是重型燃气轮机，第三款是航改型燃气轮机。
从表1可以看出，环境温度35°C时燃气轮机的最大出力是ISO工况（环境温度15°C）时的85-87%，考虑到广东全年环境温度较高，企业在选择燃气轮机型号及是否配套汽轮发电机组时，要考虑到燃气轮机最大出力及能效受环境温度影响这一特质。在配备燃机容量时要按接近最高环境温度选择，同时要考虑老化系数、大修后不可恢复系数、水洗前出力下降系数等。另外，环境温度对燃机单位功率耗气量和产生蒸汽量的影响不是成正比的，这一特性使得燃机发出同样电量时，在不同的环境温度下，其配套余热锅炉的蒸汽产量会有所不同，对另行配备的蒸汽产生设备的蒸发量，在设计时要考虑到燃机这一特点，此时，要以最低环境温度时余锅产汽量，来选择所需要的补充蒸汽量。
2 余热锅炉补燃的技术分析
对上一节讨论到的四种补足蒸汽缺口的方式，第3）种方式易于理解，第4）种方式要根据技术进步及其它具体情况另行考虑。本节以第2）种方式中的低压余热锅炉带补燃进行技术上的定性分析。
燃气轮机配套的余热锅炉按烟气侧的热源形式分为“不补燃”和“带补燃”两种。 “带补燃”余热锅炉，除了回收燃气轮机的排气余热外，还需要加装补燃装置——燃烧器，利用燃气轮机排气中的余氧（一般为12%~15%），再通过喷入一定数量的燃料在燃烧器内燃烧，以增加蒸汽的产量和/或参数[1]。“补燃”还分“部分补燃”和“完全补燃”两类。顾名思义，完全补燃就是将燃气轮机排气中的余氧全部耗尽，部分补燃则是只利用部分余氧，相应的，新增的蒸汽量比完全补燃少。因造纸企业所欠缺的蒸汽量一般只需要部分补燃，同时，完全补燃经济上未必划算，技术上也有困难，因此，本文主要讨论部分补燃，不涉及完全补燃。
3余热锅炉补燃的经济性分析
表1中补燃天然气的低位热值为34.27兆焦每立方米。补燃前余热锅炉所产出的两种压力蒸汽的总焓值，经计算得199.2吉焦；补燃后余热锅炉所产出的两种压力蒸汽的总焓值，经计算得283.8吉焦。
补燃新增蒸汽焓 = 283.8-199.2 = 84.6 吉焦
燃气锅炉效率按93%计，产生84.6兆焦热量的蒸汽，需要向燃气锅炉输送的天然气量为：84.6 x 1000÷34.27÷93% =2654 m3
而补燃需要的天然气量仅为2143m3每小时，按企业全年运行340天、每天运行24小时计，则余热锅炉采用补燃比另配燃气锅炉全年节省天然气量为：(2654-2143) x 340 x 24 = 417万立方米，每立方米天然气价格按2.6元人民币计，则全年节省成本1084万元人民币，经济效益显著。
表1中的企业年产30万吨包装纸，余锅补燃年节省1084万吨，相当于每吨纸节约天然气36.1元，吨纸成本下降较多。
部分补燃余热锅炉新增蒸汽的焓所耗用天然气的量，比使用燃气锅炉产出同样量的新增蒸汽的焓的所耗用天然气少的关键原因是：补燃燃烧器设置在过热器之后，补燃增加了通过省烟器的水量，增强了换热效果，降低了余热锅炉的排烟温度，提高了余热锅炉的效率。
4 结论
一般而言，孤网运行的造纸企业燃气轮机自备电厂的余热锅炉进行部分补燃（新增蒸汽量为不补燃的100%以内）时，相比与配备燃气锅炉可降低投资，同时，可降低天然气的消耗，节省燃料成本，另外，可以减少场地占用和提高运行的便利性和灵活性。因此，造纸企业燃气轮机配套带内补燃余热锅炉在技术上可行，经济上有利，值得造纸企业在设计燃气蒸汽联合循环自备电厂时优先考虑。
参考文献：
[1] 张超，陈功，补燃型余热锅炉原理及常见事故分析，《燃气轮机发电技术》，2010年10月，第12卷，第3/4期
[2] 杨薇，李迎春，燃气联合循环余热锅炉补燃系统设计实践，《余热锅炉》，2013.3
[3] 史跃岗，陆成，内补燃余热锅炉的燃气-蒸汽联合循环效率计算，《余热锅炉》 2013.4
论文作者:李晓峰
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第07期
论文发表时间:2019/8/15
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