(国核电力规划设计研究院有限公司 北京 10095)
摘要：本文以东北地区某热电联产项目为例，简要介绍了供热机组的主机方案比选设计，包括热负荷的分析、设计原则、装机方案的比选、热经济性分析等方面。
关键词：热电联产 装机方案
以采暖为主的背压机组及高效热水炉替代分散的环保不达标燃煤锅炉，符合《热电联产管理办法》的相关要求。项目建成后将极大提高本地区的集中供热率和供热品质，降低污染物排放，改善环境质量，提高人民生活水平，有利于当地的社会进步和经济发展。
1 热负荷
本工程设计热负荷的种类包括采暖热负荷与工业用汽热负荷。
1.1 采暖热负荷
本工程规划建成后满足~1150万平米建筑面积采暖需求(供热指标50W/m2),采暖最大供热负荷为575MW，其中配置热水炉作为调峰锅炉承担供热负荷为190MW。
1.2 工业用汽热负荷
工业用汽热负荷全年均有，但是稳定性较差。采暖季的工业用汽量最大为90t/h，最小为40t/h，非采暖季的工业用汽量最大为50t/h,最小为25t/h。可以看出，工业用汽随季节的波动性较大，采暖季和非采暖季的工业用汽量接近一倍差值。工业用汽每天的波动性较大，最大用汽量和最小用汽量也有接近一倍的差值。
2 设计原则
《小型火力发电厂设计规范》（GB50049-2011）3.0.3条第1点“根据城市集中供热规划、热电联产规划，考虑热负荷的特性和大小，在经济合理的供热范围内，建设供热式发电厂（以下简称热电厂）。”3.0.4条第1点“热电厂单机容量25MW级及以上抽汽机组和12MW背压机组，宜选用高压参数；”第3点“在同一发电厂内的机组宜采用同一参数。”
发改能源[2016]617号文件《热电联产管理办法》第十九条“工业热电联产项目优先采用高压及以上参数背压热电联产机组。”第二十四条“积极推进热电联产机组与供热锅炉协调规划、联合运行。调峰锅炉供热能力可按供热区最大热负荷的25%-40%考虑。热电联产机组承担基本热负荷，调峰锅炉承担尖峰热负荷，在热电联产机组能够满足供热需求时调峰锅炉原则上不得投入运行。”
根据以上条文规定，本次机组选型中，锅炉采用同容量设置，出口蒸汽为母管制，保证汽轮机进汽参数一致。汽轮机优先采用背压机组。调峰锅炉房承担尖峰负荷，机组仅承担基本热负荷。
3 装机方案及选型对比
3.1 背压机进汽参数选择
背压机参数按照主蒸汽额定进汽参数分为低压（1.28MPa）、次中压（2.35MPa）、中压（3.43MPa）、次高压（4.9MPa）、高压（8.8MPa），对应的蒸汽温度分别为340℃、390℃、435℃、535℃。
从热力学原理分析，背压一定的情况下，初参数越高，蒸汽的绝热焓降越大，电厂的循环热效率越高，经济效益越好。以70MW机组为例，采用高压参数和采用次高压参数按照以热定电的原则进行经济性分析。
机组比选前提条件：
1)以热定电，假设高压参数机组和次高压参数机组供热能力相同；
2)排汽参数相同，均按照0.2MPa，120℃为基准；
3)高压参数锅炉效率取0.91，次高压参数锅炉效率取0.89；
4)到厂标煤价（不含税）按照515元/t，上网电价（不含税）0.273元/KWh；
从上表可以看出，相同排汽参数的情况下，相同供热能力的高温高压机组相比次高压机组煤耗低约6g/kWh，满足相同的供热能力情况下，高压机组耗煤量略大，但是高压机组的发电量明显高于次高压机组，发电收益好。因此，本项目按高温高压参数进行机组选型。
3.2机组型式的选择
根据本工程的热负荷情况，采暖与工业用汽同时存在，工业用汽在采暖期和非采暖期用汽量差异较大等特点，初步有以下几种汽轮机的配置方案：
对于以上几种配置方案分析如下：
1）配置方案三中，提供工业热负荷的抽凝机组对工业用汽的波动有较好的适应性。受国家政策的限制，目前抽凝机组的审批十分困难，因此不建议采用此方案。
2）通过前面的热负荷分析可知，工业用汽热负荷存在较大的波动性，采暖季最大热负荷为90t/h，最小热负荷为40t/h，仅为采暖季最大热负荷的44%；非采暖季最大热负荷为50t/h，最小热负荷为25t/h，仅为采暖季最大热负荷的50%。当采用配置方案二时，在工业负荷较低时，高背压机组的负荷率将会很低。一般情况下，背压机组负荷率低于50%以下，机组效率将会直线下降。由于工业用汽每天都存在较大的波动性，而为保证工业用汽的连续稳定性，机组只能在高负荷和低负荷之间来回波动，不利于机组的安全稳定运行。
3）当采用方案一的配置时，在采暖季期间，工业用汽由背压机的中间一级抽汽提供，按最小采暖热负荷来计算，需要采暖抽汽量约295t/h，工业用汽占采暖抽汽量的最大比例为90÷295=30%，由此可见，本方案的机组设置中，工业用汽的波动不会对机组的负荷率造成较大的影响。在非采暖季期间，靠蒸汽锅炉直接提供工业用汽，灵活方便又安全稳定。
综合以上几点考虑，本次设计采用的配置方案为抽背式背压机组+工业蒸汽锅炉的方案。
3.3 机组容量的选择
本次设计的抽背式背压机组提供采暖期的采暖热负荷和工业用汽热负荷，根据采暖供热量和工业用汽量，以及调峰锅炉所占尖峰负荷的不同，初步确定背压机组的容量在65MW至80MW之间，本次选取65MW、70MW、80MW三个等级的背压机组进行对比分析。方案配置如下：
方案一：2xCB65MW背压机组+2x400t/h蒸汽锅炉+2x50t/h工业蒸汽锅炉。
方案二：2xCB70MW背压机组+2x420t/h蒸汽锅炉+2x50t/h工业蒸汽锅炉。
方案三：2xCB80MW背压机组+2x460t/h蒸汽锅炉+2x50t/h工业蒸汽锅炉。
背压机的排汽满足采暖热负荷的基本部分，尖峰热负荷由市政热水锅炉来提供。各方案机组供热能力表如下：
从上表可以看出，两种方案的发电标煤耗，全厂热效率基本一致，而方案二比方案一的供热量和发电量都有显著提高，按上网电价（不含税）273.11元/MWh，到厂标煤价（不含税）515元/t计算，方案二每年可以比方案一多收益859万元。
4 结论
根据以上分析，推荐方案二：2xCB70MW背压机组+2x420t/h蒸汽锅炉+2x50t/h工业蒸汽锅炉。其主要理由是：机炉的匹配完全符合国家现行产业政策，依据现有热负荷情况，选用背压机是国家产业政策鼓励推荐的机型，同时其具有热效率高（约80.4%）、标煤耗低（约155.3g/kW.h）、初投资少、效益好等特点，使企业在得到较好的经济效益的同时，也取得了良好的社会效益。
论文作者:刘鲤宾
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
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