關于煉化企業自備電廠經濟性運行方式的探究

李曌（四川石化有限責任公司，四川成都 610000）

關于煉化企業自備電廠經濟性運行方式的探究

李曌（四川石化有限責任公司，四川成都 610000）

1 煉化企業自備電廠熱電聯產方式的基本介紹

煉化企業自備電廠將燃料、水等一次能源轉化成蒸汽、熱水等二次能源，為裝置提供生產所需的蒸汽、動力和熱能。與傳統發電企業最大的區別在于煉化企業自備電廠，主要任務是為生產裝置提供動力支撐，發電是為了回收利用鍋爐產出的高壓蒸汽與生產裝置所需的低壓蒸汽之間的壓差能量，從而達到提高能源利用率，節省燃料的目的。從實現形式上看，煉化企業自備電廠供汽與產電過程，主要是通過背壓式和抽凝式兩類汽輪機完成。其中，背壓式汽輪機不需要耗能巨大的凝汽設備與冷卻水編制，可直接將蒸汽的壓差能量全部用于做功發電。在能量回收利用上，背壓式汽輪機發電成本幾乎為零。但在實際應用過程中，由于背壓式汽輪機不具備蓄能作用，對蒸汽系統的抗擾動能力相對較弱，當蒸汽系統出現波動時，背壓式汽輪機無法應對蒸汽變化極易造成停車。因此，背壓式汽輪機一般不會單獨使用，而是配合其它減溫減壓器或帶有凝汽設備的汽輪機共同使用。而抽凝汽輪機配備了凝氣設備，具有一定的蓄能能力，當蒸汽管網產生壓力擾動時候，可以通過控制抽汽量和發電量的雙重方式，在較大的控制范圍內滿足生產裝置蒸汽與電量需求，是煉化企業熱電聯產方式的首選。但是由于在利用蒸汽的壓差能量時，抽凝式汽輪機需要消耗部分高壓蒸汽，所以其發電必含有一定成本。

2 以天然氣為燃料的自備電廠在熱電聯產方式下的發電成本問題

一般來說，鍋爐產出的高壓蒸汽60%以上的成本來自燃料，而這一比例會隨著燃料價格上漲而不斷增加。因此，出于對成本的考慮，傳統煉化企業自備電廠主要以價格相對較低的煤炭作為燃料。雖然采用抽凝式汽輪機在發電過程中需要消耗部分高壓蒸汽，但是由于蒸汽價格相對便宜，同時回收的蒸汽壓差能量進一步攤薄了發電成本，從而使自備電廠自發電成本顯著低于外購電成本。雖然全國各地煤炭價格和外購電價格略有不同，但總體來說，以煤炭為燃料自備電廠，采用熱電聯產方式，發電成本普遍低于當地外購電成本0.1-0.2元/Kwh。為此，人們形成了“以熱電聯產方式運行的自備電廠，發電成本要低于外購電成本，且隨著熱電聯產規模效應的擴大，發電成本會越低”的普遍共識。

然而隨著人們環保觀念的不斷深入和新環保法對環保要求的不斷提高，人們也對新建煉化企業的環保標準為不斷提高。例如四川石化公司自備電廠，為降低煙氣中粉塵及氮氧化合物的排放，采用價格相對較高的天然氣作為動力燃料。但四川石化在設計上仍然延用“熱電聯產”的設計思路，希望通能熱電聯產的規模優勢來彌補燃料高成本的先天缺陷。但在實際運行的過程中，我們發現自備電廠發電并沒有降低企業燃動成本，反而隨著發電量的增加，全廠燃動成本的投入也不斷增加。可見，以熱電聯產模式的發電優勢，對于采用價格較高的天然氣為原料的自備電廠已不在適用。

3 自備電廠發電成本的經濟性探究

為了驗證熱電聯產方式在經濟上是否仍然適用于以天然氣為原料自備電廠，我們必須尋求一種真實反映自備電廠發電成本的計算方法，由于自備電廠同時產生形式不同、質量不等的兩種產品——蒸汽與電能，以質量守恒為原則的計算方法將不在適用，為此，我們需要從汽輪機的發電原理入手，借助熱力學定律，對蒸汽與電能成本重新進行分攤。

3.1 穩定運行過程中抽凝式汽輪機的能量分布

汽輪機在穩定運行過程中可看做定常流系統，根據熱力學第一定律，進入汽輪機的蒸汽能量等于汽輪機各部分消耗的能量，如忽略損失，則進入汽輪的蒸汽總能量可以分割成抽汽蒸汽、做功發電、軸封加熱、凝汽器帶走的乏汽以及機械密封損失等五部分。

利用熱力學第一定律反應汽輪機內部各部分能量較為直觀，計算簡單，但是蒸汽與電能，雖然同時具有能量，兩者的用途大不相同，也即是說能量在轉化過程中，不但存在“量”的轉移，還包括“質”的變化。而采用熱力學第一定律分配蒸汽和電能成本，僅從能“量”出發，低估了能“質”所附帶的價值。為此，根據熱力學第二定律，即能量在轉換過程中具有不可逆性，我們根據汽輪機內部的能量分布，各不同“能階”的能量重新賦予價值（在熱力學中以“火用”值計算），重新分配蒸汽和電成本，從而得出以天然氣為燃料的自備電廠自發電的真實成本。

3.2 采用火用值法計算汽輪機發電成本

四川石化公司天然氣到廠不含稅價漲為2.197元/立，燃料油價格按熱值比照天然氣漲至約3301元/噸。脫鹽水經低壓除氧器加熱104℃后，同汽機產出的凝結水共同進入高壓除氧器繼續加熱至158℃，因統計系統在該處缺少累計計量，通過熱值按給水加熱溫升計算該部分能量消耗的蒸汽成本，經計算噸蒸汽成本為285.30元/噸，單位吉焦熱值成本為82.40元。

根據熱力學第二定律，通過汽輪機內各部分能量所具有的火用值分配發電成本，經測算該汽輪機投入的能量中，46%被外抽蒸汽帶走，34%用于轉換成電，6%為“冷源損失”，剩余14%為換熱、表計誤差及汽輪機損失。同樣，從發電用熱考慮，則該部分能量成本所得到的電單位成本為0.671元/度，加入冷源損失的火用消耗后，則發電單位成本上升至0.790元/度，剩余14%火用損失主要被加熱凝結水的蒸汽帶走，能量被循環利用，該部分成本不計入發電成本中，為此，汽輪機發電的成本應為0.790元/度。而此時，四川石化公司年均外購電不含稅價格為0.50元/度，由此得出，四川石化自備電廠以天然氣為原料，自備電廠發電量越多，燃動成本也隨之增加。

4 成果驗證

四川石化將自備電廠年初將4爐3機運行逐步調整為3爐2機、3爐1機運行。截止6月底，自備電廠已節省燃動成本2，374萬。為此，公司將進一步研究，自備電廠0機運行方案。如具備條件，四川石化將采用停機措施，以進一步降低企業燃料成本。