燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目裝機(jī)方案分析

鄭 震

(無(wú)錫西區(qū)燃?xì)鉄犭娪邢薰荆K 無(wú)錫 214152)

化工園區(qū)具有熱負(fù)荷需求大、熱負(fù)荷穩(wěn)定、熱用戶(hù)分布集中等特點(diǎn)，但園區(qū)現(xiàn)有燃煤鍋爐自動(dòng)化程度低、供熱穩(wěn)定性差，不能對(duì)企業(yè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的汽源；鍋爐熱效率低，原煤消耗大；大多數(shù)鍋爐減排設(shè)施配套不夠完善，對(duì)園區(qū)周?chē)h(huán)境造成嚴(yán)重污染。

為此，通過(guò)建設(shè)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目替代燃煤鍋爐對(duì)園區(qū)進(jìn)行集中供熱,一方面可以為園區(qū)提供充足、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)的熱源；另一方面可以實(shí)現(xiàn)能源梯級(jí)利用,提高能源利用效率,節(jié)約能源；同時(shí),可以有效改善環(huán)境，促進(jìn)園區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，增強(qiáng)招商引資能力，具有非常高的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。

本文以某化工園區(qū)燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目為例，分析了該園區(qū)熱負(fù)荷分布，并根據(jù)“以熱定電”的原則，確定了項(xiàng)目的裝機(jī)方案。

1 熱負(fù)荷分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資料，該化工園區(qū)主要是以常年性工業(yè)生產(chǎn)熱負(fù)荷為主，園區(qū)產(chǎn)業(yè)主要為精細(xì)化工、生物醫(yī)藥、裝備制造、新能源新材料、食品加工、電子信息等。根據(jù)CJJ34—2010《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，綜合考慮園區(qū)行業(yè)類(lèi)別，生產(chǎn)熱負(fù)荷同時(shí)使用系數(shù)取0.8，熱網(wǎng)損失系數(shù)為5%，折算至電廠出口參數(shù)系數(shù)為0.9。結(jié)合熱負(fù)荷調(diào)研收資，經(jīng)折算，匯總園區(qū)熱負(fù)荷情況見(jiàn)表1。

表1 熱負(fù)荷匯總表 t/h

2 裝機(jī)方案

2.1 機(jī)組容量

從熱電聯(lián)產(chǎn)的角度看，熱電廠必須按“以熱定電”原則進(jìn)行選型，在滿足熱電比和全廠熱效率等國(guó)家要求的指標(biāo)下，優(yōu)先選用效率、熱耗、氣耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)較優(yōu)的燃機(jī)供熱機(jī)組。

1臺(tái)F級(jí)(400 MW級(jí))燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組的抽汽供熱能力為210～260 t/h(各機(jī)型最大供汽能力有差別)，2臺(tái)F級(jí)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，最大供熱能力為520 t/h，可滿足園區(qū)最大供熱量需求。考慮熱負(fù)荷中以穩(wěn)定的工業(yè)負(fù)荷為主，本項(xiàng)目采用2臺(tái)F級(jí)燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)抽凝機(jī)組的裝機(jī)方案，既能滿足供熱量需求，又能一定程度上保證可靠性，建成后可兼顧滿足遠(yuǎn)期供熱量需求。

目前，天然氣發(fā)電用的重型F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)廠商主要有4家，分別是西門(mén)子、上海電氣、GE和三菱公司。其燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)分別為西門(mén)子公司的SGT5-4000F、上海電氣公司的AE94.3A、GE公司的PG9371FB、三菱公司的M701F4。各機(jī)組的技術(shù)參數(shù)如表2所示。由表2可知，4種燃機(jī)性能大致相近，均屬于高參數(shù)、大容量先進(jìn)性燃?xì)廨啓C(jī)。

表2 F級(jí)燃?xì)廨啓C(jī)主要技術(shù)參數(shù)

注：表中數(shù)據(jù)為機(jī)組在ISO工況下單循環(huán)時(shí)的參數(shù)。

2.2 機(jī)組配置

聯(lián)合循環(huán)機(jī)組的軸系分為單軸和多軸2種配置形式。目前2種配置形式在F級(jí)燃機(jī)中均有運(yùn)用。其中，單軸機(jī)組分別由1臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、1臺(tái)發(fā)電機(jī)以及1臺(tái)蒸汽輪機(jī)單軸串聯(lián)布置。單軸布置的機(jī)組可并列安裝，有利于發(fā)電機(jī)出線、設(shè)備、蒸汽管道布置、施工和運(yùn)行管理。對(duì)于汽輪機(jī)運(yùn)行，沒(méi)有高溫高壓蒸汽切換閥門(mén)，沒(méi)有大型蒸汽母管，蒸汽系統(tǒng)運(yùn)行簡(jiǎn)單，操作方便，適合調(diào)峰運(yùn)行。熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目按照“以熱定電”方式運(yùn)行，基本不參與調(diào)峰，采用單軸配置優(yōu)勢(shì)不明顯；且對(duì)于熱電機(jī)組，將同時(shí)承受電網(wǎng)和熱網(wǎng)波動(dòng)的影響，為保證安全可靠，不宜采用單軸配置方案。為此，本項(xiàng)目主要考慮“二拖一”多軸和“一拖一”雙軸2種配置方案。

方案1：“二拖一”多軸配置機(jī)組主要由2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)余熱鍋爐和1臺(tái)蒸汽輪機(jī)組成。該配置方案因采用較大容量的汽輪機(jī)，全廠效率較高；只有1臺(tái)汽輪機(jī)供熱，需增加大容量蒸汽母管，蒸汽系統(tǒng)變復(fù)雜且操作繁瑣；同時(shí)2臺(tái)余熱鍋爐并爐時(shí)間長(zhǎng)，增加了汽水損耗，降低了供熱經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性；單臺(tái)汽輪機(jī)供熱，供熱可靠性較差。因此，方案1不適用于熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。

方案2：“一拖一”雙軸配置機(jī)組主要由2套“1臺(tái)燃機(jī)、1臺(tái)余熱鍋爐和1臺(tái)汽輪機(jī)”系統(tǒng)組成。該配置方案系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，運(yùn)行控制方便；由于每臺(tái)汽輪機(jī)獨(dú)立對(duì)外供熱，供熱可靠性較高；同時(shí)單臺(tái)汽機(jī)容量較小，設(shè)備可國(guó)產(chǎn)化率較高。綜合考慮項(xiàng)目投資、建設(shè)周期、供熱可靠性、維修成本、國(guó)產(chǎn)化率等因素的影響，本工程裝機(jī)方案及容量暫按2套F級(jí)“一拖一”雙軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組考慮。

2.3 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

經(jīng)測(cè)算，本工程2套F級(jí)“一拖一”雙軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(全廠)如表3所示。

表3 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)(按SGT5-4000F計(jì)算)

注：供熱蒸汽參數(shù)為1.3 MPa(a)、310 ℃；天然氣狀態(tài)按101.3 kPa、20 ℃計(jì)算。

由表3可知，全廠熱效率年平均為68.87%，熱電比年平均為44.82%，符合國(guó)家規(guī)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于燃機(jī)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，根據(jù)熱負(fù)荷規(guī)模和特

點(diǎn)合理進(jìn)行主機(jī)配置，對(duì)機(jī)組性能和項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性具有較大意義。該化工園區(qū)采用的F級(jí)“一拖一”雙軸燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組布置方案，不僅可以為園區(qū)提供安全、穩(wěn)定、可靠的熱源，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)高于常規(guī)燃煤機(jī)組和燃煤鍋爐的能源轉(zhuǎn)換和利用效率，同時(shí)通過(guò)清潔能源利用，可以大大減少大氣污染物排放，對(duì)改善大氣環(huán)境、提高城市環(huán)境質(zhì)量具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 金采赤，文 博.燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的特點(diǎn)及應(yīng)用[J].東北電力技術(shù)，2000，21(1)：49-51.

[2] 郭 濤，張 旭，楊洪玲.熱電聯(lián)產(chǎn)火電廠“以熱定電”可行性研究[J].東北電力技術(shù)，2013,34(4)：13-15.

[3] 城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范：CJJ34—2010[S].

[4] 焦樹(shù)建.燃?xì)廨啓C(jī)與燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)裝置[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[5] 劉 宇，倪維斗，椙下秀昭，等.從地域角度看燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展及選型[J].燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)，2005,18(3)：1-7.

[6] 何語(yǔ)平.大型天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的選擇[J].中國(guó)電力，2003，36(12)：7-12.