李 輝，楊立輝，閆占良，董 舟

(河北省電力勘測設(shè)計研究院，石家莊 050031)

1 工程概況

某新建熱電廠位于某市郊區(qū)，主要承擔(dān)市區(qū)采暖熱負(fù)荷。根據(jù)《城市熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃》，確定供熱區(qū)域內(nèi)該熱電聯(lián)產(chǎn)項目承擔(dān)的集中供熱負(fù)荷為655 MW，折合為2 358 GJ/h。根據(jù)參考工程350 MW超臨界濕冷供熱汽輪機(jī)熱平衡圖，采暖蒸汽為5段抽汽，蒸汽焓為2976.6 kJ/kg，疏水溫度143 ℃，對應(yīng)飽和水焓604 kJ/kg，焓差2 372.6 kJ/kg，因此，可計算出單臺機(jī)組額定采暖抽汽量為507 t/h。為最大限度的挖掘汽輪機(jī)采暖抽汽的能力，每臺機(jī)組的額定采暖抽汽按照平均熱負(fù)荷550 t/h設(shè)計。

工程擬建設(shè)安裝2臺350 MW超臨界一次中間再熱、單軸、雙缸兩排汽、單抽供熱濕冷汽輪機(jī)；配置2臺1 110 t/h超臨界中間再熱、單爐膛、平衡通風(fēng)、固態(tài)排渣、半露天布置、全鋼構(gòu)架、直流式煤粉鍋爐，同期建設(shè)濕法煙氣脫硫裝置及脫硝裝置。汽輪機(jī)額定進(jìn)汽量為1 057 t/h，額定背壓4.9 kPa，額定采暖抽汽壓力0.3～0.5 MPa，額定抽汽量550 t/h，最大抽汽量580 t/h。

2 熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析

在熱電聯(lián)產(chǎn)項目可行性研究階段，裝機(jī)方案、原則性熱力系統(tǒng)擬定好以后，需要進(jìn)行全廠熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算。熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算的目的是為裝機(jī)方案的確定提供依據(jù)，核實(shí)是否達(dá)到或超過國家界定的熱電廠經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；為財務(wù)分析提供數(shù)據(jù)，如年供熱量、年發(fā)電量、供熱標(biāo)煤耗率、發(fā)電標(biāo)煤耗率等。熱電聯(lián)產(chǎn)項目熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的計算可以參照《熱電聯(lián)產(chǎn)項目可行性研究技術(shù)規(guī)定》2001版(簡稱“《技術(shù)規(guī)定》”)。以下主要根據(jù)熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)計算過程中容易產(chǎn)生意見分歧的幾個問題進(jìn)行分析。

2.1 鍋爐利用小時數(shù)

發(fā)電設(shè)備年利用小時數(shù)為5 000 h，利用小時數(shù)計算方法為：采暖期機(jī)組按額定抽汽工況運(yùn)行，采暖期少發(fā)的電量折算到非采暖期，保證全年發(fā)電量等于發(fā)電設(shè)備年利用小時數(shù)乘以機(jī)組銘牌功率，即單臺機(jī)組全年發(fā)電量=5 000 h×350 MW=17.5億kWh。根據(jù)《城市熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)劃》中全年采暖熱負(fù)荷曲線，采暖期機(jī)組運(yùn)行時間為3 096 h。機(jī)組在采暖期帶平均熱負(fù)荷，尖峰熱負(fù)荷由當(dāng)?shù)卣{(diào)峰鍋爐供給，單臺機(jī)組采暖期發(fā)電量為3 096 h×273.7 MW=8.474億kWh。非采暖期發(fā)電量為17.5億kWh-8.474億kWh=9.026億kWh，非采暖期發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)=9.026億kWh/350 MW=2 582 h。熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組在采暖期一般不安排檢修，3 096 h可以認(rèn)為是采暖期機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)(或機(jī)組供熱利用小時數(shù))，2 582 h可以稱為非采暖期發(fā)電設(shè)備利用小時數(shù)。

對于工業(yè)+采暖供熱的雙抽可調(diào)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，可以寫成非采暖期機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)。根據(jù)工業(yè)熱負(fù)荷的特點(diǎn)，全年運(yùn)行小時數(shù)暫定為8 000 h，這樣扣除采暖期機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)3 096 h，可以求得非采暖期機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)4 904 h。在同時滿足全年采暖供熱量、工業(yè)供熱量、全年發(fā)電量平衡的原則下，非采暖期可以按照全年發(fā)電量扣除采暖期發(fā)電量后，除以非采暖期機(jī)組運(yùn)行小時數(shù)，得出的比值即為非采暖期機(jī)組運(yùn)行的負(fù)荷率。也就是說，非采暖期工況應(yīng)為額定工業(yè)抽汽量加考慮負(fù)荷率后的發(fā)電機(jī)輸出功率值，這時核算汽輪機(jī)進(jìn)汽量、發(fā)電熱耗等。

鍋爐利用小時數(shù)不應(yīng)將上述2個時段的小時數(shù)直接加起來，因為鍋爐專業(yè)一般按BMCR工況鍋爐產(chǎn)汽量對應(yīng)的汽輪機(jī)VWO工況計算全年煤耗量，運(yùn)煤、除灰專業(yè)也是比較關(guān)心BMCR工況下鍋爐燃煤量，用來核算設(shè)備出力等。因此，需要將2個小時數(shù)分別乘以1 057/1 110(采暖或非采暖期工況汽輪機(jī)進(jìn)汽量/VWO工況汽輪機(jī)進(jìn)汽量)這個加權(quán)系數(shù)，即采暖期鍋爐利用小時數(shù)為2 948 h，非采暖期鍋爐利用小時數(shù)為2 459 h，合計5 407 h。

2.2 供熱標(biāo)煤耗率

對于供熱標(biāo)煤耗率，《技術(shù)規(guī)定》中給出的公式是：brp=34.12/ηglηgd+εrbdp，其中，ηgl為鍋爐效率；ηgd為管道效率；εr為單位吉焦熱所消耗廠用電量，bdp為汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電的年均標(biāo)煤耗率?！稛崃Πl(fā)電廠》教材中給出的公式是：供熱標(biāo)煤耗率=34.1/ηglηgdηhs[1]，其中，ηhs為熱網(wǎng)效率，一般取98%，影響不大，只是εrbdp影響較大，該部分的意義在于將供熱廠用電量所對應(yīng)的標(biāo)煤耗率疊加在供熱標(biāo)煤耗率中。在《技術(shù)規(guī)定》中，年耗標(biāo)煤量Ba=[bdp(Pa-εrQa)]+bdpQa，其中，Pa為年發(fā)電量，Qa為年供熱量。可見，發(fā)電方面的標(biāo)煤耗量等于年發(fā)電量中扣除供熱廠用電量，再乘以發(fā)電標(biāo)煤耗率。如果按照《熱力發(fā)電廠》教科書中的公式，供熱標(biāo)煤耗量不考慮供熱廠用電量這部分煤耗的話，發(fā)電量則不需要扣除供熱廠用電量。經(jīng)過核實(shí)，2種方法計算出來的全年標(biāo)煤耗量相等。但是，某些工程在計算全年標(biāo)煤耗量時，供熱標(biāo)煤耗率考慮了供熱廠用電量，全年發(fā)電量又沒扣除供熱廠用電量，導(dǎo)致全年標(biāo)煤耗量計算偏高，這一點(diǎn)應(yīng)引起注意。

2.3 全廠熱效率和熱電比

《技術(shù)規(guī)定》中年均全廠熱效率的公式為ηra=(0.003 6Pa+Qa)/29.308Ba，年均熱電比的公式為βp=Qa/0.003 6Pa。在國經(jīng)貿(mào)電力正[2000]879號文《關(guān)于做好關(guān)停小火電機(jī)組工作中小型熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組審核工作的通知》(簡稱“879號文”)附件中規(guī)定：總熱效率計算公式，總熱效率=[(供熱量+供電量×3 600 kJ/kWh)/(燃料總消耗量×燃料單位低位熱值)]×100%；熱電比計算公式，熱電比=(供熱量/供電量×3 600 kJ/kWh)×100%。在計基礎(chǔ)[2000]1268號文《關(guān)于印發(fā)關(guān)于發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)定的通知》(簡稱“1268號文”)的附件中規(guī)定：供熱式汽輪發(fā)電機(jī)組的蒸汽流既發(fā)電又供熱的常規(guī)熱電聯(lián)產(chǎn)應(yīng)符合，總熱效率年平均大于45%，總熱效率=(供熱量 +供電量×3 600 kJ/kWh)/(燃料總消耗量×燃料單位低位熱值)×100%；熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比應(yīng)符合，熱電比= 供熱量/(供電量×3 600 kJ/kWh)×100%?？梢钥闯?，熱電比和熱效率的定義中仍然采用供電量。

《技術(shù)規(guī)定》、879號文及1268號文中的公式不同之處主要是到底是供電量還是發(fā)電量。國家發(fā)改委在核準(zhǔn)熱電聯(lián)產(chǎn)項目時，為“防止以電養(yǎng)熱”的現(xiàn)象出現(xiàn)，對熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組提出2個硬性指標(biāo)：全廠年均總熱效率大于45%；300 MW級供熱機(jī)組，其在采暖期的平均熱電比大于50%。針對熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組，采暖抽汽量直接影響熱效率和熱電比，以350 MW超臨界濕冷機(jī)組為例，在不同抽汽量下對熱效率和熱電比的影響進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 抽汽量對熱效率和熱電比的影響曲線

由圖1可知，當(dāng)抽汽量125 t/h時，熱效率即達(dá)到45%，而此時熱電比遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國家規(guī)定的50%，因此，熱電比較熱效率更能真實(shí)的反應(yīng)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組熱電聯(lián)產(chǎn)的程度。而對于熱電比，此時分母供電量較發(fā)電量數(shù)值偏大，更容易達(dá)到50%的限定條件。因此，認(rèn)為采用發(fā)電量做分母，對于熱電比數(shù)值來說，條件更苛刻，對界定是否為真正的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組更有利。

2.4 汽輪發(fā)電機(jī)組的發(fā)電熱耗率

根據(jù)《技術(shù)規(guī)定》，Hr的計算公式如下：

Hr= {D0(1+ξ1)(i0-t1+aRΔIR)-Dc[(ic-tsw)-φ(tc-tsw)]}/P= {D0(1+ξ1)(i0-t1+aRΔIR) -Dc(ic-tsw)+Dcφ(tc-tsw) }/P

(1)

式中：D0為汽輪機(jī)進(jìn)汽量；ξ1為汽水損失率；i0為汽輪機(jī)進(jìn)汽焓值；t1為鍋爐給水焓值；aR為再熱系數(shù)；ΔIR為再熱焓升；Dc為汽輪機(jī)抽汽量；ic為抽汽焓值；tsw為生水焓值；φ為回水率；tc為抽汽的凝結(jié)水焓值。第一部分D0(1+ξ1)(i0-t1+aRΔIR)，為進(jìn)入汽輪機(jī)系統(tǒng)的熱量；第二部分Dc(ic-tsw)，為抽汽量乘以抽汽焓減生水焓，即不考慮回水時凈供熱量；第三部分Dcφ(tc-tsw)，為熱網(wǎng)回水帶給汽輪機(jī)系統(tǒng)的熱量。

由式(1)第三部分可看出，回水率越高，發(fā)電標(biāo)煤耗率越高；回水溫度越高，即tc越高，發(fā)電標(biāo)煤耗率越高。可見，本來熱網(wǎng)回水熱量回收是好的收益，但反應(yīng)在發(fā)電標(biāo)煤耗上卻適得其反。式(1)第三部分代表熱網(wǎng)回水帶給汽輪機(jī)系統(tǒng)的熱量，并非鍋爐熱耗量。若以汽輪機(jī)及回?zé)嵯到y(tǒng)、發(fā)電機(jī)為研究對象，進(jìn)入系統(tǒng)的熱量為鍋爐傳遞給汽輪機(jī)的熱耗量+熱網(wǎng)回水熱量，認(rèn)為式(1)將第三部分前面設(shè)為“+”號，是誤將熱網(wǎng)回水熱量作為鍋爐傳遞來的熱耗量。這樣與實(shí)際情況明顯是不符的。

可見，當(dāng)不考慮回水率時，發(fā)電方面的熱耗量為進(jìn)入汽輪機(jī)的熱耗量減去供熱量，此時供熱量越大，發(fā)電標(biāo)煤耗率越低。當(dāng)考慮回水率時，發(fā)電標(biāo)煤耗率值不能正確的反應(yīng)熱網(wǎng)回水帶來的熱量。因此，建議權(quán)威部門修訂此公式，使其發(fā)電標(biāo)煤耗率無論是否考慮回水率均能正確的反應(yīng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的好壞。

3 結(jié)論及建議

a. 鍋爐利用小時數(shù)傳統(tǒng)方法較為粗放，不適合目前煤價較高，電廠盈利微薄的嚴(yán)峻局面。采用加權(quán)系數(shù)法更加貼近電廠實(shí)際情況，便于盈利預(yù)測及管控。在計算全廠全年標(biāo)煤耗量時，應(yīng)核實(shí)全年發(fā)電量，不應(yīng)重復(fù)疊加供熱廠用電所消耗的標(biāo)煤量。

b. 《技術(shù)規(guī)定》、879號文及1268號文中的計算總熱效率、熱電比的公式中，對選用供電量還是發(fā)電量的說法不統(tǒng)一，建議統(tǒng)一為發(fā)電量和供熱量較合適。

c. 當(dāng)考慮熱網(wǎng)回水率時，《技術(shù)規(guī)定》發(fā)電標(biāo)煤耗率計算公式計算出的發(fā)電標(biāo)煤耗率值不能正確的反應(yīng)熱網(wǎng)回水帶來的熱量，建議權(quán)威部門修訂此公式。

參考文獻(xiàn)：

[1] 鄭體寬，楊 晨.熱力發(fā)電廠[M].北京：中國電力出版社，2008.