李曌（四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 610000）

關(guān)于煉化企業(yè)自備電廠經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行方式的探究

李曌（四川石化有限責(zé)任公司，四川成都 610000）

1 煉化企業(yè)自備電廠熱電聯(lián)產(chǎn)方式的基本介紹

煉化企業(yè)自備電廠將燃料、水等一次能源轉(zhuǎn)化成蒸汽、熱水等二次能源，為裝置提供生產(chǎn)所需的蒸汽、動(dòng)力和熱能。與傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)最大的區(qū)別在于煉化企業(yè)自備電廠，主要任務(wù)是為生產(chǎn)裝置提供動(dòng)力支撐，發(fā)電是為了回收利用鍋爐產(chǎn)出的高壓蒸汽與生產(chǎn)裝置所需的低壓蒸汽之間的壓差能量，從而達(dá)到提高能源利用率，節(jié)省燃料的目的。從實(shí)現(xiàn)形式上看，煉化企業(yè)自備電廠供汽與產(chǎn)電過(guò)程，主要是通過(guò)背壓式和抽凝式兩類汽輪機(jī)完成。其中，背壓式汽輪機(jī)不需要耗能巨大的凝汽設(shè)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(fā)電。在能量回收利用上，背壓式汽輪機(jī)發(fā)電成本幾乎為零。但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于背壓式汽輪機(jī)不具備蓄能作用，對(duì)蒸汽系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力相對(duì)較弱，當(dāng)蒸汽系統(tǒng)出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，背壓式汽輪機(jī)無(wú)法應(yīng)對(duì)蒸汽變化極易造成停車。因此，背壓式汽輪機(jī)一般不會(huì)單獨(dú)使用，而是配合其它減溫減壓器或帶有凝汽設(shè)備的汽輪機(jī)共同使用。而抽凝汽輪機(jī)配備了凝氣設(shè)備，具有一定的蓄能能力，當(dāng)蒸汽管網(wǎng)產(chǎn)生壓力擾動(dòng)時(shí)候，可以通過(guò)控制抽汽量和發(fā)電量的雙重方式，在較大的控制范圍內(nèi)滿足生產(chǎn)裝置蒸汽與電量需求，是煉化企業(yè)熱電聯(lián)產(chǎn)方式的首選。但是由于在利用蒸汽的壓差能量時(shí)，抽凝式汽輪機(jī)需要消耗部分高壓蒸汽，所以其發(fā)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(lián)產(chǎn)方式下的發(fā)電成本問(wèn)題

一般來(lái)說(shuō)，鍋爐產(chǎn)出的高壓蒸汽60%以上的成本來(lái)自燃料，而這一比例會(huì)隨著燃料價(jià)格上漲而不斷增加。因此，出于對(duì)成本的考慮，傳統(tǒng)煉化企業(yè)自備電廠主要以價(jià)格相對(duì)較低的煤炭作為燃料。雖然采用抽凝式汽輪機(jī)在發(fā)電過(guò)程中需要消耗部分高壓蒸汽，但是由于蒸汽價(jià)格相對(duì)便宜，同時(shí)回收的蒸汽壓差能量進(jìn)一步攤薄了發(fā)電成本，從而使自備電廠自發(fā)電成本顯著低于外購(gòu)電成本。雖然全國(guó)各地煤炭?jī)r(jià)格和外購(gòu)電價(jià)格略有不同，但總體來(lái)說(shuō)，以煤炭為燃料自備電廠，采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式，發(fā)電成本普遍低于當(dāng)?shù)赝赓?gòu)電成本0.1-0.2元/Kwh。為此，人們形成了“以熱電聯(lián)產(chǎn)方式運(yùn)行的自備電廠，發(fā)電成本要低于外購(gòu)電成本，且隨著熱電聯(lián)產(chǎn)規(guī)模效應(yīng)的擴(kuò)大，發(fā)電成本會(huì)越低”的普遍共識(shí)。

然而隨著人們環(huán)保觀念的不斷深入和新環(huán)保法對(duì)環(huán)保要求的不斷提高，人們也對(duì)新建煉化企業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)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(jià)格相對(duì)較高的天然氣作為動(dòng)力燃料。但四川石化在設(shè)計(jì)上仍然延用“熱電聯(lián)產(chǎn)”的設(shè)計(jì)思路，希望通能熱電聯(lián)產(chǎn)的規(guī)模優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)燃料高成本的先天缺陷。但在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，我們發(fā)現(xiàn)自備電廠發(fā)電并沒(méi)有降低企業(yè)燃動(dòng)成本，反而隨著發(fā)電量的增加，全廠燃動(dòng)成本的投入也不斷增加?？梢?jiàn)，以熱電聯(lián)產(chǎn)模式的發(fā)電優(yōu)勢(shì)，對(duì)于采用價(jià)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(fā)電成本的經(jīng)濟(jì)性探究

為了驗(yàn)證熱電聯(lián)產(chǎn)方式在經(jīng)濟(jì)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(shí)反映自備電廠發(fā)電成本的計(jì)算方法，由于自備電廠同時(shí)產(chǎn)生形式不同、質(zhì)量不等的兩種產(chǎn)品——蒸汽與電能，以質(zhì)量守恒為原則的計(jì)算方法將不在適用，為此，我們需要從汽輪機(jī)的發(fā)電原理入手，借助熱力學(xué)定律，對(duì)蒸汽與電能成本重新進(jìn)行分?jǐn)偂?/p>

3.1 穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中抽凝式汽輪機(jī)的能量分布

汽輪機(jī)在穩(wěn)定運(yùn)行過(guò)程中可看做定常流系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽能量等于汽輪機(jī)各部分消耗的能量，如忽略損失，則進(jìn)入汽輪的蒸汽總能量可以分割成抽汽蒸汽、做功發(fā)電、軸封加熱、凝汽器帶走的乏汽以及機(jī)械密封損失等五部分。

利用熱力學(xué)第一定律反應(yīng)汽輪機(jī)內(nèi)部各部分能量較為直觀，計(jì)算簡(jiǎn)單，但是蒸汽與電能，雖然同時(shí)具有能量，兩者的用途大不相同，也即是說(shuō)能量在轉(zhuǎn)化過(guò)程中，不但存在“量”的轉(zhuǎn)移，還包括“質(zhì)”的變化。而采用熱力學(xué)第一定律分配蒸汽和電能成本，僅從能“量”出發(fā)，低估了能“質(zhì)”所附帶的價(jià)值。為此，根據(jù)熱力學(xué)第二定律，即能量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中具有不可逆性，我們根據(jù)汽輪機(jī)內(nèi)部的能量分布，各不同“能階”的能量重新賦予價(jià)值（在熱力學(xué)中以“火用”值計(jì)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(fā)電的真實(shí)成本。

3.2 采用火用值法計(jì)算汽輪機(jī)發(fā)電成本

四川石化公司天然氣到廠不含稅價(jià)漲為2.197元/立，燃料油價(jià)格按熱值比照天然氣漲至約3301元/噸。脫鹽水經(jīng)低壓除氧器加熱104℃后，同汽機(jī)產(chǎn)出的凝結(jié)水共同進(jìn)入高壓除氧器繼續(xù)加熱至158℃，因統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)在該處缺少累計(jì)計(jì)量，通過(guò)熱值按給水加熱溫升計(jì)算該部分能量消耗的蒸汽成本，經(jīng)計(jì)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(jù)熱力學(xué)第二定律，通過(guò)汽輪機(jī)內(nèi)各部分能量所具有的火用值分配發(fā)電成本，經(jīng)測(cè)算該汽輪機(jī)投入的能量中，46%被外抽蒸汽帶走，34%用于轉(zhuǎn)換成電，6%為“冷源損失”，剩余14%為換熱、表計(jì)誤差及汽輪機(jī)損失。同樣，從發(fā)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(fā)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(jié)水的蒸汽帶走，能量被循環(huán)利用，該部分成本不計(jì)入發(fā)電成本中，為此，汽輪機(jī)發(fā)電的成本應(yīng)為0.790元/度。而此時(shí)，四川石化公司年均外購(gòu)電不含稅價(jià)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(fā)電量越多，燃動(dòng)成本也隨之增加。

4 成果驗(yàn)證

四川石化將自備電廠年初將4爐3機(jī)運(yùn)行逐步調(diào)整為3爐2機(jī)、3爐1機(jī)運(yùn)行。截止6月底，自備電廠已節(jié)省燃動(dòng)成本2，374萬(wàn)。為此，公司將進(jìn)一步研究，自備電廠0機(jī)運(yùn)行方案。如具備條件，四川石化將采用停機(jī)措施，以進(jìn)一步降低企業(yè)燃料成本。