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　　前言：2013年9月國務(wù)院頒布背壓式抽凝式了《大氣污染防治行動計(jì)劃》，要求到2017年，全國地級及以上城市可吸入顆粒物濃度比2012年下降10%以上，空氣質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良的天數(shù)應(yīng)逐年提高;京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域細(xì)顆粒物濃度分別下降25%，20%，15%左右，其中北京市細(xì)顆粒物年均濃度控制在60微克/立方米左右。為執(zhí)行這一計(jì)劃，各地紛紛提出相應(yīng)對策，由于燃煤鍋爐是導(dǎo)致大氣污染的重要來源，因此全國各地開始背壓式抽凝式了大規(guī)模的“煤改氣”行動。

　　“煤改氣”治理有三條渠道，即：燃?xì)獍l(fā)電廠、燃?xì)忮仩t和燃?xì)夥植际较到y(tǒng)，燃?xì)獍l(fā)電廠屬于大型公共設(shè)施，需要納入到城市能源規(guī)劃中，而依托已有的燃煤熱電廠改造為燃?xì)夥植际侥茉凑?，也不失為一種利舊、快捷的方式。

　　改造方案

　　根據(jù)國外的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，燃煤熱電廠改造為燃?xì)夥植际较到y(tǒng)的方式基本為四種：①改造為常規(guī)的、不補(bǔ)燃的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán);②改造為排氣助燃鍋爐型的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán);③改造為并列動力布置型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán);④改造為給水加熱型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)。這四種改造方式都可以使舊燃煤電站的功率、效率和污染物排放獲得一定程度的改善。

　　常規(guī)的、不補(bǔ)燃的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)

　　圖1給出的是改造為常規(guī)的、不補(bǔ)燃的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)，它是一種最常用的雙壓余熱鍋爐型的聯(lián)合循環(huán)方案。

　　圖1 常規(guī)的、不補(bǔ)燃的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)

　　這種改造方案的特點(diǎn)是：

　　(1)在現(xiàn)有蒸汽輪機(jī)機(jī)組的基礎(chǔ)上，用一臺或多臺燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐來取代原有的燃煤鍋爐。燃?xì)廨啓C(jī)的排氣在余熱鍋爐中不補(bǔ)燃。在改造中，宜采用多臺燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐的組合，這將有利于提高電站部分負(fù)荷下的效率。

　　(2)按照燃?xì)廨啓C(jī)功率Pgt：蒸汽輪機(jī)功率Pst=(1.5～2)：1的配比，來選擇燃?xì)廨啓C(jī)的總?cè)萘俊?/p>

　　(3)本方案可以使燃煤電站的功率和效率獲得最大程度的改善，污染排放水平降至最低，改造的費(fèi)用投資也較少。因而在不缺乏天然氣燃料的前提下，是改造燃煤電站的最優(yōu)選擇。

　　排氣助燃鍋爐型的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)

　　圖2給出了改造為排氣助燃鍋爐型的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的系統(tǒng)，依然保留了燃煤鍋爐，這種方案的特點(diǎn)是：

　　圖2 排氣助燃鍋爐型的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)

　　(1)在現(xiàn)有燃煤鍋爐前，增加一臺燃?xì)廨啓C(jī)，通過大尺寸高溫管道，把燃?xì)廨啓C(jī)的高溫排氣供給燃煤鍋爐的燃燒器和磨煤機(jī)，以取代原鼓風(fēng)機(jī)和鍋爐空預(yù)器，即把燃?xì)廨啓C(jī)排氣作為燃煤鍋爐的高溫燃燒用空氣。

　　(2)按以上配風(fēng)設(shè)計(jì)，若不增加輔助送風(fēng)機(jī)，Pgt：Pst=0.25～0.3;若增加輔助送風(fēng)機(jī)，則Pgt：Pst=0.17～0.25。

　　(3)顯然，這種方案中燃?xì)廨啓C(jī)的排氣背壓阻力為最大，當(dāng)負(fù)荷變化時，應(yīng)盡可能保持燃?xì)廨啓C(jī)的負(fù)荷不做變動。改造需要燃?xì)廨啓C(jī)布置在燃煤鍋爐附近，增大了場地布置要求，投資也較大。

　　改造為并列動力布置型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)

　　圖3給出了改造為并列動力布置型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的系統(tǒng)，保留了燃煤鍋爐，這種方案的特點(diǎn)是：

　　圖3并列動力布置型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)

　　(1)在燃煤電站的基礎(chǔ)上，并列增設(shè)一臺燃?xì)廨啓C(jī)和一臺余熱鍋爐。余熱鍋爐產(chǎn)生的蒸汽與燃煤鍋爐的主汽和再熱蒸汽一起進(jìn)入原蒸汽輪機(jī)發(fā)電。改造后，燃?xì)廨啓C(jī)和燃煤機(jī)組可以獨(dú)立運(yùn)行。

　　(2)對Pgt：Pst的選擇要比“常規(guī)不補(bǔ)燃”和“排氣助燃”方式靈活性大，但必須要保證改造后的蒸汽輪機(jī)能夠接受全部增加的蒸汽量，所增發(fā)的功率受限于蒸汽輪機(jī)所能承受的機(jī)械強(qiáng)度和發(fā)電機(jī)的極限功率，通常0.15

　　(3)新增的燃?xì)廨啓C(jī)和燃煤機(jī)組是通過蒸汽管道相連，因而節(jié)省了改造費(fèi)用和時間，布置位置約束也較小。

　　改造為給水加熱型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)

　　圖4給出了改造為給水加熱型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)的系統(tǒng)，仍保留燃煤鍋爐，這種方案的特點(diǎn)是：

　　圖4 給水加熱型燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)系統(tǒng)

　　(1)在原燃煤電站基礎(chǔ)上，增設(shè)燃?xì)廨啓C(jī)和余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)生主汽供蒸汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的排氣余熱用來加熱蒸汽輪機(jī)的凝結(jié)水和給水，減少蒸汽輪機(jī)回?zé)岢槠?/p>

　　(2)按全部給水加熱來設(shè)計(jì)時，Pgt：Pst=0.35左右。

　　(3)只通過汽水管道相連，因而布置場地較靈活，投資較低，施工周期較短，運(yùn)行可靠性較好。

　　優(yōu)化原則

　　在燃煤電站改燃?xì)獾脑O(shè)計(jì)優(yōu)化中，應(yīng)綜合考慮燃煤電站已運(yùn)行的年限、現(xiàn)有設(shè)備可用度、系統(tǒng)效率最大化等因素，尋求既能使系統(tǒng)功率、效率最大化，增加投資最小化，又能滿足環(huán)保超低排放的最新要求的統(tǒng)一。

　　影響因素

　　燃煤電站已運(yùn)行年限、設(shè)備可用度

　　目前，國內(nèi)能夠與燃?xì)夥植际侥茉磁浔鹊?，燃煤電站裝機(jī)容量均不超過50兆瓦級別，而根據(jù)我國對于新建小型燃煤機(jī)組的管控，50兆瓦以下燃煤機(jī)組(非背壓式)的運(yùn)行投產(chǎn)大多年代久遠(yuǎn)，因此，對于主機(jī)等重要設(shè)備的改造后可用度應(yīng)有詳細(xì)的論證。

　　燃料保障性

　　在不缺乏天然氣的地區(qū)，可以優(yōu)先采用常規(guī)不補(bǔ)燃的聯(lián)合循環(huán)機(jī)組，它可使燃煤機(jī)組的功率和效率獲得最大程度的改善，污染排放降至最低，改造投資費(fèi)用也較少。但由于目前天然氣價格仍較高，為降低運(yùn)營成本，改造后的機(jī)組必須承擔(dān)基本負(fù)荷或中間負(fù)荷。

　　余熱鍋爐與蒸汽輪機(jī)參數(shù)的匹配

　　目前，在常規(guī)的不補(bǔ)燃的聯(lián)合循環(huán)中，與分布式燃?xì)廨啓C(jī)相匹配的蒸汽輪機(jī)的參數(shù)都不超過高壓參數(shù)，因此，只有高壓參數(shù)以下的蒸汽輪機(jī)機(jī)組才有可能改造為常規(guī)的不補(bǔ)燃的燃?xì)饴?lián)合循環(huán)系統(tǒng)。

　　改造后效率

　　對于供電效率約為40%左右的燃煤電站來說，分別采用以上所述“排氣助燃鍋爐型“并列動力布置型”和“給水加熱型”改造后，供電效率將提高2.5%～2.8%(不設(shè)GGH可達(dá)4%)。當(dāng)然，采用常規(guī)不補(bǔ)燃的改造方案，供電效率增長到52%，大約增加15個百分點(diǎn)。

　　圖5 幾種改造方案的效率變化

　　改造投資費(fèi)用下圖6給出了幾種改造方案投資費(fèi)用的相對關(guān)系。由圖可知：“排氣助燃鍋爐型”改造費(fèi)用最高，主要是由于燃煤鍋爐、低氮及煙氣系統(tǒng)的投資較大;“并列動力布置型”投資次之，“給水加熱型”投資最低廉。

　　圖6 幾種改造方案的投資費(fèi)用相對關(guān)系

　　按照目前市場價格，新建一套常規(guī)不補(bǔ)燃的分布式燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組，單位造價約為5000元/千瓦，與“并列動力布置型”投資相比具有競爭力。

　　實(shí)際案例

　　長沙某熱電廠原裝機(jī)規(guī)模為3×75噸/小時循環(huán)流化床鍋爐，配1×C15+1×B6汽輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組對外年供工業(yè)蒸汽40萬噸，年發(fā)電量9600萬千瓦時，熱用戶以食品加工為主。某投資方擬收購電廠進(jìn)行燃?xì)夥植际礁脑臁?/p>

　　經(jīng)過對原機(jī)組供能負(fù)荷的分析，食品加工業(yè)年運(yùn)行小時較長，季節(jié)性差異不大，因此按工業(yè)蒸汽負(fù)荷的需求年利用小時數(shù)為7000小時計(jì)算，則工業(yè)蒸汽折合小時耗量為50噸/小時，電負(fù)荷折合小時耗量為14兆瓦。

　　我們以“以熱定電”和“以電定熱”為原則，對改造方案進(jìn)行了對比：

　　(一)改造模式

　　1.“以熱定電”模式

　　按照滿足蒸汽耗量50噸/小時(近期增加到60噸/小時)的需求，則改造方案為保留15兆瓦抽凝汽輪發(fā)電機(jī)組，相應(yīng)新建一臺50兆瓦等級燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組 + 一臺72噸/小時余熱鍋爐。

　　該方案的優(yōu)勢是，可以充分發(fā)揮天然氣分布式能源梯級利用優(yōu)勢，利用部分既有設(shè)備(汽機(jī))，

　　缺點(diǎn)是，新改造后機(jī)組抽汽工況下聯(lián)合循環(huán)出力48兆瓦左右，顯然年發(fā)電量比改造前數(shù)倍增加，需要重新向電力部門申請?jiān)黾影l(fā)電能力(約30兆瓦)的電力并網(wǎng)(或上網(wǎng))手續(xù)和爭取有利電價。

　　新建燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)設(shè)施，發(fā)電能力50兆瓦，供汽能力約60噸/小時，總投資約2.5億元，年供電量約2.84億千瓦時，年供汽量43.68萬噸，年天然氣消耗量8630萬立方米。

　　2.“以電定熱”模式

　　參考現(xiàn)有設(shè)施發(fā)電能力，配置GE LM2500燃?xì)廨啓C(jī)(25兆瓦) + 余熱鍋爐 +燃?xì)忮仩t方案。該方案的優(yōu)勢是不需要重新辦理發(fā)電設(shè)施的電力并網(wǎng)手續(xù)，缺點(diǎn)是不能利用現(xiàn)有設(shè)備(汽機(jī))，不能發(fā)揮天然氣分布式能源規(guī)模效益。

　　新建燃?xì)廨啓C(jī)單循環(huán)設(shè)施，發(fā)電能力25兆瓦，供汽能力約60噸/小時，總投資約1.6億元，年供電量約1.69億千瓦時，年供汽量43.68萬噸，年天然氣消耗量6790萬立方米。

　　(二)利舊分析

　　根據(jù)前期了解到的資料，熱電廠已轉(zhuǎn)固資產(chǎn)2.46億元;未轉(zhuǎn)固的在建工程4042萬元，其中管網(wǎng)2322萬元，脫硫脫硝工程1720萬元。轉(zhuǎn)固和未轉(zhuǎn)固總資產(chǎn)2.86億元，其中廠內(nèi)部分資產(chǎn)2.3億元，廠外管網(wǎng)工程資產(chǎn)0.56億元。現(xiàn)有資產(chǎn)中可利舊的部分包括：廠外管線設(shè)施、廠內(nèi)廠房設(shè)施、廠內(nèi)設(shè)備。

　　(三)改造方案

　　由于改造方案中有含熱電廠整體出售或新建方案，收購按照熱電廠現(xiàn)有資產(chǎn)在后續(xù)建設(shè)天然氣分布式能源設(shè)施中可用性，僅收購可利舊部分資產(chǎn)，建設(shè)天然氣分布式能源設(shè)施;新建為完全自行建設(shè)天然氣分布式能源設(shè)施，既含廠內(nèi)設(shè)施，又包括廠外蒸汽管網(wǎng)。

　　按熱電廠現(xiàn)行蒸汽售價230元/噸(含稅)、售電價格0.4471元/千瓦時(含稅)，采用三種不同優(yōu)惠的天然氣價格2.14元/立方米、2.30元/立方米、2.50元/立方米進(jìn)行測算，結(jié)果表明兩個方案下項(xiàng)目均無法回收投資。

　　分析該項(xiàng)目改造方案不成功的因素主要有：

　　1. 熱電廠利舊部分投資較大，拉低了整體收益率。

　　2. 原燃煤熱電廠運(yùn)行崗位較多，運(yùn)行人員過多會影響項(xiàng)目收益。

　　3. 由于燃煤發(fā)電成本較低，上網(wǎng)標(biāo)桿電價較低，如果用燃?xì)夥植际教子萌济簶?biāo)桿電價來結(jié)算，顯然無法達(dá)到預(yù)期收益。

　　4. 由于燃煤熱電廠蒸汽成本較低，因此燃?xì)夥植际教子萌济赫羝蹆r來結(jié)算，也無法達(dá)到效益平衡。

　　結(jié)論

　　綜上所述，燃煤熱電廠改為燃?xì)夥植际侥茉凑?，建議在以下幾方面予以重視：(1)應(yīng)先依據(jù)地區(qū)政策條件來確定改造的原則(“以熱定電”或“以電定熱”);(2)對舊有設(shè)備充分利用，以降低工程投資;(3)在上網(wǎng)電量、上網(wǎng)電價補(bǔ)貼以及供能(蒸汽、熱水、制冷)價格上爭取優(yōu)惠，提高項(xiàng)目收益率。

　　來源：本文刊登在中國城市燃?xì)鈪f(xié)會分布式能源專業(yè)委員會主辦的刊物《分布式能源》總第19期。