燃機熱電聯產項目裝機方案分析

鄭 震

(無錫西區燃氣熱電有限公司，江蘇 無錫 214152)

化工園區具有熱負荷需求大、熱負荷穩定、熱用戶分布集中等特點，但園區現有燃煤鍋爐自動化程度低、供熱穩定性差，不能對企業生產提供穩定的汽源；鍋爐熱效率低，原煤消耗大；大多數鍋爐減排設施配套不夠完善，對園區周圍環境造成嚴重污染。

為此，通過建設燃機熱電聯產項目替代燃煤鍋爐對園區進行集中供熱,一方面可以為園區提供充足、穩定、優質的熱源；另一方面可以實現能源梯級利用,提高能源利用效率,節約能源；同時,可以有效改善環境，促進園區基礎設施建設，增強招商引資能力，具有非常高的經濟效益、環境效益和社會效益。

本文以某化工園區燃機熱電聯產項目為例，分析了該園區熱負荷分布，并根據“以熱定電”的原則，確定了項目的裝機方案。

1 熱負荷分析

根據現場調研資料，該化工園區主要是以常年性工業生產熱負荷為主，園區產業主要為精細化工、生物醫藥、裝備制造、新能源新材料、食品加工、電子信息等。根據CJJ34—2010《城鎮供熱管網設計規范》，綜合考慮園區行業類別，生產熱負荷同時使用系數取0.8，熱網損失系數為5%，折算至電廠出口參數系數為0.9。結合熱負荷調研收資，經折算，匯總園區熱負荷情況見表1。

表1 熱負荷匯總表 t/h

2 裝機方案

2.1 機組容量

從熱電聯產的角度看，熱電廠必須按“以熱定電”原則進行選型，在滿足熱電比和全廠熱效率等國家要求的指標下，優先選用效率、熱耗、氣耗等經濟指標較優的燃機供熱機組。

1臺F級(400 MW級)燃氣—蒸汽聯合循環機組的抽汽供熱能力為210～260 t/h(各機型最大供汽能力有差別)，2臺F級聯合循環機組，最大供熱能力為520 t/h，可滿足園區最大供熱量需求。考慮熱負荷中以穩定的工業負荷為主，本項目采用2臺F級燃氣—蒸汽聯合循環抽凝機組的裝機方案，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期供熱量需求。

目前，天然氣發電用的重型F級燃氣輪機廠商主要有4家，分別是西門子、上海電氣、GE和三菱公司。其燃氣輪機型號分別為西門子公司的SGT5-4000F、上海電氣公司的AE94.3A、GE公司的PG9371FB、三菱公司的M701F4。各機組的技術參數如表2所示。由表2可知，4種燃機性能大致相近，均屬于高參數、大容量先進性燃氣輪機。

表2 F級燃氣輪機主要技術參數

注：表中數據為機組在ISO工況下單循環時的參數。

2.2 機組配置

聯合循環機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級燃機中均有運用。其中，單軸機組分別由1臺燃氣輪機、1臺發電機以及1臺蒸汽輪機單軸串聯布置。單軸布置的機組可并列安裝，有利于發電機出線、設備、蒸汽管道布置、施工和運行管理。對于汽輪機運行，沒有高溫高壓蒸汽切換閥門，沒有大型蒸汽母管，蒸汽系統運行簡單，操作方便，適合調峰運行。熱電聯產項目按照“以熱定電”方式運行，基本不參與調峰，采用單軸配置優勢不明顯；且對于熱電機組，將同時承受電網和熱網波動的影響，為保證安全可靠，不宜采用單軸配置方案。為此，本項目主要考慮“二拖一”多軸和“一拖一”雙軸2種配置方案。

方案1：“二拖一”多軸配置機組主要由2臺燃氣輪機、2臺余熱鍋爐和1臺蒸汽輪機組成。該配置方案因采用較大容量的汽輪機，全廠效率較高；只有1臺汽輪機供熱，需增加大容量蒸汽母管，蒸汽系統變復雜且操作繁瑣；同時2臺余熱鍋爐并爐時間長，增加了汽水損耗，降低了供熱經濟性和穩定性；單臺汽輪機供熱，供熱可靠性較差。因此，方案1不適用于熱電聯產項目。

方案2：“一拖一”雙軸配置機組主要由2套“1臺燃機、1臺余熱鍋爐和1臺汽輪機”系統組成。該配置方案系統相對獨立，運行控制方便；由于每臺汽輪機獨立對外供熱，供熱可靠性較高；同時單臺汽機容量較小，設備可國產化率較高。綜合考慮項目投資、建設周期、供熱可靠性、維修成本、國產化率等因素的影響，本工程裝機方案及容量暫按2套F級“一拖一”雙軸燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組考慮。

2.3 技術經濟指標分析

經測算，本工程2套F級“一拖一”雙軸燃氣—蒸汽聯合循環熱電聯產機組技術經濟指標(全廠)如表3所示。

表3 主要技術經濟指標(按SGT5-4000F計算)

注：供熱蒸汽參數為1.3 MPa(a)、310 ℃；天然氣狀態按101.3 kPa、20 ℃計算。

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%，符合國家規定。

3 結束語

對于燃機熱電聯產項目，根據熱負荷規模和特

點合理進行主機配置，對機組性能和項目的經濟性具有較大意義。該化工園區采用的F級“一拖一”雙軸燃氣—蒸汽聯合循環機組布置方案，不僅可以為園區提供安全、穩定、可靠的熱源，還可以實現遠高于常規燃煤機組和燃煤鍋爐的能源轉換和利用效率，同時通過清潔能源利用，可以大大減少大氣污染物排放，對改善大氣環境、提高城市環境質量具有十分重要的意義。

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