CCPP、CHP、常规机组在钢铁企业发电项目上的投资选择分析

沈亚东

（江苏沙钢集团，江苏张家港215625）

CCPP、CHP、常规机组在钢铁企业发电项目上的投资选择分析

沈亚东

（江苏沙钢集团，江苏张家港215625）

通过对常规发电机组、CCPP、CHP三种发电机组的效率、优缺点、整体效益的比较，对钢铁企业按照自身特点发展电厂项目的选择具有一定的指导意义，同时对沼气、天然气、垃圾填埋气、石油伴生气（火炬气）、瓦斯、生物质气、煤层气、油母页岩气等燃气发电项目选择也同样具有借鉴意义。

CCPP；CHP；常规机组；效益；项目选择

1 前言

目前，全国大型钢铁企业自备电厂发电量与企业自身用电量占比可达30%～80%，像宝钢自发电已实现100%全部满足生产用电，其中煤气发电燃料主要有高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气。随着钢铁行业长期微利微亏时代的到来，国家对循环经济以及生态环境的日益重视，钢铁企业产生的煤气资源最终必将全部加以回收利用，杜绝放散浪费、污染环境。其中，根据企业自身状况、特点，选择最适合自身类型的煤气发电项目显得格外重要。

目前常规火力发电机组在国内市场占比量最大，单机容量最大（国内最大机组已做到超超临界1000 MW），制造技术、运行检修都非常成熟。而钢铁企业煤气发电机组已做到高温高压、超高压级别，以及利用煤气、天然气、燃煤混合型锅炉。

燃气-蒸汽联合循环发电（简称CCPP）作为当今时代最为先进、成熟的发电技术，以其高效、环保的优点在世界范围内被广泛应用（国内如：宝钢、邯钢、沙钢、马钢、武钢、首钢、包钢、济钢、涟钢、重钢、鞍钢、太钢等），并作为新建发电项目技术的首选。CCPP发电以日本三菱、GE、ABB为代表，国产CCPP研究应用也取得很大突破。对于燃烧低热值的高炉煤气，日本三菱的CCPP发电具有明显的技术优势。

燃气内燃机发电(简称CHP)作为当今最为先进、新型的发电技术，其特点也是高效、环保，CHP以GE颜巴赫、曼海姆、瓦锡兰为代表。目前CHP技术主要在国外有一定应用，国内主要集中在垃圾填埋气、沼气等非钢铁领域（如河南天冠集团生物沼气CHP发电项目2011年10月并网发电），钢铁企业使用煤气的CHP项目基本没有（永钢的GE颜巴赫内燃机高炉煤气发电项目预计年底投产，湖北新冶钢的内燃机发电项目方案正在论证中）。

2 三种机组工作原理

2.1 常规机组工作原理

常规火力发电技术的基本原理是燃料进入锅炉炉膛燃烧，把水加热产生蒸汽，蒸汽进入汽轮机膨胀做功，将蒸汽的热能转换为机械能，从而带动发电机，再将机械能转换为电能。

2.2 CCPP机组工作原理

燃气-蒸汽联合循环发电技术的基本原理是将

高炉煤气经净化、加压后送往燃气轮机燃烧、膨胀做功，带动燃气轮发电机组发电。同时燃气轮机排放的高温烟气经过余热锅炉，产生蒸汽，带动蒸汽轮发电机组发电，形成联合循环发电。

2.3 CHP机组工作原理

燃气内燃机发电技术的基本原理是将高炉煤气经净化，采用风机升压后进入内燃机汽缸燃烧，所产生的高温高压烟气直接推动活塞运行，周而复始重复压缩、燃烧、膨胀、排气四个过程，不断的将燃料的化学能转换热能，进而转换为机械能，带动发电机发电。同时内燃机排出的尾气进入余热锅炉，产生蒸汽对外供热或带动汽轮发电机组发电。

3 三种机组投资分析对比

现以常规150 MW机组（燃烧40万m3/h纯高炉煤气、超高压、一次中间再热）为基准，选择使用同等级煤气量的日本三菱CCPP（M701SLDA）与GE颜巴赫CHP机组作对比分析。三种机组投资分析对比见表1。

3.1 CCPP与常规机组的对比分析

3.1.1CCPP的优势分析

⑴从表1可以看出，CCPP机组其热功转换效率比同等级规模的常规锅炉燃烧方式的机组蒸汽单循环发电技术明显要高。可实现企业资源优化配置，降低企业综合能耗、增加企业的经济效益和市场竞争能力。

⑵CCPP的自动化程度高，设备稳定性好、维护量小，可实现一键启动，运行与检修人员配置较少。CCPP每班主体设备只需3个运行操作工，而常规

150MW机组主体设备每班至少要配备6个运行操作工。

表1 三种机组投资分析对比

⑶CCPP机组布置紧凑，占地面积小，用水少。CCPP总用水量约为常规机组的50%左右，而常规机组占地与用水较大。

⑷燃气—蒸汽联合循环发电装置属清洁能源生产技术，几乎无烟尘，CO、NOX污染物排放少，环保性能好。可避免废气对大气的严重污染，改善周边环境，有利于所在地区经济的持续发展。

⑸高炉煤气低热值燃料资源开发利用及燃气—蒸汽联合循环发电均已列入《当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录》中，采用CCPP有利于促进企业设备更新和产业技术进步，有利于减少温室气体排放，节约资源和改善生态环境，符合可持续发展战略，是国家重点鼓励的工程建设项目，也是联合国气候公约和京都议定书协助的CDM项目（出售碳排放量的收益高）。

3.1.2CCPP的劣势分析

⑴CCPP的大修费用昂贵（见表2）。从表中可以看出，燃机的年平均大修费用达到2780万元，第十年的费用更是达到了7196万元之多，而150 MW常规机组的年平均大修费用仅500万元。

表2 CCPP与常规机组大修费用

⑵CCPP机组投资较大。一台CCPP的投资为11亿，而一台常规150 MW机组的投资为4.5亿，多投资的6.5亿元将会在投资回收期内产生较大的财务成本。

⑶CCPP对国外厂家的技术依赖程度高。M701SLDA燃机是日本三菱独家掌握技术的设备，其核心的热部件及关键技术始终掌握在三菱手里，每次的大修备件都将依赖进口，技术服务也必须为日本TA，在备件及技术服务上会长期依赖外方。而常规150MW机组的生产和检修技术较为成熟，没有上述问题。

⑷CCPP的建设周期较长。

⑸负荷的变化对CCPP效率的影响较大(见图1)。在满负荷运行时，CCPP效率可高达46%，但当降低至80%负荷时，其效率将降低到42%的水平，负荷降低到50%时，其效率降低至34%，而常规150 MW机组，负荷从50%～100%之间，其效率变化没有那么明显。如果选择CCPP机组，为了保持其高效率，必须优先保证其满负荷运行。

图1CCPP与常规机组负荷-效率图

3.2 CCPP与CHP对比分析

3.2.1CCPP与CHP共同优点

⑴工艺流程相似，同属于联合循环的范畴，布置紧凑，占地面积小，用水量小，其中CHP用水量只有常规机组的30%～40%。

⑵CCPP与CHP发电效率高。而常规机组发电效率与CCPP、CHP根本没有可比性，特别是高温高压（效率约30%）、中温中压常规机组（效率低于25%），效率更低。

⑶自动化程度高。CCPP与CHP自动化程度高，可实现一键启动，人员配置较少。其中CHP更能在5 min之内达到满负荷。

⑷CCPP与CHP机组同属清洁能源生产技术，环保性能好。

3.2.2CHP相比CCPP的优越性

⑴CHP建设周期短，见效快。

⑵CHP模块化设计、扩展性强。CHP采用模块化设计，发电单元是一个单独的模块，整个电厂可以根据企业煤气量的上升，增加更多的机组，具有良好的扩展性，不管发电单元的多少，都不影响整体发电的高效率。而CCPP不具备这一功能。

⑶CHP配置灵活、适应煤气波动性强。CHP单机容量小，一般都配置多套，在煤气大幅降低的条件下，可通过关停机组的数量来维持发电效率处于高效，且最低可运行到总负荷的5%；而CCPP随着煤气量的下降，其发电效率会大幅下降，CCPP与常规机组在负荷降到30%额定负荷后必须停机。

⑷CHP大修周期长（大修周期为60000～80000 h），大修时间短，能够实现轮停检修，对发电量的影响极小。CHP大修时只需将发电模块从台位移除返厂检修，或者可直接将备用的发电模块替换上去，由于发电模块一般配套多套，因此大修一台对整体负荷基本没有影响。而CCPP的大修周期短，最长2年就要大修一次，每次的大修一般需要40天左右，大修期间将会造成煤气的大量放散。

⑸CHP并网灵活。颜巴赫燃气内燃机每个发电模块都配有并网装置，用户可根据实际情况选择并网的方式、可将负荷分割接入不同的变电所，可以真正实现并网不上网，负荷全部内部自用。CHP采用分散的并网方式，单台发电模块或者负荷单元故障，也不会对电网造成大的冲击。而CCPP只有唯一的接入点，如果该区域用户较少，多余的发电量将会上网，降低了发电的利用率。另外大容量的CCPP故障跳机后，不仅会对电网造成冲击，而且会造成煤气管网压力的突增，存在一定的安全隐患。

⑹CHP大修后发电效率可提升10%～20%。CHP在正常运行2-3年后，可根据运行数据进行系统优化，在第一个大修周期内，可使发电效率输出在原有的基础上提升10%～20%，产生巨大的经济效益。CCPP机组随着运行时间的推移，设备磨损累计后只会造成效率的下降，根本不可能有提升的空间。

3.2.3CHP相比CCPP的劣势

⑴CHP检修工作量较大。CHP易损件、火花塞、润滑油需定期进行检查更换，CHP一般都要配几十套的发电模块，因此日常的维护有一定的工作量。CHP单台发电模块的日常检修项目见表3。

表3 CHP单台发电模块的日常检修工作量

⑵CHP在国外有一定的项目业绩，但在国内基本没有，投资具有一定的不确定性。CCPP在国内外使用已比较成熟，近几年国内项目业绩发展较快，基本没有投资风险。

4 发电项目投资选择的几点建议

⑴在企业财务状况没有太大压力的情况下，当前投资以CCPP为首选，不但能保证投资安全，而且能取得较高的经济效益与社会效益。

⑵鉴于负荷变化对CCPP效率影响较大，对常规机组效率影响不明显，企业内部可适当考虑小部分容量的常规机组，用以煤气调节，保证CCPP机组始终满发状态，提高企业整体发电效率。

⑶对于受到并网变电所限制，特别是煤气量波动较大、煤气大量富余放散须短时间建成发电的企业，可以考虑上CHP项目，今后，随着国内钢铁企业CHP项目成功业绩的增多，投资CHP项目也是一个不错的选择。

⑷对于煤气有少量富余的企业，选择常规机组会受到机组容量限制，只能选择中温中压或高温高压机组，其效率比超高压常规机组低很多，如果供电价格按照上网价计算、再算上煤气成本，则常规机组发电都是亏本的，而CCPP、CHP发电效率受机组容量的影响有限。因此建议小容量机组以上CCPP、CHP为好。

⑸CCPP、CHP相比于常规机组，整体效率具有绝对优势，但CCPP、CHP一次性投资明显大于常规机组，对企业的财务压力较大。目前，对于投资CCPP、CHP项目，已出现钢铁企业与合作方联合投资模式，以达到双赢的目的。钢铁企业投资相当于常规机组的投资额，剩余投资额可由合作方投资，项目建成运行后几年内，钢铁企业提取相当于常规机组所得效益，其余效益由合作方享受，若干年后，整体项目完全移交给钢铁企业，该投资方案较投资常规机组项目具有明显优势。

5 结束语

钢铁企业自备电厂早期基本都是常规机组，但是，CCPP以其效率绝对优势，在国内运用已日趋成熟，现在大型钢铁企业基本都开始考虑使用上CCPP新项目，甚至已出现使用CCPP置换原有低参数的常规机组势头，很明显，CCPP发电技术已代表了未来燃气发电的一种趋势。CHP作为当今最为先进、新型的发电技术，以其发电效率、发电模式的独特优势，今后在国内市场也将十分看好。

钢铁企业投资发电项目，一定要本着能源高效利用的总原则，并结合自身实际情况，有前瞻性地、长远眼光地去选择，投资时将发电项目前期选择当成一种战略性工作，前期选择的成功与否将直接影响企业今后的盈利能力与市场竞争力。

Investment Analysis of CCPP,CHP and Conventional Generators in Power Projects of Steelmaking Enterprises

SHEN Yadong
(Jiangsu Shagang Group Co.,Ltd.,Zhangjiagang,Jiangsu 215625,China)

The efficiency,advantages and disadvantages and overall effectiveness of conventional,CCPP and CHP power generators are compared,to provide some guidance for power project development of steel enterprises according to their own characteristics and

ignificanceforselectionofpowergeneratorsusingmethane,naturalgas,landfillgas, petroleum gas(flare gas),firedamp,biomass gas,coal methane and oil shale gas,etc.

CCPP;CHP;conventional unit;benefit;project selection

TM61

B

1006-6764（2014）05-0042-04

2013-09-30

沈亚东（1978-），男，大专学历，机械工程师，现从事动力生产技术管理工作。