大型燃煤热电联产项目采用抽汽、高背压、NCB装机方案比较及经济性分析

摘要：本文结合保定市热电联产规划和区域内热用户的现状，以及河北南网电负荷情况，对大唐保定热电厂2×350MW热电机组项目装机方案进行论证，提出三种装机方案，并对350MW超临界抽汽供热机组、高背压供热机组和NCB供热机组方案进行经济性分析比较。

关键词：抽汽供热机组；高背压供热机组；NCB供热机组；装机方案；经济性分析

引言

由于热电联产的模式具有显著的经济效益[1]，根据国家《关于发展热电联产的规定》（1268号文件）的能源政策和保定市对热电联产的迫切需求，大唐保定热电厂拟建设2×350MW超临界供热机组。本文在技术、经济性两方面开展论述，结合地域特点，对装机方案进行分析优化。

1 装机方案

常规热电联产机组，配置为2×350MW超临界抽汽式供热机组，供热能力540MW/h，可供采暖供热面积约1200万m2，面对城市热负荷增长的趋势，仍显不足。为此，列举三个增强供热能力的机型配置方案进行对比分析。

1.1 方案一：1台抽汽供热机组+1台高背压供热机组。高背压供热机组采暖季更换供热专用低压转子，以机组做功后的低压缸排汽将热网循环水加热至80℃，抽汽机组通过热网加热器对热网循环水进行二次加热至110℃对外供热。

1.2 方案二：2台高背压供热机组。2台高背压供热机组均在采暖季开始前更换供热专用低压转子。考虑到采暖季热负荷是缓慢上升至额定负荷的，高背压机组的运行受热网循环水量、背压排汽量制约，两台机全部采用高背压供热形式，很长一段时间运行在低负荷工况下。

1.3 方案三：1台高背压供热机组+1台NCB供热机组。一台机组采暖季更换供热专用转子；另一台带3S离合器的NCB供热机组，采暖季低压缸解列，将中压缸排汽全部引至热网加热器二次加热热网循环水。

2 装机方案对比

2.1 技术特性对比

2.1.1方案一：采暖季开始前，高背压机组更换供热专用低压转子，水塔停运，以低压缸最大排汽量直接加热热网循环水，带额定采暖方式运行，抽汽机组视热负荷增长情况，将热网循环水二次加热至需要温度，供热质调节比较灵活。

2.1.2方案二：采用两台高背压供热机组，不足之处：一是高背压机型决定，热网循环水回水温度不得超过60℃，否则机组排汽热量无法带走，将因低压缸超温被迫停机。一台高背压机组将50℃的热网循环水加热至78℃，另一台机组无法继续以高背压型式对热网循环水进行二次加热，势必造成第二台高背压机组无法正常运行。

2.1.3方案三：350MW超临界NCB供热机组，是以常规350MW超临界汽轮机为母型，将低压缸通过3S离合器与高中压缸连接，使低压缸可在线解列和并列，具备凝汽、抽汽、背压三种运行功能，根据供热负荷的变化进行切换，在供热负荷超过抽汽模式的供出量时，切除低压缸，按背压方式单独运行。本方案可以获得最大的采暖供热量，但如果采用同轴布置，发电机需要布置在高压缸机头侧，此方案需要重新计算机组轴系力矩，目前在350MW超临界机组还没有应用案例，无可借鉴，存在较大未知风险；如采用分轴布置，低压缸布置在中压缸旁边，低压缸和中压缸分别配置一台发电机。此方案会增加主厂房占地面积，两台发电机会使机组更加复杂，投资更高[2]。

2.2 供热能力对比

方案二的额定采暖能力最大，方案三的最大采暖能力第一。

2.3 发电能力对比

三个方案均配置一台超临界高背压供热机组，因此只比较第二台机组发电功率；且因三种机型在非采暖季均恢复为抽凝方式，发电能力基本一致，因此仅比较采暖季的发电功率。

高背压机组在供热的同时可以实现发电功率最大；抽汽机组次之，NCB由于低压缸解列运行，低压缸不做功，发电功率最小[3]。

3 经济指标对比

3.1 初投资对比

以单台抽汽机组费用为基准，对比三个方案的设备初投资。

单台高背压机组较抽汽机组增加投资1400万元，NCB机组较抽汽机组增加2220万元。

3.2 供热收益对比

在采暖季，三种方案的机型均带额定采暖热负荷，比较采暖供热能力收益。按保定市冬季供热运行小时数2880小时、采暖售热费用28元/GJ计算：

一个供热季，高背压机组较抽汽机组增加供热收入4003万元。NCB机组较抽汽机组增加供热收入2085万元、较高背压机组减少供热收入1918万元。

3.3 采暖季发电收益对比

非采暖季，三种方案的机型发电能力一致。采暖季，三种方案的机型均带额定基本热负荷满发，比较三种机型在供热同时的发电能力收益。按冬季供热运行小时数2880小时、上网电价0.41元/KWh计算：

采暖工况下，NCB机组发电收益最低，高背压机组发电收益最大。

2011年6月30日，国家发改委令第10号对《关于发展熱电联产的规定》要求：热电联产规划必须按照“以热定电”的原则进行……地区电力管理部门在制定热电厂电力调度曲线时，不得以电量指标限制热电厂对外供热。根据“以热定电”原则，热电联产机组在供热的同时具备多发电功率的能力，可以最大化的实现经济效益。根据中电联发布的《2017年底分省火电装机和利用小时排名》显示：河北省火电全年利用小时数为4135小时，排名全国第一。位于河北南部电网的大唐河北发电有限公司2017年全年火电利用小时数为5729小时，远高于河北省以及全国指标，机组的发电指标充裕，因此，方案三在“以热定电”原则下不占优势。

4 结论

4.1 在提高供热能力方面：高背压和NCB机型均可在抽汽机型基础上增大供热能力。

4.2 在经济性方面：单台机组采用高背压机型增加投资1400万元，采用NCB机型增加投资2220万元。一个采暖季，高背压机组较抽汽机组增加电、热收入合计7177万元，较NCB机组增加11718万元；NCB机组较抽汽机组减少4541万元。

4.3 NCB技术目前较多应用在燃气-蒸汽联合循环机组中，汽轮机利用燃机的乏汽加热余热锅炉产生蒸汽运行，属于燃气余热利用，余热汽轮机参数等级不高，属于高压、超高压汽轮机组等级。虽然供热能力较抽汽机型大，但供热收益无法抵消电量损失，尤其在冬季“以热定电”供热同时多发电量的盈利期，无法体现其整体经济性优势。抽汽机组和NCB机组运行方式灵活。高背压机组则需要在采暖期前、后进行两次揭缸更换低压转子，停机检修时间较其它两种机型长，会损失一部分电量。但在非采暖期利用小时数低、机组停备时间长的地区可以忽略。

综合考虑适用性、经济性，在供热负荷稳定、机组利用小时数高的保定地区，推荐1×350MW超临界抽汽供热机组+1×350MW超临界高背压供热机组方案。

参考文献

[1]翟几中，蔡觉先，迟毅超.热电联产集中供热的经济性分析[J] .中国高新技术企业，2008（10），52-53.

[2]张波，邢培杰.NCB供热机组的应用前景分析[J].吉林电力，2014，（2），25-27.

[3]叶东平.哈汽新型350MW超临界高背压供热汽轮机热力特性[R].哈尔滨汽轮机厂有限公司，2018.

作者简介：王义（1977-），男，本科，河北 保定，电力中级工程师，研究方向为：火电厂基建及供热管理。

（作者单位：大唐保定热电厂）