热电联产经济性分析和探讨
热电 比
8~22.7
8~19.6
1.08~6.8
1.3~6.7
表一 各种机型的热电比范围
从表一可知,背压机型的热电比为最高可达8~23,而抽凝机型为最
小约1.3~6.7。以同容量、同参数的不同机型相比,可知其变化差异
(见表二),抽凝机组最小为3.46,背压机组最高为10.5,二者相差达
7.04,其原因是背压机组的抽排汽量远高于抽凝机组的抽汽量。
Do ( io- ig) – Dn ( in- Ebs ) HR =
N
(1)
式中 HR——机组发电热耗,kJ/kWh; Do——汽轮机进汽量,kg/h; io——汽轮机进汽焓,kJ/kg; ig——给水焓,kJ/kg; Dn——对外供热蒸汽量,kg/h; in——供热蒸汽焓,kJ/kg; Ebs——化学补水焓,kJ/kg; N——机组电功率,kW。
从公式(1)可以看出,在计算机组发电热耗时,已扣除了供热热 量,也就是说,热电联产的供热机组与同容量的凝汽式机组相比,由于 利用了供热式汽轮机的抽汽或排汽对外供热,使热化发电部分避免了冷 源损失,且供热量越大,热耗越低,对燃煤机组来说亦即发电煤耗越 低。
供热机组的主要形式有两种,即背压式和抽汽凝汽式。前者因发电
项目 \机 型
B型机
CB型机
CC型机
C型机
品种
134个
67
37
61
参数 2.35~8.83MPa 2.35~8.83MPa 3.43~8.83MPa 1.28~16.7MPa 390~535℃ 390~535℃ 435~535℃ 340~537℃
容量 MW
0.1~50
1~25
12~140
1.5~220
2.热电比与供热参数的关系: 供热参数指压力、温度、流量,从热电比计算公
式X=Qn×in×1000/3600W可知in是供热蒸汽的焓值,in随着温度、压力 的增加而增大。当Qn/W为机组额定值时,不同机型规格的热电比随其 供热抽汽参数(压力、温度)的增加而增大。当机组接带额定电负荷时, 热电比X则随对外供热抽汽量的增加而增大,呈线性关系,其斜率 tgδ=in/W ×1000/3600 =0.278in/W, X=0.278in/W·Qn。这是抽汽机组的特 征。
热电比是一个比较综合的技术经济特征指标,是个受其他因素变化 而变化的指标,下面从四个方面进行分析(表1-表5,图1、图2摘自 《能源网》)。
1. 热电比与机组类型的关系:
根据《能源网》提供的信息,目前我国热电机组的类型可分为四大 类近300个品种规格。按抽汽方式大致可以分背压机(B型机)、抽背机 (CB型机)、双抽机(CC型机)、抽凝机(C型机),通过对这300个品种规格 的热电比计算,得出不同类别的机型具有较大的热电比差距,它们的可 变范围见下表: (表1--表5及图1、2摘自《中国能源网》)
对于背压机组接带电负荷与当时的对外供热量呈对应关系,即 W= Qn /qn (kw)ห้องสมุดไป่ตู้
式中Qn为对外供热量kg/h qn为背压机组汽耗率kg/kwh
代入公式 X=1000/3600×Qn×in/( Qn /d)=0.278in·qn 可知背压机的热电比决定于该机组的汽耗率和排汽参数(压力、温 度)所对应的焓值,因此背压机型的各种规格的热电比是不随其供热量 变化的一条水平线(图一)。当X=1时即抽汽机组达到国家规定的量化指 标时,相对于额定电功率有一个临界抽汽供热量,其大小可 用Qn1=W·X1/in (t/h),式中X=1机组热电比的量化指标值,对应于25MW 以下的机组为1,可知临界抽汽量Qn1决定于机组容量和抽汽参数的焓值 大小。例如C12-4.9/0.98型机的临界抽汽量为14.093t/h,C258.83/0.98型为29.4t/h,同理CB型或CC型机组均有一个热电比达到量化 指标值时的最小(临界)抽汽量,可以作出各种机型,不同单机容量下的 临界抽汽量曲线(图二)。
此外不同热电厂的地理位置、机炉类型、机组初参数、建设造价、 负债情况、产品价格、燃料价格、税收政策等等诸多因素均不一样,故 对热电联产的经济性能否给出一个通用的分析和判断,似乎是不现实, 也是不可能的。
对热电联产经济性的了解,首先必须对其内在的经济性体现有所了 解,正确掌握热电比的重要意义及其关系,掌握热电机组经济性的本 质。本文将对热电联产在热耗、煤耗和总效率等最根本的内在经济性体 现作个比较粗浅和客观的分析介绍,对与热电比有关的几个方面因素进 行分析,介绍几个较典型的热电项目,重点对热电项目在一定价格成本 情况下亏损临界点的分析和敏感性分析,以及几种情况下电价、热价与 煤(气)价的对应关系,同时考虑今后天然气热电联产的发展方向,对 燃气机组也作个简单介绍分析,说明一般情况下热电联产成本收益大致 情况,最后介绍一下热电联产项目国家对编制可行性研究的一般要求。
热电机组为例。
其基本参数如下:
Do——汽轮机进汽量,kg /h; io——汽轮机进汽 焓,kJ/kg; ig——给水焓,kJ/kg; Dn——对外供热蒸汽 量,kg/h; in——供热蒸汽焓,kJ/kg; Ebs——化学补水焓,kJ/kg; N——机组电功率,kW。 机组利用小时(h) 机组容量(MW) 年供热值Qa(GJ/a) W——热电厂年发电量(kWh /a) η'——分散供热锅炉效率, % ηd——管道效率,%。 ηg----集中供热锅炉效率,% 年供热量Qa(GJ/a) Br——热电厂年耗标准燃料 量,kg/a Qn——热电厂年对外供热 量,t/a
从公式(3)和(6)中也可以看出,因为ηg>η’ 所以bg2<bf 一般说来,热电厂锅炉效率在80%以上,管道效率在98%以上,而一
般供热锅炉效率仅50%~60%;分散供热的供热煤耗多在58~ 70kg/GJ,而热电厂集中供热的供热煤耗仅38~44kg/GJ。由此不难看 出,热电厂锅炉较分散供热锅炉的节能效益高得多。
后供热,无冷源损失,发电煤耗最低,一般仅180~200g/kWh;后者在 额定抽汽工况下,发电煤耗亦只有300~360g/kWh,相当于300MW凝汽机 组的煤耗水平。
以1×CC12-4.9/0.98/0.17型双抽式高压汽轮发电机组和1×B6-
4.9/0.98型背压式次高压汽轮发电机组加3×75t/h次高压循环硫化床锅炉
机型 项 B12-4.9/0.98 目
CB124.9/0.98/0.49
CC12-
C12-
4.9/0.98/0.49 4.9/0.98
参数
4.9MPa/470℃ 0.98/268
4.9/450 0.98/2680.49/199
4.9/470 0.
98/3000.49/280
4.9/470 0.98/300
该供电煤耗大大低于全国平均参考火电机组国家标准0.41 kg/kWh 的水平。
由于煤耗(供电热)的降低,每年可节约标煤51500吨。 年标煤量节约计算 (((34.12/(η’*ηd)+0.41*5.73)-bg2)*Qa*/1000 +(0.41-bg1)*(1-ε)*W*/1000 =51500 T
容量
12MW
12
12
12
抽排汽 量
152t/h
132
70
50
热电比
10.5
8.87
4.37
3.46
表二 同容量同参数不同机型的热电比
以上列举了各种机型不同容量和相同容量不同机型的热电比变化情 况,说明热电机组的热电比设计值本身就差异很大,但每种机型对应有 一个热电比,且有一个可变范围。实际运行工况应参考机组的设计指 标,同时要求我们在热电项目建设的定项、机组选型、设备配置等,需 确定热电比的选择范围。
173000
3313 437
122000 3090 147 18000 5000 18
2073880
99000000
55% 98% 83% 2073880
11923500
671000
(以下有关热耗、煤耗、热效率等计算均使用以上符号及数值)
1)发电机热耗HR=[Do(io-ig)–Dn(in-Ebs)]/N= 7695 kJ/kWh 2)供电煤耗bg1=HR/(29307.6×ηg×ηd)×(1-ε)=0.342 kg/kWh 3)供热煤耗bg2 =106/ (29308×ηg×ηd)+ε1*bg1=43.9 kg /kJ
二、热电比的意义及相关因素分析
热电比(X),即热能产出比,可用下式表达:
Qn × in ×1000 X=
3600W
×100%
按上例,本热电厂热电比为X= Qn × in ×1000/3600W=582%。
发供电标准煤耗率和供热标准煤耗率仅指电或热作为单一产品来计 算和评价运行、管理水平,而热电比是用来衡量热电机组在运行中热的 利用程度和节能效果,从而反映该企业在热电联产事业中的发展水平和 能源利用率。
3、总热效率的比较: 热电厂的总热效率,或称热电厂的燃料利用系数,是一个量的指
标,它反映了热电厂能量输出和输入的比例关系。
按上例,本热电厂总热效率ηtp的计算:
3600W + Qn × in ×1000
ηtp =
×100%
29308 Br
=69.5%。 可以看出,由于利用汽轮机作过功的汽流对外供热,供热部分冷源损 失减少,总热效率提高,一般火电机组的总热效率在30-35%左右,而热 电机组的总热效率大于45%(国家规定最低限度),背压机一般 在60%-80%。
为能够真实反映热电机组的经济性,本文分析的基础数据均来自真 实项目,同时为了清楚反映数据结果,有些必要的计算方式仍无法省略
(大量计算过程基本未列),繁琐之处及不当之处等请见凉。
一、热电联产经济性的内在体现
热电联产机组的主要特性是即发电又对外集中供热,其与一般火电