钢铁行业自备热电厂规划建设方案简析

李 冰

钢铁行业在生产冶炼过程中需消耗大量的蒸汽和电力，目前国内大多数钢铁企业均建有自备热电厂，热电联产会带来成本的降低及污染物排放的减少，对提高企业的经济效益效果明显。

钢铁行业热电联产发展很快，早期由于钢铁规模较小，企业自备热电厂很少，多数企业是由锅炉直接供热。近些年，随着钢铁企业生产规模的逐渐扩大，厂内热负荷及用电量大大增加，同时工艺过程产生大量余热及煤气等二次能源，因此大多数钢铁企业均已建设了自备热电厂，既充分利用了余热资源，同时为企业生产提供可靠的基础保障。

在钢铁行业的热电供应的规划过程中，需要关注一些要素，如热电厂外部建设条件、建设规模的确定、厂址的选择、供热方式及参数的确定、政策的支持等问题，它们之间甚至存在着相互矛盾，在进行规划和建设时需要进行多方面的衡量。

1.外部建设条件

在进行热电联产的规划建设前，首要考虑的是确认外部建设条件，这决定了所规划的热电联产项目的规模、厂址及其未来的发展。外部建设条件主要包括燃料资源的供应地点、供应量、燃料特性及供应可靠性；源、可供支配的水量、可能的供水方案；电力外网的供应体系；工业废水集中处理系统；交通运输条件；地区环境承载能力；工程地质、水文气象条件等。

2.建设规模的确定

（1）热负荷的影响。钢铁企业发展热电联产的原则是“以热定电”，提倡“热为主，电为辅”，因此在热电厂建设中热负荷正确的调查核实和计算至关重要。

目前，部分钢铁企业的热电机组普遍存在机组选型不合理，投产后供热负荷远达不到规定容量，热电机组长期出于凝汽式发电运行方式，节能效益得不到体现。其原因主要有如下几点：

①在项目可研论证阶段，按规划热负荷计算热电厂投产后新增供热负荷。由于部分规划项目停、缓建或缩减规模，使得实际热负荷比规划热负荷要小得多，形成热容量上的较大误差。

②规划阶段由于具体的工艺方案尚未确定下来，蒸汽用量、蒸汽压力等级、温度等参数不是很明确，无法进行细致的热动力平衡，导致热负荷预测与实际的偏差。

③不排除有个别企业为了扩大企业自发电比率，盲目扩大发电量，谎报热负荷，以“热电联产”的名义，实现多发电的目的。

应该说，热负荷是热电联产工程建设重要的基础资料，因此在热电厂方案建设阶段应遵循严谨求实的态度，对各类用途的热负荷进行细致的调查核实，并通过科学的方法进行预测，将误差降到最低，为建设规模的合理确定打下基础。

（2）建设进程的影响。企业规划的建设进程对热电厂规模的确定也会产生很大的影响。

首先，企业的建设是分阶段进行的，热电厂建设规模的确定不能局限于只考虑近期规划，应结合中、远期规划统筹考虑，同时考虑厂房及配套设施的位置及容量预留等诸多问题。

另外，许多企业在规划时虽然确定了近、远期发展规模，但在具体建设过程中会有很多意外，致使对建设进度或建设项目进行调整。这些都会给热电厂的规划带来不确定的因素，使锅炉及发电机组的参数及规模的确定存在一定的困难。

因此，在规划和建设热电厂时，对各个规划项目进展的预测显得很有必要，以便充分考虑可能遇到的各个因素，使规划具有可实施性，分步实施方案的确定会更有针对性。

3.厂址的选择

钢铁企业工序流程多样，产品种类繁多，不同工序，不同产品结构对热和电的供应的需求不同，即使是同一种产品，工艺要求不同，对热和电的需求也不相同。

钢铁企业建设热电厂，主要基于解决企业中各个工序生产、生活的用热问题。蒸汽输送受距离的限制， 如输送距离过大，会出现凝水量增加、水击等现象，且不能确保用户的蒸汽参数的要求。蒸汽的压力等级也影响它的输送，而输送高压蒸汽会使建设投资加大。因此，企业自备热电厂的厂址原则上应靠近企业的热力和电力负荷中心，以照顾到厂内不同位置的热负荷用户的实际需求，节省管网投资。

此外，热电厂具体位置的确定时，还应考虑燃料输送的便捷及电力升压并网的问题，若采用燃煤方式，还要考虑地区主导风向、燃料运输、灰渣输送、环境保护等问题。

总之，热电厂厂址的选择是一个需统筹兼顾的问题，要通过建设条件、运营费用、环境影响及安全条件等多方案综合比较后确定。

4.关于供热方式的确定

进行钢铁企业热电厂建设方案研究时，需将工艺建设方案同具体供热方式结合起来。在规划设计阶段，根据蒸汽用户的用汽量、供应参数等进行供需平衡分析，从而确定热电机组的供热方式。由于钢铁企业用汽具有蒸汽用量大，用汽品质相差大的特点，因此对企业进行能源潜力分析，找到满足各工序工艺要求和设备要求的最优化供应方案是十分必要的。

使用蒸汽的各类热力设备， 要根据蒸汽的压力和温度合理使用，充分提高能源利用效率，高品质蒸汽合理梯级使用，以充分发挥蒸汽的效能，避免将较高设计压力的锅炉产生出的蒸汽直接节流降压利用。

例如：对某钢铁企业的结构调整规划中，我们利用富余低热值煤气作为锅炉燃料产生高温高压蒸汽，通过热电联产，驱动高压汽轮发电机组，在发电的同时产生中压背压汽或抽汽，以带动工业汽轮机作为高炉鼓风、空气压缩机等设施的驱动汽源。同时，富余的中压背压汽或抽汽用于驱动中压汽轮发电机组，同样在发电的同时还可产生满足一定要求的低压背压汽或抽汽作为低品位能源的再利用。采取这样的供热方式，既提高了钢铁企业富余二次能源的利用效率，增加了企业自发电比率，同时实现了蒸汽的梯级使用，具有很大的节能潜力。

5.热电联产经济效益分析

对于热电联产的经济效益分析和成本核算，需要关注的是不同因素对成本的影响。就整个热电厂而言， 总成本由以下 4 部分组成：总投资费用的折旧成本；燃料成本；运行维护成本；财务成本。由于热电厂产出两种产品：热和电，怎样对总成本进行分摊是个相当复杂的问题，直接影响到供热和供电双方的利益的分配。

对热电厂总热耗量分配方法的要求，既要反映热电两种产品的品位不同，又要正确反映热电联产过程的技术完善程度，以促进热化事业发展，节约能源，其主要包括热量法、实际焓降法及做功能力法等多种不同方法，每种方法各有利弊，应根据企业实际情况，以最大可能地保障热电厂、热用户、电用户的利益为确定热电分摊方案的根本出发点。

同时，依据科学的计量法，合理的制定电价、热价，是维护热电联产事业健康发展的关键因素。

6.政策措施

钢铁企业热电厂建设方案的分析研究要依据国家的相关政策，近些年，国家对热电联产工作十分重视，在《中华人民共和国节约能源法》、《节能中长期规划》、《中国21世纪议程》、《中国节能技术政策大纲》、《“十一五”十大重点节能工程》等文件均提出鼓励、发展热电联产，并出台了《关于发展热电联产的规定》及《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》等专项政策，对热电厂的规划建设具有重要的指导意义。在解读上述政策时，我们应该根据钢铁企业的实际情况，重点理解以下几方面内容。

（1）贯彻热电联产、以热定电的原则。热电联产规划必须按照“统一规划、分步实施、以热定电和适度规模”的原则。根据热负荷的大小，结合电网对电力的需求情况，确定供热机组的类型、规模和运行方式。

（2）钢铁企业副产大量富余低热值煤气，建设自备热电厂有不同于其他行业的特殊性。国家十大重点节能工程有关“余热余压利用工程”中，针对钢铁企业明确提出：“推广低热值煤气燃气轮机技术、纯烧高炉煤气锅炉发电装置及低热值高炉煤气发电－燃汽轮机装置。”

（3）企业二次能源等资源综合利用热电联产发电上网应大力鼓励。随着经济的发展，电力系统的改革在加速，对于上网会有更多的配套政策。上网电价和购电价差额应公正、合理，以利鼓励企业综合利用资源热电联产项目建设的积极性。

（4）上网电量是影响热电联产的关键问题之一。在《关于发展热电联产的规定》中，第九条为 “电力管理部门在制定热电厂电力调度曲线时，必须充分考虑供热负荷曲线变化和节能因素，不得以电量指标限制热电厂对外供热，更不得迫使热电厂减压减温供汽”；在《热电联产和煤矸石综合利用发电项目建设管理暂行规定》中，第二十四条为“热电联产机组在供热运行时，依据实时供热负荷曲线，按“以热定电”方式优先排序上网发电，在非供热运行时或超出供热负荷曲线所发电力电量，应按同类凝汽发电机组能耗水平确定其发电调度序位”。

7.发展建议

（1）燃气-蒸汽联合循环热电厂加速建设

高炉煤气综合利用一直是钢铁企业能源利用的难点，随着燃气轮机技术的进一步提高，燃用低热值煤气的燃气蒸汽联合循环发电技术已被公认为是充分利用钢铁联合企业副产煤气，提高二次能源利用效率的先进技术。

从1997年宝钢第一台150MW燃气蒸汽联合循环热电机组建成至今，国内多家钢铁企业已建成近二十台燃气蒸汽联合循环发电机组，取得了良好的经济效益。

燃气蒸汽联合循环发电机组在不外供热时热电转换效率达40%～45%，当采用热电联产，外供生产用蒸汽后热电转换效率可达58%左右，但国内目前仅宝钢1台150MW及武钢正在建设的2台150MW为燃气蒸汽联合循环热电机组，即在发电的同时外供蒸汽，实现了减排、发电、提供生产用蒸汽的一举三得，为纯粹意义上的热电联产，其余机组均仅用于发电，这大大降低了能源的热电转换效率。

在今后钢铁企业热电厂建设方案研究中，建议根据全厂热负荷需求，对有条件建设燃用低热值煤气的燃气蒸汽循环发电机组的企业，应采用热电联产技术，在从而替代热效率较低的锅炉，实现能源的最大化利用。

（2）建设方式多元化

目前，国内钢铁企业热电厂均为企业独立建设，而按照国家“以热定电”政策，也就是根据热负荷的大小来决定供热机组的容量，由于企业自身热负荷及燃料资源的限制，故一般热电机组容量不可能很大，这显然与国家鼓励发展大型高效热电机组的相关政策相悖。

随着我国经济建设的发展和电力改革力度的加大，由大型钢铁联合企业与电力部门共同出资建设大型热电机组将是一种可行的建设方式，这种“共同火电”的运行方式在日本钢铁业已得到了成功的应用，即由钢铁企业提供富余煤气，同时从热电厂购买电力及蒸汽负荷，从而达到钢铁企业与电力部门的利益双赢。

出现建设主体的多元化的局面，在一定程度上必然加大了运行管理的困难，因此怎样协调热电厂的建设主体与用户的关系，进行利益合理分配和风险共同分担；在实现热电厂经济效益的同时，保障钢铁企业热用户及电用户的实际利益，就显得非常重要。

8.结束语

以上七个方面对钢铁企业热电厂的规划和建设进行分析，力求从总体上把握在建设方案研究中遇到的问题。钢铁企业的建设是一个动态的过程，受市场、政策及国内外环境等多种因素的影响，决定了在热电规模的规划上必须有前瞻性，在投资和管理上要体现灵活性和科学性，在热电厂的设置和布置上要统筹各方面的因素，在热电厂的经济效益分析上要兼顾各方利益，将国家政策、企业利益、运营主体、热用户等密切联系为一个和谐联动的整体，推动钢铁工业及热电联产事业的发展。