燃机热电联产项目装机方案分析

郑 震

(无锡西区燃气热电有限公司，江苏 无锡 214152)

化工园区具有热负荷需求大、热负荷稳定、热用户分布集中等特点，但园区现有燃煤锅炉自动化程度低、供热稳定性差，不能对企业生产提供稳定的汽源；锅炉热效率低，原煤消耗大；大多数锅炉减排设施配套不够完善，对园区周围环境造成严重污染。

为此，通过建设燃机热电联产项目替代燃煤锅炉对园区进行集中供热,一方面可以为园区提供充足、稳定、优质的热源；另一方面可以实现能源梯级利用,提高能源利用效率,节约能源；同时,可以有效改善环境，促进园区基础设施建设，增强招商引资能力，具有非常高的经济效益、环境效益和社会效益。

本文以某化工园区燃机热电联产项目为例，分析了该园区热负荷分布，并根据“以热定电”的原则，确定了项目的装机方案。

1 热负荷分析

根据现场调研资料，该化工园区主要是以常年性工业生产热负荷为主，园区产业主要为精细化工、生物医药、装备制造、新能源新材料、食品加工、电子信息等。根据CJJ34—2010《城镇供热管网设计规范》，综合考虑园区行业类别，生产热负荷同时使用系数取0.8，热网损失系数为5%，折算至电厂出口参数系数为0.9。结合热负荷调研收资，经折算，汇总园区热负荷情况见表1。

表1 热负荷汇总表 t/h

2 装机方案

2.1 机组容量

从热电联产的角度看，热电厂必须按“以热定电”原则进行选型，在满足热电比和全厂热效率等国家要求的指标下，优先选用效率、热耗、气耗等经济指标较优的燃机供热机组。

1台F级(400 MW级)燃气—蒸汽联合循环机组的抽汽供热能力为210～260 t/h(各机型最大供汽能力有差别)，2台F级联合循环机组，最大供热能力为520 t/h，可满足园区最大供热量需求。考虑热负荷中以稳定的工业负荷为主，本项目采用2台F级燃气—蒸汽联合循环抽凝机组的装机方案，既能满足供热量需求，又能一定程度上保证可靠性，建成后可兼顾满足远期供热量需求。

目前，天然气发电用的重型F级燃气轮机厂商主要有4家，分别是西门子、上海电气、GE和三菱公司。其燃气轮机型号分别为西门子公司的SGT5-4000F、上海电气公司的AE94.3A、GE公司的PG9371FB、三菱公司的M701F4。各机组的技术参数如表2所示。由表2可知，4种燃机性能大致相近，均属于高参数、大容量先进性燃气轮机。

表2 F级燃气轮机主要技术参数

注：表中数据为机组在ISO工况下单循环时的参数。

2.2 机组配置

联合循环机组的轴系分为单轴和多轴2种配置形式。目前2种配置形式在F级燃机中均有运用。其中，单轴机组分别由1台燃气轮机、1台发电机以及1台蒸汽轮机单轴串联布置。单轴布置的机组可并列安装，有利于发电机出线、设备、蒸汽管道布置、施工和运行管理。对于汽轮机运行，没有高温高压蒸汽切换阀门，没有大型蒸汽母管，蒸汽系统运行简单，操作方便，适合调峰运行。热电联产项目按照“以热定电”方式运行，基本不参与调峰，采用单轴配置优势不明显；且对于热电机组，将同时承受电网和热网波动的影响，为保证安全可靠，不宜采用单轴配置方案。为此，本项目主要考虑“二拖一”多轴和“一拖一”双轴2种配置方案。

方案1：“二拖一”多轴配置机组主要由2台燃气轮机、2台余热锅炉和1台蒸汽轮机组成。该配置方案因采用较大容量的汽轮机，全厂效率较高；只有1台汽轮机供热，需增加大容量蒸汽母管，蒸汽系统变复杂且操作繁琐；同时2台余热锅炉并炉时间长，增加了汽水损耗，降低了供热经济性和稳定性；单台汽轮机供热，供热可靠性较差。因此，方案1不适用于热电联产项目。

方案2：“一拖一”双轴配置机组主要由2套“1台燃机、1台余热锅炉和1台汽轮机”系统组成。该配置方案系统相对独立，运行控制方便；由于每台汽轮机独立对外供热，供热可靠性较高；同时单台汽机容量较小，设备可国产化率较高。综合考虑项目投资、建设周期、供热可靠性、维修成本、国产化率等因素的影响，本工程装机方案及容量暂按2套F级“一拖一”双轴燃气—蒸汽联合循环热电联产机组考虑。

2.3 技术经济指标分析

经测算，本工程2套F级“一拖一”双轴燃气—蒸汽联合循环热电联产机组技术经济指标(全厂)如表3所示。

表3 主要技术经济指标(按SGT5-4000F计算)

注：供热蒸汽参数为1.3 MPa(a)、310 ℃；天然气状态按101.3 kPa、20 ℃计算。

由表3可知，全厂热效率年平均为68.87%，热电比年平均为44.82%，符合国家规定。

3 结束语

对于燃机热电联产项目，根据热负荷规模和特

点合理进行主机配置，对机组性能和项目的经济性具有较大意义。该化工园区采用的F级“一拖一”双轴燃气—蒸汽联合循环机组布置方案，不仅可以为园区提供安全、稳定、可靠的热源，还可以实现远高于常规燃煤机组和燃煤锅炉的能源转换和利用效率，同时通过清洁能源利用，可以大大减少大气污染物排放，对改善大气环境、提高城市环境质量具有十分重要的意义。

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