大型浆纸厂不同热电联产方式供汽供电的成本分析比较

罗遵福 张永志 黄 辉

（中国中轻国际工程有限公司，北京，100026）

能源资源是人类生存和发展的重要物质基础，是我国国民经济工作的一项约束性指标。近年来，随着我国工业化、城镇化的进程，能源消费在支撑发展的同时，也带来生态环境的问题，如何调整和优化能源消费结构，已成为现阶段亟待解决的难题。

近年，国家和各地严格控制燃煤指标，各省市都制定了削减计划。煤炭消耗减少主要是通过使用电力、天然气、煤质天然气、太阳能、生物质能等清洁能源实现[1]。对于新上项目，实行严格的审批或者否决制度，新增煤耗项目实施减量替代。如海南省发布产业准入禁止目录，明确指出禁止新建火力发电中的燃煤发电；城区范围内，全面淘汰35 蒸t/h 及以下燃煤小锅炉（2020年）[2]。根据《河南省2018年大气污染防治攻坚战实施方案》（豫政办〔2018〕14 号文件）要求，2020 年年底前，基本淘汰省辖市规划区内35 蒸t/h 及以下燃煤锅炉。按照《山东省人民政府办公厅关于严格控制煤炭消费总量推进清洁高效利用的指导意见》（鲁政办字〔2019〕117 号）要求，7 个传输通道城市35蒸t/h以下燃煤锅炉要于2019年年底前基本淘汰。2018年，东莞全市区域被划定为高污染燃料禁燃区，禁止燃烧煤炭、重油等高污染燃料，将分步关停燃煤发电机组。

造纸行业是轻工行业中的重工业，是典型的用热用电大户。随着国内造纸行业不断淘汰落后产能，制浆造纸企业全国布局，向大型化发展，生产规模已逐步与国际接轨。百万吨级浆厂和200 万t 以上纸厂已有数家，其蒸汽用量通常达到400～700 t/h，且需要多种压力等级；用电装机可达到100～200 MW。其自备电站的规模也在同步发展，已逐步发展到50、100 MW 等级。随着企业规模的扩大，能源的综合利用也在同步发展，应优化项目的装机方案，提高能源的利用效率[3]。

对于大型化学木浆厂，配套碱回收锅炉，并配置固废资源综合利用锅炉，通过热电联产，即可满足浆厂用汽用电的需求。对于大型纸厂，常规配置燃煤循环流化床锅炉，通过热电联产，满足用汽及部分用电需求（不足电量由外网供应）。本文对燃煤锅炉热电联产、燃气锅炉热电联产、燃气-蒸汽联合循环热电联产3种热电联产供热供电方式进行了分析比较。

1 热电联产方式简介

1.1 燃煤锅炉热电联产

燃煤锅炉热电联产是由燃煤锅炉、汽轮机（抽凝式或者抽背式）、发电机共同组成的发电系统。燃煤经破碎系统、输送系统送至锅炉，在锅炉里燃烧，产生高温高压的主蒸汽，送入汽轮机做功，抽汽或者背压排汽供工艺使用，在满足供热的同时，发出电能。

现有制浆造纸厂，燃煤锅炉热电联产占比最高。常规配置90～350 t/h 循环流化床锅炉，锅炉产生的主蒸汽进入汽轮机做功后，抽取满足工艺使用的蒸汽，同时发出电能。燃煤锅炉热电联产，具有如下优势：燃料煤炭价格便宜；煤炭供给可靠；工艺生产较为成熟、普遍。但其缺点也明显：煤炭燃烧后产生SO2、SO3、NOx、粉尘等污染物，需要配套烟气处理设施；厂用电较高；用水量较多。还需要配套储煤、输煤设施，占地面积大。

1.2 燃气锅炉热电联产

燃气锅炉热电联产是由燃气锅炉、汽轮机（抽凝式或者抽背式）、发电机共同组成的发电系统。天然气在锅炉里燃烧，产生高温高压的主蒸汽，送入汽轮机做功，抽取或者背压排汽供工艺使用，在满足供热的同时，发出电能。

天然气作为一种清洁燃料，近年得到迅速发展，有便于输送、易调节、现场无需固定容器储存等特点。燃气锅炉占地面积小，燃烧后烟气污染物浓度低。但是我国燃气资源分布不均，在不同区域受气源限制较大，运行成本较高。

1.3 燃气-蒸汽联合循环热电联产

燃气轮机联合循环发电机组是由燃气轮机、发电机与余热锅炉、蒸汽轮机（凝汽式）或供热式蒸汽轮机（抽汽式或背压式）共同组成的循环系统。它是将燃气轮机作功后排出的高温乏烟气通过余热锅炉回收转换为蒸汽，送入蒸汽轮机发电，或者将部分发电作功后的乏汽用于供热。

燃气-蒸汽联合循环热电厂，采用天然气等相对清洁的能源，污染物排放浓度低，还具有热效率高、建设周期短、占地和用水量少、自动化程度高、调整灵活等优点。

燃气轮机于20 世纪50 年代开始逐渐用于发电。20 世纪60 年代，欧美将燃气轮机作为备用电源和调峰机组使用；20 世纪80 年代，燃气轮机不仅作为备用电源，还携带基本负荷和中间负荷。目前燃气轮机及其联合循环发电机组是世界电力工业的一种重要组成部分。

我国从20 世纪60 年代初开始引进燃气轮机，改革开放后，引进了一批燃油燃气轮机。20 世纪80 年代，南京汽轮机厂与GE 公司合作生产燃气轮机机组。2000年，国家从世界上几大燃气轮机制造上引进较为先进的“F”级机组。哈尔滨电气引进GE 技术，东方电气引进三菱技术，上海电气引进西门子技术。单台燃机出力可达250 MW 级，联合循环出力达到400 MW 级。目前，最新型的“G”或者“H”级燃机，单循环出力为300 MW等级。

2 成本分析方法与参数的建立[4]

成本和费用的估算，应遵循国家现行《企业会计准则》和《企业会计制度》规定的成本和费用核算方法，同时应遵循有关税法的规定。根据国家发改委和建设部发布的《建设项目经济评价方法与参数》中有关总成本费用测算方法的规定，本文中不同方式热电联产的成本，将采用生产要素法进行测算。

2.1 外购原材料、燃料及动力费

3 种热电联产方式，外购原材料均包括化学水药品、锅炉加药等，燃料动力均需消耗清水。主要不同之处是燃料品种。对于燃煤锅炉（按循环流化床锅炉炉型），还需考虑外购石灰石粉及氨水、破碎筛分及灰渣系统的动力消耗、燃料储运。原材料单价均按到厂价格（含税）计算。

2.2 工资及福利费

根据3 种不同热电联产所需要的人员计算工资及福利费，人均工资福利为80000元/年。

2.3 折旧与摊销

固定资产折旧采用直线法平均计算各类固定资产折旧，残值率为5%；折旧率如下：房屋建筑物20年，折旧率4.75%；机器设备14 年，折旧率6.79%；递延资产按5 年摊销；由于征地费用各地区差异较大，本文未考虑征地费，摊销费用不包括征地费的分摊。

2.4 其他费用

其他费用包括除工资总额、折旧费、摊销费外的制造费用、管理费用等，按行业平均水平估计。本测算不考虑资金来源，所以未计算财务费用。

2.5 总成本费用估算

总成本费用估算按照生产要素估算法进行计算。总成本费用=外购原材料费、燃料动力费+工资及福利费+折旧费+摊销费+修理费+其他费用。

2.6 热/电成本分摊比的计算

为了合理分摊热/电产品成本，根据《热电联产项目可行性研究技术规定》，本着热电共享原则，以热量法计算为基础进行热/电成本分摊。发电可变分摊比=发电用标煤量/发电供热用标煤量。

3 工程案例分析比较

3.1 工程案例概述

以某大型浆纸厂的汽电负荷进行分析。该厂一期生产年产80 万t 化学浆，配套碱回收、浆板机及55 万t 文化用纸，二期工程建设年产60 万t 化机浆、50万t特种纸、90万t白卡纸、15万t生活用纸。一期工程配套碱回收锅炉，配置1台固废资源综合利用锅炉，通过热电联产，满足一期工程汽电需求。二期工程，以大型纸机为主，用汽用电负荷为：1.4 MPa 中压蒸汽，64 t/h；0.7 MPa 低压蒸汽，147 t/h；总用电负荷为156275 kW。

3.2 燃煤锅炉热电联产计算方法与参数

根据热负荷和电负荷核算，配置3台280 t/h循环流化床锅炉和2台80 MW 抽凝机。根据主机配置，建立成本分析方法。投资按照工程费用4000～5500元/kW，每500 元/kWh 取1 个点，标煤价格按照700～1000元/t，每100元/t取1个点，分别进行计算。

3.3 燃气锅炉热电联产计算方法与参数

根据热负荷和电负荷核算，配置3台280 t/h燃气锅炉和2台80 MW 抽凝机。根据主机配置，建立成本分析方法。投资按照工程费用4000～5500 元/kW，每500 元/kWh 取1 个点，天然气价格按照2～3.5 元/m³，每0.5元/m3取1个点，分别进行计算。

3.4 燃气-蒸汽联合循环计算方法与参数

根据热负荷和电负荷核算，配置3 台6B.03 燃气蒸汽联合循环机组。根据主机配置，建立成本分析方法。投资按照工程费用4000～5500 元/kW，每500元/kWh 取1 个点，天然气价格按照2～3.5 元/m³，每0.5元/m3取1个点，分别进行计算。

3.5 计算结果分析

根据3 种热电联产计算方法的计算结果，绘制供电成本曲线和供热成本曲线如图1和图2所示。

图1 3种热电联产供电成本曲线Fig.1 Power supply cost curves of three cogeneration modes

图2 3种热电联产供热成本曲线Fig.2 Heating supply cost curves of three cogeneration modes

由图1 和图2 可知，燃煤热电联产的供热和供电成本最低，其次是燃气-蒸汽联合循环，燃气锅炉热电联产成本最高。

对计算结果进行公式拟合，得出供电成本和供热成本的拟合公式，如表1和表2所示。

表1 供电成本拟合公式Table 1 Table of power supply cost fitting formula

表2 供热成本拟合公式Table 2 Table of heating supply cost fitting formula

结合工程案例的情况，燃煤热电联产单位工程费用为4500元/kW，燃气锅炉热电联产单位工程费用为4000 元/kW，燃气-蒸汽联合循环单位工程费用为5500 元/kW，得出3 种热电联产在不同燃料价格的条件下的热电成本分别如图3和图4所示。由图3和图4可知，从总体上看，燃煤热电联产的供热和供电成本最低，其次是燃气-蒸汽联合循环，燃气锅炉热电联产成本最高。由图3 曲线可知，当标煤价格为940元/t时，其供电成本与天然气价格为2 元/m³时的供电成本相同，如图3 中A 点所示。当标煤价格为1000元/t时，其供电成本与天然气价格为2.15元/m³的供电成本相同，如图3 中B 点所示。对于标煤价格低于940 元/t 及天然气价格高于2 元/m³的区域，燃煤热电联产的供电价格较低。对于标煤价格高于940 元/t、低于1000 元/t 及天然气价格高于2 元/m³、低于2.15元/m³的区域，燃煤热电联产的供电与燃气-蒸汽联合循环的供电价格相当。

图3 某工程3种热电联产供电成本曲线Fig.3 Power supply cost curves of three cogeneration modes of a project

图4 某工程3种热电联产供热成本曲线Fig.4 Heating supply cost curves of three cogeneration modes of a project

4 结论与建议

为满足大型浆纸厂供汽和供电的需求，配置热电联产热电站满足工艺的需求。本文主要介绍燃煤锅炉热电联产、燃气锅炉热电联产、燃气-蒸汽联合循环热电联产3种热电联产方式。建立成本计算方法，对不同单位工程费用、不同燃料价格下的供电供热成本进行建模计算。通过3种热电联产方式建模计算结果可看出，燃煤锅炉热电联产的成本最低，其次是燃气-蒸汽联合循环热电联产，燃气锅炉热电联产的成本最高。

本测算得出计算结果曲线并进行分析，同时对计算结果进行了曲线拟合，相关项目可根据当地燃料价格，结合工程项目的工程费用情况，进行模拟核算，得出不同燃料价格对供热、供电成本的曲线，供不同燃料价格地区作热电联产方式选型参考。

由于各地征地费用差异较大，燃气轮机联合循环电厂用地面积大大少于燃煤热电联产电厂。决策时，还需考虑征地费用这个因素。

各项目可根据工程费用、燃料价格，参考3 种热电联产成本曲线，核算项目的经济性和可行性，综合考虑各种因素，进行热电联产方式的决策。