热电联产型机组经济指标的探讨

热电联产型机组经济指标的探讨

王磊

深能热力（河源）有限公司广东河源517000

摘要：本文主要叙述了热电联产的优势，通过对热电分摊方法（热量法、实际焓降法、作功能力法等）的分析比较，为热电厂设计、运行中的主要指标值的确定提供一个科学、合理的计算方法。并进一步对改善热经济性提出建议。

关键词：热电厂；热电产；经济指标

热电联产是指发电厂既生产电能，又利用汽轮发电机作过功的蒸汽对用户供热的生产方式。以热电联产方式运行的火电厂称为热电厂。对外供热的蒸汽源是抽汽式汽轮机的调整抽汽或背压式汽轮机的排汽。热电联产集中供热具有明显地节约能源、改善环境、提高供热质量、增加电力供应等综合效益。热电厂的建设是治理大气污染和提高能源综合利用率的重要手段之一，通过对热电厂的热经济运行进行分析和研究与对不供热机组联合运行热负荷的分配，热力计算及经济指标的计算，根据计算比较热量法与（火用）方法在热力系统分析计算上的差别。

1.热电联产优势探讨

热电联产其所以符合国家产业政策而受到重视，主要从以下几个方面体现出来。

1）热电联产节能显著

热电联产是指由供热式汽轮机作过功的汽流来对外供热，供热部分无冷源损失，其热耗HR的表达式为：

（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。

从上式可以看出，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，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〔1〕。

热电联产还体现在由于热能供应方式的改变带来能量数量利用方面的好处。与分散供热的供热锅炉相比，由于热电厂的锅炉效率远高于供热锅炉，所以集中供热比分散供热的煤耗低得多，即

（2）

（3）

因为ηg＞ηf，所以bg＜bf

式中bg——集中供热的供热煤耗，kg／GJ；bf——分散供热的供热煤耗，kg/GJ；

ηg——集中供热锅炉效率，％；ηf——分散供热锅炉效率，％；

ηd——管道效率，％。

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38～43kg/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。

2）热电联产有利于环境条件的改善

随着社会进步和人民生活水平的提高，对环保的要求越来越高，用集中供热取代分散小锅炉的分散供热，正好适应这一需求。

工业锅炉和民用取暖炉是城市最大污染源。据统计，这些锅炉中的70%，效率只有40％～50％左右，煤耗高，且除尘设备差，因此造成的能源浪费和环境污染是可想而知的。热电联产，选用大容量锅炉，相对于工业锅炉而言，效率可提高30%左右，甚至更高，这样就可以节约大量燃料。环保部门曾测算过，节省1t标煤，可减少CO2排放44kg，SO2排放20kg，烟尘15kg，灰渣260kg。

同时，热电厂一般采用水膜除尘器或水膜除尘器与多管除尘器串置运行，除尘效率在95%以上，还可除去15%的SO2。采用电除尘器，除尘效率可达99%以上，并采用高烟囱排放，更改善了环境质量。此外，热电联产、集中供热节约了燃料，相应的灰渣、烟尘和污水都有所减少；加之粉煤灰综合利用率越来越高，这就很好地解决了地面污染的问题。

3）供热机组承担部分电网调峰任务

运行实践表明，热用户的用热高峰，一般也是用电高峰，因此也就自然调节了电负荷。近年来所建热电厂大多选用抽汽凝汽式机组，这类机组的特点是在承担热负荷调整的同时，也可以调节电负荷。例如一台12MW抽汽凝汽机，在抽汽量达到设计工况时，电负荷可达15MW，而夜间用热低谷时，其电负荷可降低到4～6MW稳定运行，可见调峰幅度是很大的。此外，抽汽凝汽机组在1h内即可启动并网，为电网调峰提供了一种灵活手段。

2、热电厂考核指标的讨论

我国在最近发布的《小火电机组建设管理暂行规定》中，以“供电标准煤耗应小于360g/kWh、热电比应大于50%”作为考核、界定热电厂的指标。

笔者认为根据我国的国情，提出用热电比大于50%和热电厂的总热效率为45%是比较切合实际的。

1）热电比

热电比，即热能产出比，可用下式表达：

（4）

式中X——热电比，％；Qn——机组对外供热量，t；

in——供热蒸汽焓，kJ/kg；W——机组发电量，kWh。

2）总热效率

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。

（5）

式中ηtp——热电厂总热效率，％；W——热电厂年发电量，kWh／a；

Qn——热电厂年对外供热量，t/h；Br——热电厂年耗燃料量，kg／a；

Qr——燃料应用基低位发热量，kJ/kg。

对抽汽凝汽式机组，因抽汽量是可调节的，可随外界热负荷的变化而变化，当抽汽量达到额定值时，排入凝汽器的流量较小，此时机组热效率较高，其热电比接近背压机；当外界无热负荷时，其热电比为零，相当于凝汽机组，此时机组热效率甚至比同容量的凝汽机组还差。

把热电厂总热效率确定为45%作为考核热电厂的指标，一是具有先进性，因为它高于超高参数、超临界参数的大型凝汽式发电厂的热效率；二是比较切合实际，一般情况下，热电厂能达到这一要求，例如，对CC12-35／10／5型双抽凝汽式汽轮机组，当额定电功率为12MW、对外供热17t/h时，总热效率就可达到45%；其他型式的机组，象CC25-90／10、C50-90／10型，在额定电功率的情况下，只要分别对外供热16t/h、26t/h，亦能达到上述指标。

3、改善热电厂热经济性的建议

1）根据热负荷正确选用供热机组

应根据热用户实际用热量，并确定一个较为科学合理的热化系数，以及热负荷变化规律来选用供热机组的机型。背压机的发电量全部是热化发电量，无冷源损失，节能效益显著，但只有热负荷可靠、稳定才能达到节能目的。否则，在小流量下运行，因空载流量较大，效率很低。另外，背压机是“以热定电”，发电量随热负荷的减少而减少，机组的利用率下降。所以只有热负荷稳定，以背压机带基本负荷，抽汽凝汽机带尖峰热负荷，经济效益才显示出来。抽汽凝汽式汽轮机只需调整抽汽量与凝汽量，就可保证稳定的发电量和满足对外供热量。故该型机已成为热电厂的主要机型。

2）尽可能提高机组的热化发电率

供热机组的热经济性还与蒸汽初参数及抽汽压力有关。提高蒸汽初参数或降低对外供汽压力，都可以提高热化发电率，若不包括回热抽汽的热化发电量，则热化发电率ω可用式（6）计算〔2〕：

式中ω——机组对外供热的热化发电率，kWh／GJ；ηm——机组机械效率，％；

ηe——电机效率，％；Eb——供热热用户返回凝结水焓，kJ／kg；

热化发电率ω，只与联产部分的热、电有关，是单位热化供热量的电能生产率。显然，热化发电率越高，热电联产的热经济性越好。从上式可知，提高新蒸汽初焓io或降低抽（排）汽焓in，亦即增加蒸汽在汽轮机中的有效焓降（io－in），就可提高ω。热化发电量避免了冷源损失，与同参数、同容量的机组相比，热效率高。例如，C25-90／10型机较之C12-50-10型机，仅由于初参数的提高，就使供电煤耗比后者低18g/kWh；C12-90/5型机较之C12-90-10型机，因抽汽压力低，其供电煤耗比后者低14g/kWh。

3）拓展对外供热渠道和采用供热新技术

我国热化事业发展的一个特色，就是热电联产在原有工业基础比较密集的大中城市比重较大。以往，热电厂的热用户主要是工业用热和少量的民用采暖用热，供热面比较窄，供热途径少。随着城市的发展和城乡人民生活水平的提高，冬暖夏凉成为人们普遍需求。如果利用热电厂的热源，实行热、电、冷三联供，以代替冬天用分散小煤炉或单位自备小锅炉供汽取暖和夏天用电力空调制冷，既节约能源又改善了环境污染，一举两得〔3〕。

4、结束语

鉴于热电联产具有明显的优势，符合国家能源政策和产业结构，国家是鼓励大力发展的。以热电比X≥50％和总热效率ηtp＝45%作为考核热电厂的指标，是切合实际、科学合理的。如果热电厂对外供热少，达不到上述指标，应限期整改，扩大供热途径，使其成为名符其实的热电厂。保持稳定的热负荷和较高的热化发电率，挖掘更大节能潜力，是热电厂要考虑的重要课题。

参考文献：

[1]王汝武主编.节能技术及工程实例.化学工业出版社，2006.

[2]洪钧.国产300MW机组的经济性计算分析．中国电力出版社：1995