造纸企业自备电厂煤改气方案设计及比较

造纸企业自备电厂煤改气方案设计及比较

李晓峰

（广东理文造纸有限公司热电项目部，广东省东莞市523160）

摘要：造纸企业自备电厂的热电比相当高，同时，造纸企业的规模对热电联产自备电厂煤改气方案的设计也有相当大的影响。基于以上两个主要影响因素，本文介绍了五种典型的自备电厂煤改气设计方案，并比较了它们的优劣。

关键词：造纸企业、煤改气、热电比、自备热电联产电厂、方案设计、比较

0引言

为贯彻落实党的十九大报告提出的“持续实施大气污染防治行动，打赢蓝天保卫战”的要求，广东省东莞市制定了东莞市蓝天保卫战行动方案。该行动方案提出了推动自备电厂煤改气工作，即将企业的自备电厂由燃煤改为燃气，用天然气这一清洁能源取代高污染的煤燃料。东莞市近二十家燃煤自备电厂，大部分属于造纸企业，本文针对造纸企业的特点，介绍了五种典型的煤改气方案，并进行了比较分析。

1造纸企业燃煤自备电厂基本情况

东莞市造纸企业现有燃煤自备电厂以使用循环流化床煤锅炉为主生产高压蒸汽，驱动抽汽凝结式或抽汽背压式汽轮发电机组发电和抽汽、背压排汽供热，以热产联产的方式运行。绝大部分自备电厂未与电厂联网，孤网运行，电力和蒸汽自产自用，只有个别企业的部分机组向电网卖电。因造纸工艺蒸汽用量大，包装纸生产企业自备电厂的热电比一般高达百分之二百多，燃煤自备电厂的热效率一般为百分之六十多，热电联产的电成本比市电低、蒸汽成本也比热电分产的低压燃煤锅炉产生的蒸汽低，因此，造纸企业的自备电厂对企业的赢利贡献较多。造纸企业也对当地社会经济的发展作出了贡献，企业自身得到了发展壮大，但同时对大气环境造成了一定的压力。为给子孙后代一个良好的、可持续发展的环境，东莞市造纸企业积极响应政府号召，迅速推进煤改气工作。

2造纸企业煤改气的五种典型方案

东莞市十六家造纸企业自备电厂煤改气方案主要有以下五种：

方案一：电、热均外购。购买电网的电力和购买集中供热企业提供的蒸汽，关停企业的自备电厂。

方案二：以热定电，余电上网。造纸企业的用热量比较大，东莞以包装纸为主的造纸企业的热电比一般高达240%左右；燃气-蒸汽联合循环采用低压余热锅炉直供蒸汽不带汽轮发电机组时的最大热电比也仅为150%多，在不使用燃气锅炉补充供热的情况下，满足热需求时发电量会大于造纸企业的自身需求，将富余的电力卖给电网。

方案三：以电定热，外购欠热。燃气轮机发电，余热锅炉供热，在满足电需求的情况下，不足的热外购，余热锅炉不补燃且不使用高、低压燃气锅炉。

方案四：燃气-蒸汽联合循环，电热自平衡。燃气轮机带高压余热锅炉，配高压燃气锅炉和蒸汽轮机，满足企业自身的电、热需求；这种方式一般为年产量在百万吨以上的造纸企业所采用，多选用50MW以上级的燃气轮机。

方案五：燃机发电，低压余热锅炉供热，电热自平衡。燃气轮机配补燃的低压余热锅炉，不配汽轮发电机组，满足企业自身的电、热需求。这种方式一般为年产量在百万吨以下的造纸企业所采用，多选用50MW级以下的燃气轮机。

方案二至五的系统简图分别见图1和图2。为方便电热的平衡调整，图1中高、低压蒸汽管网间会配备减温减压器作热备用。为了运行的安全，图1和图2中实际会采用2台或以上的燃气轮机，以防燃机检修或燃机跳闸时全厂失电。

方案二可采用图1（此时不配高压燃气锅炉）或图2的设计方案来实现。图1是燃气轮机带高压余热锅炉（同时产生少量低压蒸汽以降低排烟温度、提高余热锅炉的效率），余热锅炉的高压蒸汽驱动汽轮发电机组发电的同时，抽汽或背压排汽供热，这种设计在保证同样供热量的情况下，相比图2，燃机单机容量大，投资大，发电量大，如果企业认为余电上网利润可观时，会优先考虑此设计。图2是燃气轮机带补燃低压余热锅炉直接供热，与图1比在提供同样供热量的情况下，燃机单机容量小，投资少，发电量较小，余电上网量也稍小。

3比较分析

3.1市电价格

根据广东省发展改革委关于降低广东省一般工商业电价有关事项的通知（粤发改价格[2019]191号）规定，自2019年7月1日起，东莞市对35-110kV的大工业用户执行的电价价目表，加权平均峰、平、谷段电价，基本电价及各项政府性基金及附加后的市电价格为66.1分/度。

造纸企业可通过竞价平台同发电企业签订购电协议，目前签订的用电协议价格比市电可低5分/千瓦时左右，即61分/千瓦时。

3.2蒸汽外购价格及自产成本

东莞市目前热产联产集中供热的供汽协议价目前大部分暂定为200元/吨左右，约67.8元/吉焦（假定低压蒸汽的焓值为2.95吉焦/吨）。因热用户距离集中供热企业的距离较远，一般不考虑蒸汽凝结水返回到供热企业。

按每吨低压蒸汽2950兆焦的热值、低压燃气锅炉效率93%、锅炉给水焓260兆焦/吨（造纸车间蒸汽凝结水返回到自备电厂）、天然气低位热值33.67兆焦/立方米计，造纸企业每吨低压蒸汽耗用天然气量为：

(2950–260)/93%/33.67=85.9（m3）

以天然气含税价格2.6元/m3计，低压燃气锅炉产低压蒸汽的天然气成本为：

2.6x85.9=223.3元/吨

3.3五种方案的能源成本比较

以生产用电、用汽量分别为100MW、300t/h，年产量120万吨左右的较大型包装纸生产企业为例（燃气蒸汽联合循环自备电厂厂用率按2.5%计），假定该企业每年生产340天，每天生产24小时，低位热值为33.67MJ/m3的天然气价格为2.6元/m3，购电价格为0.61元/度，售电价格为0.665元/度，外购低压蒸汽的价格为200元/吨，企业选用设计方案一至设计方案五所需要的年能源成本见表1。

方案三、方案四、方案五很接近。外购蒸汽价格对方案三的总成本有一定的影响，投资时应同方案五一样，在低压余热锅炉中设置备用补燃装置，当市场蒸汽价格较高购汽不划算时，采用补燃，即将方案三转变为方案五来应对这一风险。方案四成本比方案三、方案五略低，但配备一台燃机对稳定生产不太有利，使用燃机、背压汽轮机、减温减压器来平衡电热需求有一定的难度，如果造纸企业配备有纸渣污泥焚烧炉、抽凝式汽轮机组，可重点考虑这一方案，同时选用能效高的背压式机组进一步降低天然气消耗。对造纸企业的燃气蒸汽联合循环自备电厂，应尽量不采用抽凝式汽轮发电机组，以避免冷凝损失。

上述五种方案的年成本受电价、蒸汽价格和天然气价格影响较大，总成本的高低会因上述价格的变化而变化。而市场蒸汽价格与天然气价格基本联动，电价也受天然气价格的影响，但不如蒸汽价格影响那么大，因此，上述三种因素中，对总成本影响最大的是天然气的价格。

4结论

造纸企业煤改气五种典型设计方案有各自的特点，企业可根据自身的资金情况、场地情况、未来的发展战略，以及市场的购售电价格、外购汽成本，加上对未来市电、天然气价格的走势判断作出自己的选择。选择方案时，需要考虑灵活性，以便市场发生变化时能够经济和迅捷地进行调整。

参考文献：

[1]曹宏寅，电力体制改革与电网科学发展，《电力科技》，2016年第12期

[2]张超，陈功，补燃型余热锅炉原理及常见事故分析，《燃气轮机发电技术》，2010年10月，第12卷，第3/4期

[3]杨薇，李迎春，燃气联合循环余热锅炉补燃系统设计实践，《余热锅炉》，2013.3

作者简介：

李晓峰，男，1969年8月生，博士，主要研究方向为自备电厂设计、建设与节能改造。