集中供熱熱源備用方式的選擇

馮陽陽 吳暢 牟航宇 沈一新，2

1 福建華電永安發電有限公司 福建 三明 366000

2 華電電力科學研究院有限公司 浙江 杭州 310000

集中供熱是由熱源、管網、熱用戶組成的供熱系統，根據熱源不同，主要分為熱電聯產供熱與區域鍋爐房供熱。近年來，隨著城鎮化的快速發展以及供熱清潔化的要求，熱電聯產供熱已基本替代區域鍋爐房供熱，并且集中供熱規模逐年擴增。對于部分城市，熱電聯產集中供熱系統僅接入單一熱源，存在著熱源停機引發的民生事故的風險。供熱企業尤其是采暖供熱企業，擔負著保證供熱安全和供熱質量的重要職責和使命，事關廣大人民群眾的切身利益和社會穩定，有必要通過建設備用熱源的方式，提高供熱可靠性，夯實供熱安全基礎，避免供熱安全事故。

目前，供熱可靠性已經引起了部分學者、專家的關注，并從備用熱源的角度開展了分析與研究?？祷鄣萚1]對熱電廠集中供熱系統熱源備用系數開展了分析，根據采暖室外計算溫度劃分了3檔，并分別考慮了不同背用系數；王建興等[2]從安全方面、經濟方面、環保方面對電熱鍋爐、燃油鍋爐、燃氣鍋爐進行了比較分析；朱向東等[3]論述了調峰熱源在多熱源供熱系統的作用；李友建[4]對從投資、環保、運營成本對新建燃油鍋爐、燃氣鍋爐、電鍋爐供熱開展比較分析。

為了解不同備用熱源的特點，本文從建設成本、運行成本等方面對已建成的電蓄熱鍋爐、燃煤鍋爐、燃氣鍋爐、燃油鍋爐、啟動鍋爐等開展分析。

1 不同熱源備用方式的工程概況

1.1 電蓄熱鍋爐

某公司裝機2×300MW供熱機組，在電廠二期場地內新建260MW的固體電蓄熱鍋爐。在220kV母線上接引建設一臺220kV/66kV降壓變為電蓄熱裝置供電，安裝4組電蓄熱裝置，容量分別為80MW、60MW、60MW、60MW。低壓負荷從廠用電系統引接。電蓄熱爐系統采用集中控制方式，在機組集中控制室的供熱系統操作員站進行監控。蓄熱系統接引在廠區內城市熱網供水主管道上，實現熱網回水經熱泵系統一次加熱后進入熱網加熱器二次加熱，再經電鍋爐系統3次加熱，供給熱用戶（見表1）。

表1 電蓄熱鍋爐設備參數

該項目靜態投資為28506萬元，單位容量造價為1096元/kW。

該項目運行成本主要為電量消耗，按照合同協議，電價為0.25元/kW·h，折算到熱量上為69.4元/GJ。

1.2 燃煤鍋爐

某電廠裝機2×300MW供熱機組，為保證供熱的安全可靠，避免在停運最大一臺機組時對供熱產生過大影響，在廠內新建1×116MW循環流化床熱水爐（見表2）。

表2 燃煤鍋爐參數

鍋爐燃煤采用鐵路敞車運輸，利用電廠現有卸煤系統卸煤并輸送至現有2×300MW供熱機組煤場，再從現有煤場運輸到本項目地下煤斗入口處。鍋爐增加水量較小，電廠現有取水、處理、供水系統具備向其供水能力，不需新增取排水設施，僅從原系統接引即可，水源落實、可靠。鍋爐灰渣擬全部綜合利用。

該項目靜態投資8912萬元，單位容量造價約為768元/kW。

該項目運行成本主要為燃煤消耗，按照標煤單價700元/t計算，折算到熱量上為28元/GJ。

1.3 燃油鍋爐

某電廠裝機2×330MW機組，電廠平均供汽量130～150t/h，冬季最高達190t/h左右。單機運行期間，因各種不可控因素導致的機組停運造成供熱中斷的概率較大。為了提高工業供熱可靠性，減少單機運行發生意外時的損失，電廠建設一臺80t/h燃油鍋爐作為供熱備用爐。備用爐由啟動到達到額定參數僅需1h，一旦2臺機組同時停運可減少巨額損失。

備用鍋爐參數為額定蒸發量80t/h、供熱壓力1.6MPa，溫度260℃。該備用鍋爐為自然循環燃油散裝鍋爐，N型布置、單爐膛、全鋼構架，爐膛和通道四周為全膜式水冷壁，通道內布置高、低過熱器，中間設面式減溫器，通道出口布置對流受熱面，尾部設二級省煤器（見表3）。

表3 80t/h燃油鍋爐設計參數

燃油鍋爐建設總投資約1290萬元，單位容量造價約為203元/kW。

按照柴油價格7408.8元/t計算，每噸蒸汽折算價格為455元，約152元/GJ。

1.4 燃氣鍋爐

某電廠已投運2×115MW燃氣蒸汽聯合循環機組，采用“一拖一”多軸建設方式。目前對外工業用汽用戶6家，蒸汽平均使用量為55t/h，供熱蒸汽參數為1.0MPa，250℃，用戶用汽量較為穩定。

電廠原有一臺20t/h燃氣鍋爐，為進一步提高供熱可靠性，新增一臺30t/h燃氣鍋爐，2臺鍋爐聯合布置在同一個聯合燃氣鍋爐房內。30t/h燃氣鍋爐供熱壓力為1.4MPa，溫度為250℃，采用SZS型燃氣啟動鍋爐，鍋爐形式為雙鍋筒縱置式D型結構，并采用了密封性能可靠、爐膛承壓能力高的全膜式水冷壁結構方式（見表4）。

表4 20t/h燃氣鍋爐設計參數

1.5 啟動鍋爐

某公司9F級聯合循環機組設計單機額定供熱量145t/h，單機最大供熱量為230t/h，公司已建成熱網近6km。為滿足電廠在沒有啟動汽源和供熱汽源的情況下所必需的應急用汽，提高供熱可靠性，電廠設一臺燃氣快裝蒸汽鍋爐，額定蒸發量為50t/h，額定蒸汽壓力為1.2MPa，額定蒸汽溫度為300℃（見表5）。

表5 50t/h啟動鍋爐設計參數

由于原啟動鍋爐燃燒器采用傳統燃燒方式，屬于黃火焰燃燒設計，不是低氮設計，氮氧化物（NOX）排放范圍在150mg/m3左右，NOX排放指標大大高于50mg/m3標準要求。為滿足NOX排放標準要求，必須進行50t/h啟動鍋爐降低NOX排放改造，采用低氮設計的燃燒器和燃燒系統才能滿足對標要求。

啟動鍋爐低氮燃燒改造投入約150萬元。

按照燃氣價格2.5元/m3計算，熱量價格約75元/GJ。

2 不同熱源方式備用對比分析

2.1 建設必要性方面

供熱企業擔負著保證供熱安全和供熱質量的重要職責和使命，事關廣大人民群眾的切身利益和社會穩定。提高供熱可靠性，夯實供熱安全，是各供熱企業切實需解決的問題。對于采暖供熱企業，一般需保持70%供熱安全裕量；對于工業供熱企業，一般都需滿足“一用一備”的供熱要求。

但為了進一步提高工業供熱可靠性，減少單機運行發生意外時的損失，部分供熱規模大的企業新建備用熱源或對廠內啟動鍋爐進行改造。采暖供熱企業為了達到70%供熱安全裕量的要求，或者增加供熱調峰靈活性進行備用熱源建設。

2.2 造價方面

各種備用熱源單位容量造價對比見表6。由于電蓄熱鍋爐具備蓄熱的功能，因此造價最高，若去除蓄熱模塊，單位容量造價約為600元/kW。燃煤鍋爐由于涉及到輸煤、環保等輔助設施，造價相對較高。其次為燃氣鍋爐、燃油鍋爐。

表6 不同類型鍋爐造價比較

對于大部分電廠，由于環保排放指標的升級，燃氣式啟動鍋爐一般不具備長期供熱的條件，需進行燃燒器改造，需投入150～200萬元。

2.3 成本方面

各種備用鍋爐，由于燃料的不同，供熱成本也不相同，分析結果見表7。

表7 不同類型鍋爐成本比較

各種供熱鍋爐供熱成本與燃料價格線性相關，按照表格所述燃料價格，燃油鍋爐供熱成本最高，電蓄熱鍋爐、天然氣鍋爐供熱成本相近，燃煤鍋爐供熱成本最低，能節約大量的標煤，產生巨大的環境效益。

3 結束語

備用熱源能夠有效提高系統的供熱可靠性，夯實供熱安全，具有充分的建設必要性。燃煤鍋爐的供熱成本最低，適合于煤炭資源豐富的地區，但其存在的碳排放壓力，應大力推薦采用超低排放燃煤鍋爐；燃油鍋爐雖然造價不高，但運行成本過高，且我國燃油資源相對匱乏，因此，僅在其他熱源備用方式均無法配用的情況下推薦應用。與燃油鍋爐相比，燃氣鍋爐的推廣性更高。電蓄熱鍋爐具有清潔性高的特點，同時運行成本適中，但其建設需要充分考慮建設成本。

實際工程建設還應結合當地的能源結構、用能情況以及政策導向，同時考慮項目建造及運行成本，才能制定出合理備用熱源建設方案。