提高能源效率須打破“以汽定電”模式
大唐克旗煤制天然氣項目是國家發(fā)改委核準的第一個煤制氣示范項目，建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)40億立方米天然氣。圖為項目全景圖。 （本報記者 陳丹江 攝）
“我們在開展煤制天然氣、煤制烯烴等新型煤化工項目的建設(shè)過程中，遇到的一個突出問題，就是公用動力島的配置問題。受觀念的局限和政策的限制，我們目前配置的動力島說小不小、說大不大，能源轉(zhuǎn)化率不高，經(jīng)濟性也不好。”大唐能源化工有限責任公司總經(jīng)理、大唐克旗煤制天然氣公司董事長張明在接受記者采訪時，明確表達了自己的觀點：建設(shè)大型煤化工示范項目必須樹立“化工廠也是動力廠”的理念，要打破傳統(tǒng)項目中化工和動力的分割，配套大型動力島可以實施能量優(yōu)化和集成，提高整體能源轉(zhuǎn)化效率。
記者了解到，張明曾長期在電力行業(yè)工作，如今又在煤化工領(lǐng)域摸爬滾打了近四年時間，兩方面的理論積累與實踐探索，使他對大型煤化工項目該怎樣科學配置動力島有著自己的切身感受和獨特見解。新型煤化工項目為何需要配套大型動力島？記者就這一話題與他進行了深入交流。
革新思路，“以汽定電”要改變
張明介紹說：受傳統(tǒng)思維影響，“十一五”期間及以前，我國的煤化工項目熱電方案是按照化工行業(yè)傳統(tǒng)的配套熱電方案建設(shè)的，即按照“以汽定電”的原則配置煤化工動力站方案，以保證化工裝置運行的可靠性為前提，配套中小型鍋爐和抽凝式發(fā)電機組。這種熱點方案雖然靈活性較好，但等級較低，影響了裝置總體能源轉(zhuǎn)化效率的提高。
以大唐克旗40億立方米/年煤制天然氣項目為例，全廠加熱蒸汽負荷為3694噸/時，動力蒸汽負荷為855噸/時，全廠用電負荷328.4兆瓦，工藝副產(chǎn)蒸汽2125噸/時，熱電車間配套7臺470噸/時，9.81兆帕、540度高溫高壓鍋爐+2臺100兆瓦抽凝汽輪發(fā)電機組+3臺3兆瓦抽背式汽輪發(fā)電機。該項目熱電機組按照“以汽定電”原則設(shè)計建設(shè)，雖然理論上可以滿足化工項目用電需求，但受發(fā)電效率等問題影響，熱電機組僅能滿足項目一、二期工程用電需求，受單機規(guī)模小、鍋爐數(shù)量多、凝汽量大、副產(chǎn)蒸汽利用率低等不利因素制約，實際上，機組無法滿足項目三期工程的用電需求。該項目公用工程能耗約占總耗能29%，這在一定程度上影響了項目的能源轉(zhuǎn)換效率。大唐克旗煤制天然氣項目中期評估結(jié)果表明，項目總體能效為53.23%，項目總體效能不高。而如果該項目要上“大二期”，即將40億立方米/年規(guī)模擴至80億立方米/年規(guī)模，則還需要重復(fù)再建動力島。
同理，神華包頭建設(shè)的60萬噸/年煤制烯烴示范項目，也是由于動力島配置不合理，公用工程能耗占總能耗的28%，全廠能源轉(zhuǎn)化率約為35.2%。神華108萬噸直接法煤制油項目，全廠能源轉(zhuǎn)化效率為45.87%。
而其它的煤化工項目，例如煤制合成氨、煤制甲醇、煤制乙二醇等項目，目前大多按照傳統(tǒng)的中小型鍋爐、熱電聯(lián)產(chǎn)的方式建設(shè)，從能源轉(zhuǎn)化的效率角度看，配套熱電裝置未能優(yōu)化，也影響了項目總體能源效率的提高。
由此可見，我國“十一五”期間開建的幾個大型煤化工示范項目，受“以汽定電”思維制約，由于動力島配置過小，能源轉(zhuǎn)化效率普遍不高，影響了項目的經(jīng)濟性。
發(fā)電裝置技術(shù)、機電技術(shù)的發(fā)展，國家對節(jié)能減排的約束性指標要求以及電力行業(yè)體制機制的改革，這一切都為煤炭深加工項目公用動力島的配置提供了技術(shù)和機制優(yōu)化的條件。
目前，我國的燃煤超超臨界的供電效率已達45%，超臨界的供電效率達到42%，E級燃機組成的IGCC供電效率達到41%，F(xiàn)級燃機組成的IGCC的供電效率達到47%。隨著發(fā)電行業(yè)的工質(zhì)參數(shù)提高、單機容量增大，機組能效逐步提高，由先進的發(fā)電機組構(gòu)成的熱電聯(lián)產(chǎn)機組熱效率可達85%，大型異步、同步發(fā)動機的效率達到98.5%。而電力行業(yè)的技術(shù)進步也為打破“以汽定電”的傳統(tǒng)思維提供了新的選擇。
一些傳統(tǒng)煤化工項目規(guī)模較小，配套動力系統(tǒng)也較小。為增加企業(yè)自身發(fā)電量，降低生產(chǎn)成本，山東紅日阿康公司動力分廠針對設(shè)備真空度低的特點，通過加強凝汽器的清洗等措施，增強汽輪機的換熱效率。圖為公司維修人員正在檢修汽輪機。 （劉海青 攝）
適度超前，大型高效成主流
張明認為，既然傳統(tǒng)的“以汽定電”方案導(dǎo)致熱電效率低，從提高能效、降低污染物排放角度看，建設(shè)大型高效的發(fā)電機組是未來動力島建設(shè)的趨勢，但這需要國家出臺相關(guān)的配套政策。在建設(shè)煤化工項目時，允許有條件的企業(yè)上大機組，這既保證了煤化工項目的發(fā)展需要，同時還滿足了國家經(jīng)濟發(fā)展對電力增長的客觀需求，可謂是一舉兩得。
煤制油、煤制烯烴、煤制天然氣等新型煤炭深加工項目，與傳統(tǒng)的煤制合成氨、煤制甲醇等中小型煤化工項目相比，其能源轉(zhuǎn)化、消耗量均發(fā)生了巨大的變化。例如，傳統(tǒng)的30萬~50萬噸/年合成氯項目，年轉(zhuǎn)化原料、燃料煤量約為50萬~100萬噸，全廠的電、熱動力負荷約60兆~100兆瓦，副產(chǎn)蒸氣量不大，容易在系統(tǒng)內(nèi)平衡，熱動系統(tǒng)的設(shè)置考慮以可靠安全為前提，設(shè)置較為靈活的中小型機組，以供熱為主，回收高品位能源發(fā)電。大型煤炭深加工轉(zhuǎn)化煤量在500噸~2000噸/年，全廠電、熱動力負荷在300兆~600兆瓦，副產(chǎn)蒸汽量在千噸/時以上，還有大量的中低品位熱源，具備設(shè)置大型機組，實施大型煤化電熱一體化項目的條件。
據(jù)記者了解，中海油、河北建設(shè)集團等三家聯(lián)合在鄂爾多斯建設(shè)的120億立方米/年煤制天然氣項目，動力島方案即考慮采用2臺350兆瓦機組規(guī)模。
但目前的問題是，大型煤化工項目動力島建設(shè)往往會遭遇審批難。不少業(yè)內(nèi)人士建議，國家應(yīng)出臺關(guān)于煤炭深加工項目配套公用動力島申報、審批的管理規(guī)定，理順關(guān)系，明確管理程序。不論是采用一體化或獨立的建設(shè)模式，建議配套的熱電項目裝置最好與化工裝置作為一個整體項目上報、審批，以優(yōu)化整體方案，簡化審批手續(xù)，減少企業(yè)負擔。而這也有利于提高煤炭深加工產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)化效率，達到社會效益、經(jīng)濟效益協(xié)調(diào)發(fā)展的目的。
煤炭深加工項目配套的公用能源站應(yīng)向大容量、高參數(shù)的方向發(fā)展。為滿足可靠性，機組建設(shè)臺數(shù)應(yīng)在2臺及以上，電力的供應(yīng)應(yīng)充分考慮電網(wǎng)的備用能力。用電規(guī)模較小的項目宜配套抽凝、抽背機組；150兆瓦及以上宜配套建設(shè)E級IGCC聯(lián)電聯(lián)產(chǎn)機組；400兆瓦及以上容量的電力需求宜配套建設(shè)大型超臨界機組熱電聯(lián)產(chǎn)機組；也可建設(shè)F級IGCC熱電聯(lián)產(chǎn)機組。
對于單個建設(shè)的大型煤化工項目，動力島宜大不宜小。具體來說，對于80億立方米/年的煤制天然氣項目，建議配套建設(shè)2臺350MW的超臨界燃煤機組，提供高溫高壓，中溫中壓等級的蒸汽，并將化工過程副產(chǎn)的低品位蒸汽用于補充水系統(tǒng)的加熱。對于60萬噸/年的煤制烯烴項目，建議配套建設(shè)2臺E級IGCC，裝置驅(qū)動采用電力和汽動的組合。對于120萬噸/年煤制烯烴項目，建議配套建設(shè)2臺350MW的超臨界燃煤機組。
對于大型綜合園區(qū)項目用電負荷高，作為多個項目的公用動力島，用戶對供電、供汽的可靠性要求更高，建議建設(shè)相配套的超臨界機組，對接入和總降統(tǒng)一考慮，蒸汽用戶合理布局，統(tǒng)籌供汽、供氣、輸電。
圖為神華包頭煤制烯烴熱電中心熱電動力裝置全景。 （本報記者 呼躍軍 攝）
雙管齊下，化工電力協(xié)同發(fā)展
張明認為，目前國家對煤化工配套的發(fā)電項目，富余電量在上網(wǎng)許可、上網(wǎng)電價等方面還存在限制性政策，讓煤化工項目在考慮動力島配置時左右為難。動力島建小了，除影響項目效能外，還對未來項目可能的擴建形成制約；裝置建大了，富余電量上網(wǎng)難、電價低，同樣影響項目的經(jīng)濟性。
以大唐克旗煤制天然氣項目為例。該項目40億立方米天然氣分三期滾動建設(shè)，每期工程均為13.3億立方米。由于動力裝置須先于化工項目建成投運，富余電量的“出路”就成了問題。克旗煤制氣項目中由于管線原因，一期項目建成后一直未能投產(chǎn)，而發(fā)電裝置又需營運，按照現(xiàn)行政策，自備電廠富余電量上網(wǎng)電價僅為0.25元/千瓦時，為發(fā)電企業(yè)上網(wǎng)電價的50%~70%；而如果項目全部投產(chǎn)后，當自備電廠的電量不夠需要購電時，其購電價為0.47元/千瓦時。這就是說，購電價要高于賣電價近一倍，如此以來，這些“不大不小”的動力島對大型煤化工企業(yè)的經(jīng)濟效益影響很大。
張明建議，國家應(yīng)順應(yīng)現(xiàn)代煤化工的發(fā)展趨勢，從節(jié)能減排的角度出發(fā)，出臺新的支持性政策措施，鼓勵煤化工一體化的建設(shè)模式，提高能源利用效率。大型煤炭深加工升級示范項目應(yīng)真正作為一個煤、化、電、熱一體化能源轉(zhuǎn)化項目，按照化工、供熱、供電規(guī)模化、一體化的方式配置，在將煤轉(zhuǎn)化為能源（化工）產(chǎn)品的同時，也可兼具公共電源點的功能。從設(shè)備制造、運行穩(wěn)定、提高能效的角度來看，大型煤炭深加工項目配套建設(shè)公共電源點，既可發(fā)揮作為公共電廠的功能，又可滿足大型煤化工園區(qū)的公用工程需求，可有效地提高整體能源轉(zhuǎn)化效率。園區(qū)化的建設(shè)模式，可以統(tǒng)籌考慮煤炭運輸、儲存的等設(shè)施建設(shè)，有利于降低物流成本，也便于與電網(wǎng)運營結(jié)合，合理安排電力高度和減低用電成本。
煤、化、電、熱一體化項目的發(fā)電機組，既承擔了原有煤炭加工企業(yè)的自備電站角色，又承擔了區(qū)域電廠的功能。國家應(yīng)對此類電廠應(yīng)給與系統(tǒng)接入的同等待遇，同電同價；并兼顧煤炭加工企業(yè)的用汽、用電需求，給予合理調(diào)度。
同時，國家應(yīng)優(yōu)先考慮低價階煤的利用。從政策上鼓勵大型煤炭深加工項目優(yōu)先考慮低階煤的利用，提高其開發(fā)利用效率。應(yīng)按照不同質(zhì)量煤炭的等級進行分類要求，對不同質(zhì)量的煤炭深加工利用制定出相應(yīng)的、差別化的能源轉(zhuǎn)化效率要求。
圖為山西焦化電氣公司大檢修一角。（李彥 攝）
