李志剛,任 君,吳 斌,江 蛟
(1. 中國(guó)電力工程有限公司,北京 100048;
2. 大唐南京電廠,南京 210011;3. 江蘇省電力設(shè)計(jì)院,南京 211102)
淺談對(duì)建設(shè)綠色燃煤電站的理解
李志剛1,任 君1,吳 斌2,江 蛟2
(1. 中國(guó)電力工程有限公司,北京 100048;
2. 大唐南京電廠,南京 210011;3. 江蘇省電力設(shè)計(jì)院,南京 211102)
本文以600MW級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組為例,給出對(duì)建設(shè)綠色電站的理解,詳細(xì)介紹建設(shè)綠色火電廠的基本設(shè)想和具體優(yōu)化措施,并對(duì)綠色電廠的節(jié)能、環(huán)保等指標(biāo)進(jìn)行分析,供業(yè)內(nèi)參考。
綠色電站;節(jié)能減排;循環(huán)經(jīng)濟(jì);可持續(xù)發(fā)展.
近年來(lái),為了滿足我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要,以燃煤火力發(fā)電為主的電力裝機(jī)容量迅速增長(zhǎng)。隨著國(guó)家對(duì)火電節(jié)能減排要求的提高,新的火電環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)即將出臺(tái),火電廠污染物排放總量受生態(tài)環(huán)境和政策的制約日益突出。同時(shí),由于電力裝機(jī)快速增長(zhǎng),發(fā)電設(shè)備利用小時(shí)呈總體下降趨勢(shì),發(fā)電企業(yè)經(jīng)營(yíng)形勢(shì)嚴(yán)峻。環(huán)保和經(jīng)營(yíng)兩個(gè)方面的壓力,對(duì)火電建設(shè)提出了更新、更高的要求。在這種形勢(shì)下,建設(shè)綠色火電廠被提上了議事日程。
對(duì)什么是綠色電廠,目前業(yè)內(nèi)并無(wú)明確的界定,也沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可依。本文主要針對(duì)600MW級(jí)超超臨界燃煤機(jī)組,淺談對(duì)綠色電站的理解,詳細(xì)介紹建設(shè)綠色火電廠的基本設(shè)想和具體措施,并對(duì)綠色電廠的節(jié)能、環(huán)保等指標(biāo)進(jìn)行分析研究,供業(yè)內(nèi)參考。
優(yōu)美的環(huán)境可以愉悅身心,提高工作效率。電廠作為工業(yè)生產(chǎn)部門(mén),客觀存在噪音大、粉塵大、高溫等惡劣的生產(chǎn)環(huán)境,因此創(chuàng)建優(yōu)美和諧的電廠環(huán)境尤顯重要。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段就應(yīng)著手電廠整體優(yōu)美環(huán)境的創(chuàng)建,在布局上做到整齊美觀、功能區(qū)分合理,體現(xiàn)以人為本;在綜合整治上,通過(guò)設(shè)置防塵墻、隔音墻、綠化帶等措施將煤場(chǎng)揚(yáng)塵、冷卻塔噪音等的不利影響降至最低。創(chuàng)造和諧環(huán)境,關(guān)心員工健康和安全,體現(xiàn)以人為本,是綠色電廠的自身要求。
綠色電廠應(yīng)積極貫徹新公布的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》征求意見(jiàn)稿的精神,SOx排放濃度控制在200mg/Nm3,NOx排放濃度控制在200mg/Nm3,煙塵排放濃度控制在30mg/Nm3。國(guó)內(nèi)目前對(duì)脫碳、脫汞暫無(wú)要求,但作為綠色電站,應(yīng)密切關(guān)注脫碳、脫汞工藝的發(fā)展應(yīng)用情況,做到條件成熟時(shí)及時(shí)跟進(jìn)。
綠色電廠要實(shí)現(xiàn)上述排放指標(biāo),必須提高傳統(tǒng)的脫硫、脫硝效率,同時(shí)還要關(guān)注新技術(shù)、新工藝的發(fā)展情況。在技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)合理時(shí),及時(shí)采用。目前值得重點(diǎn)關(guān)注的是活性焦干法脫硫技術(shù)。該工藝具有脫硫效率高(超過(guò)95%)、占地小、不消耗水、無(wú)二次污染、活性焦可再生利用等優(yōu)點(diǎn),在節(jié)水和環(huán)保性能方面表現(xiàn)優(yōu)越。
降低煙氣含塵量可增加電氣除塵器電場(chǎng)數(shù)或采用布袋除塵器、電—布除塵器。濕式靜電除塵器可將煙氣含塵量進(jìn)一步降低至5mg/Nm3以下。日本碧南電廠#4、5機(jī)組在煙氣脫硫裝置后增加了濕式靜電除塵器,幾乎實(shí)現(xiàn)零排放。
綠色電廠降低噪聲污染主要通過(guò)噪聲與振動(dòng)綜合治理工程來(lái)實(shí)現(xiàn),其主要目標(biāo)是使廠界噪聲達(dá)標(biāo),同時(shí)考慮廠內(nèi)噪聲治理,以改善廠內(nèi)生產(chǎn)環(huán)境。
煙氣脫碳也稱碳捕集(簡(jiǎn)稱CCS)是指對(duì)煙氣中二氧化碳進(jìn)行捕獲,用各種方法儲(chǔ)存以避免其排放到大氣中的一種技術(shù)。
碳捕獲本身非常耗能,并且要在現(xiàn)有的裝置上增加設(shè)備而增加投資。發(fā)電廠實(shí)施脫碳項(xiàng)目,發(fā)電成本將會(huì)提高,發(fā)電效率將會(huì)降低,減排二氧化碳需要付出很大代價(jià)。因此綠色電廠要大規(guī)模投用煙氣脫碳,需要進(jìn)一步降低脫碳工藝的投資和運(yùn)行費(fèi)用,并且在政策上給予扶持。
由于煤的大量燃用,全世界僅燃煤電廠每年排放的汞就達(dá)到1470t。2005年三月美國(guó)環(huán)保署頒布了汞排放控制標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)成為世界上首個(gè)針對(duì)燃煤電站汞排放實(shí)施限制標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家。汞控制技術(shù)一般分為燃燒前脫汞,燃燒中脫汞及燃燒后脫汞。燃燒后脫汞是汞控制技術(shù)的主要方式。盡管目前有多種方法可用于燃煤汞排放控制,但還沒(méi)有任何一種技術(shù)完全成熟并得到廣泛應(yīng)用。
實(shí)現(xiàn)廢水“零排放”主要途徑有:
⑴應(yīng)用先進(jìn)的生產(chǎn)工藝盡可能直接減少各類廢水發(fā)生量;
⑵開(kāi)辟?gòu)U水直接利用和處理后再利用的有效途徑,實(shí)現(xiàn)水的水質(zhì)梯級(jí)利用;
⑶安全可靠、經(jīng)濟(jì)有效地解決最終高含鹽量廢水,是實(shí)現(xiàn)“零排放”的關(guān)鍵。
目前,美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家在處理高含鹽量廢水方面處于技術(shù)領(lǐng)先地位。為達(dá)到廢水“零排放”要求,開(kāi)發(fā)出熱蒸發(fā)器蒸發(fā)處理和煙道氣熱蒸發(fā)處理技術(shù),前者將高含鹽廢水蒸發(fā),蒸發(fā)出的水分全部回收利用,形成的鹽類結(jié)晶填埋處理。后者就是讓脫硫廢水在空預(yù)器和電除塵器間的煙道中完全蒸發(fā),所形成的固態(tài)物與飛灰一起收集處置。
節(jié)約資源消耗是從源頭上進(jìn)行控制,減輕電廠建設(shè)和運(yùn)行對(duì)環(huán)境的負(fù)擔(dān),對(duì)保護(hù)環(huán)境意義重大。另一方面,節(jié)約資源消耗也是綠色電廠提高經(jīng)濟(jì)效益、保證持續(xù)發(fā)展的必然要求。因此說(shuō)節(jié)約資源是實(shí)現(xiàn)綠色電廠的前提和保證。
600MW級(jí)超超臨界機(jī)組可通過(guò)表1所列優(yōu)化措施降低機(jī)組熱耗。

表1 600MW級(jí)超超臨界機(jī)組降低熱耗措施
通過(guò)采取合理的優(yōu)化措施,600MW超超臨界的機(jī)組熱耗可降到7280左右。
600MW級(jí)超超臨界機(jī)組可通過(guò)表2所列優(yōu)化措施降低廠用電率:

表2 降低廠用電率措施
采用上述優(yōu)化措施后,600MW級(jí)超超臨界綠色電廠的廠用電率(含脫硫、脫硝)可控制在4%以內(nèi)。
通過(guò)對(duì)機(jī)組熱耗和廠用電的優(yōu)化、控制,現(xiàn)階段600MW級(jí)超超臨界綠色電廠的發(fā)電煤耗可控制在267.3g/kW.h,供電煤耗可控制在278.4g/kW.h。
節(jié)水的主要途徑一是一水多用,重復(fù)利用,循環(huán)使用;二是加強(qiáng)水務(wù)管理,防止跑冒滴漏。通過(guò)采取切實(shí)有效的措施,開(kāi)展一水多用、廢水回用等節(jié)約用水工程設(shè)施研究,節(jié)約用水和保護(hù)環(huán)境,600MW級(jí)直流供水機(jī)組的用水指標(biāo)可控制在0.10m3/s.GW;循環(huán)供水機(jī)組的用水指標(biāo)控制在0.6m3/s.GW。
根據(jù)廠區(qū)用地的地形、地貌特點(diǎn),優(yōu)化電廠總平布置,做到土地利用充分,減少新征土地,并減少土石方量;優(yōu)化主要工藝系統(tǒng),合理壓縮各車間占地面積,最大限度地壓縮廠區(qū)占地面積;采用聯(lián)合布置、合并布置手法,壓縮單體建筑面積;減少?gòu)S區(qū)建構(gòu)筑物單體數(shù)量,避免布置分散和零亂;嚴(yán)格控制道路、廣場(chǎng)占地面積,地下管線將性質(zhì)相同或相近的管線相鄰布置,以節(jié)省占地。
目前華能巢湖電廠新建2×600MW機(jī)組工程占地23公頃,南京熱電廠2×600MW上大壓小工程占地13公頃,在控制占地方面都很成功,值得建設(shè)綠色電廠借鑒。
通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)和計(jì)算,合理確定安全預(yù)量,避免人為放大安全裕度而造成材料浪費(fèi);通過(guò)模塊化設(shè)計(jì),優(yōu)化工藝系統(tǒng)的布置;適當(dāng)壓縮布置空間,節(jié)省土建和工藝系統(tǒng)的材料量;根據(jù)工藝流程,合理布置設(shè)備和管道,使管道布置短捷,節(jié)省管道材料;全廠汽水管道按介質(zhì)的溫度、壓力等參數(shù)選用適當(dāng)材質(zhì)和管徑;取消集中控制樓,熱控、電氣設(shè)備實(shí)行高度物理分散,節(jié)省主廠房控制電纜工程量;在混凝土構(gòu)件中盡量采用預(yù)制件及多用模板,以減少木材的消耗量等。
控制造價(jià)是建設(shè)綠色電廠的必然要求。通過(guò)對(duì)工程造價(jià)合理有效的控制,一方面意味著減少了建設(shè)資源消耗,減輕了建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響;另一方面可以有效地節(jié)約投資成本,為進(jìn)一步提高污染治理水平贏得了經(jīng)濟(jì)空間。
通過(guò)多專業(yè)設(shè)計(jì)優(yōu)化,形成全廠的綜合最佳方案,是在宏觀上對(duì)工程造價(jià)進(jìn)行控制,并將對(duì)最終的工程造價(jià)起決定性作用。因此控制工程造價(jià),必須強(qiáng)調(diào)對(duì)綠色電廠整體設(shè)計(jì)方案的理解和把握。
大力推進(jìn)精細(xì)化設(shè)計(jì)和限額設(shè)計(jì),把對(duì)工程造價(jià)的控制落到實(shí)處,是控制造價(jià)的有效手段。上文節(jié)約原材料的一些措施,同時(shí)也是控制工程造價(jià)的具體體現(xiàn)。
此外在工程施工、調(diào)試、試運(yùn)行期間也要進(jìn)行全程的費(fèi)用控制管理。
控制造價(jià)不等于一味的壓縮投資,而應(yīng)該是該省的錢則省,該花的錢則花。同樣,以人為本也不是過(guò)分的追求寬敞、舒適,而不計(jì)代價(jià)。建設(shè)綠色電廠要協(xié)調(diào)好控制造價(jià)與以人為本的關(guān)系,做到兩者兼顧。
為保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和資源最大限度的利用,一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)提出建立“循環(huán)型社會(huì)”的21世紀(jì)重大發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。綠色電廠為了實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展,必須積極實(shí)踐循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
廠內(nèi)除灰系統(tǒng)應(yīng)按照“灰渣分除、干濕分排、粗細(xì)分儲(chǔ)“的設(shè)計(jì)原則,積極為灰渣綜合利用創(chuàng)造條件。
目前影響脫硫石膏綜合利用的是如何提高脫硫石膏的品質(zhì)。德國(guó)的工藝是利用高效率的離心機(jī)對(duì)石膏進(jìn)行洗滌脫水,得到純度較高且殘余濕含量小于8%的脫硫石膏,并在120℃~160℃采用氣流煅燒,使干燥、煅燒、粉碎一體化,從而制備高質(zhì)量建筑石膏粉,用來(lái)生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的紙面石膏板及石膏塊,以最終解決污染,實(shí)現(xiàn)變廢為寶。該工藝值得綠色電廠借鑒。
鍋爐排煙溫度一般在120℃~130℃左右。對(duì)排煙余熱的利用,可設(shè)置煙氣換熱器來(lái)回收熱量,生產(chǎn)熱水或蒸汽對(duì)外供熱;也可加熱電廠凝結(jié)水,將熱量返回回?zé)嵯到y(tǒng),提高電廠熱效率。經(jīng)過(guò)測(cè)算,排煙廢熱回收至回?zé)嵯到y(tǒng),可使電廠供電煤耗降低約1.3g/kWh。
循環(huán)冷卻水的排水溫度高于環(huán)境水溫8℃~10℃,屬于低品位熱能,直接利用范圍狹窄。隨著科技的發(fā)展,熱泵、熱管技術(shù)將在電廠循環(huán)冷卻水余熱利用中發(fā)揮作用,值得關(guān)注。
在條件具備、技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行的前提下,可在循環(huán)水排水工程中加設(shè)小型水輪發(fā)電機(jī),充分利用其水頭及流量進(jìn)行排水尾能發(fā)電。貴州盤(pán)南響水火力發(fā)電廠、綏中電廠等均采用了循環(huán)水排水尾能發(fā)電技術(shù),效果較好。
數(shù)字化電站是在建設(shè)數(shù)字化工程的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電站的數(shù)字化運(yùn)營(yíng),在全壽命周期內(nèi)支持電廠經(jīng)營(yíng)管理,給電廠帶來(lái)廣泛、長(zhǎng)遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
數(shù)字化工程,是工程的虛擬和預(yù)演,是數(shù)字化運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)支撐,是數(shù)字化電站的有機(jī)組成部分。通過(guò)數(shù)字化工程階段的工作,高起點(diǎn)統(tǒng)一規(guī)劃建設(shè)SIS、MIS、DCS等信息系統(tǒng),消除信息孤島,使數(shù)字化運(yùn)營(yíng)體系在整個(gè)電站全面、順利應(yīng)用,高效運(yùn)作,實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電站現(xiàn)代化的運(yùn)營(yíng)和管理。
數(shù)字化電站對(duì)打造環(huán)境友好、資源節(jié)約、智能環(huán)保的綠色電廠,對(duì)提升電廠管理水平將起到非常重要的支撐作用??梢哉f(shuō),沒(méi)有電站的數(shù)字化,就沒(méi)有管理的現(xiàn)代化、自動(dòng)化,就不能全面完成建設(shè)和運(yùn)營(yíng)綠色電站的任務(wù)。
綠色電廠具有高投資、高效率、低污染、社會(huì)效益好等特點(diǎn),是未來(lái)電站建設(shè)發(fā)展的方向。但是綠色電廠不可能作為一個(gè)“綠色孤島”而長(zhǎng)期存在,它需要全社會(huì)營(yíng)造一個(gè)綠色的環(huán)境。穩(wěn)定的煤源、綠色調(diào)度、政策導(dǎo)向等都是綠色電廠耐以生存的基礎(chǔ)。
目前國(guó)內(nèi)電廠實(shí)際來(lái)煤往往很雜,煤質(zhì)偏差較大,機(jī)組效率達(dá)不到設(shè)計(jì)值。為了適應(yīng)煤質(zhì)波動(dòng)大的特點(diǎn),主機(jī)和輔機(jī)的設(shè)計(jì)或選型裕量很大,進(jìn)一步增加了投資、降低了機(jī)組的效率。另外煤質(zhì)變化大,也使得環(huán)保設(shè)施運(yùn)行不穩(wěn)定,要么影響排放指標(biāo),要么引起投資和運(yùn)行成本增加。如何保證穩(wěn)定、可靠的燃煤供應(yīng),將是綠色電廠的建設(shè)者和管理者需要面對(duì)并解決的問(wèn)題。
實(shí)現(xiàn)綠色調(diào)度,是綠色電廠生存的又一重要條件。電網(wǎng)調(diào)度部門(mén)出于自身利益的考慮,往往過(guò)分強(qiáng)調(diào)電網(wǎng)的安全性,而忽略機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度。離開(kāi)了經(jīng)濟(jì)調(diào)度,電廠大部分時(shí)間偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行,不能發(fā)揮高效節(jié)能的優(yōu)勢(shì)。在電力廠網(wǎng)分開(kāi)之后,這個(gè)問(wèn)題猶顯特出,有賴于全社會(huì)達(dá)成共識(shí),并形成保證機(jī)制。綠色電廠的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)離不開(kāi)有力的政策引導(dǎo)和支持。比如限制溫室氣體減排將越來(lái)越嚴(yán)格,將來(lái)的電廠可能要考慮脫碳。碳捕獲本身非常耗能,且要增加設(shè)備,增加投資。發(fā)電廠上這樣的項(xiàng)目,發(fā)電成本將提高,發(fā)電效率將會(huì)降低,減排二氧化碳需要付出很大代價(jià)。這就要求有關(guān)部門(mén)在電費(fèi)、稅收等方面對(duì)電廠給予大力支持,否則電廠將無(wú)法維持下去。
綠色電廠應(yīng)該是一個(gè)動(dòng)態(tài)的概念。隨著科技進(jìn)步和時(shí)代的發(fā)展,而不斷賦予新的內(nèi)容和更高的要求。這就要求對(duì)綠色電廠的規(guī)劃建設(shè)既要立足長(zhǎng)遠(yuǎn),順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的潮流;又要實(shí)事求是,不一味貪大求全,脫離科技發(fā)展現(xiàn)狀和經(jīng)濟(jì)承受能力。
如就實(shí)現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)而言,現(xiàn)階段應(yīng)增加投入,致力于進(jìn)一步降低SOx、NOx、煙塵、廢水等的排放,使之能滿足更加嚴(yán)格的排放指標(biāo)的要求。而對(duì)于煙氣脫碳、脫汞等比較前沿的技術(shù),應(yīng)認(rèn)真調(diào)研分析現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展情況及產(chǎn)業(yè)規(guī)模,結(jié)合國(guó)家環(huán)保的規(guī)劃發(fā)展要求,確定是否要裕留條件或分階段實(shí)施。
因此,建設(shè)綠色電站絕不能簡(jiǎn)單地理解為是高新技術(shù)的堆砌、資金的堆砌,而應(yīng)該作為一個(gè)綜合的系統(tǒng)工程來(lái)把握。要實(shí)現(xiàn)近期與遠(yuǎn)期的平衡、投資與回報(bào)的平衡、企業(yè)效益與社會(huì)效益的平衡,做到企業(yè)與社會(huì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。唯有如此,綠色電廠才能實(shí)現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展。
能否貫徹可持續(xù)發(fā)展理論,建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)關(guān)系到人類的生死存亡和子孫萬(wàn)代的福祉。綠色火電廠是先進(jìn)管理、高效節(jié)能、資源節(jié)約、環(huán)保和諧、盈利創(chuàng)效、可持續(xù)發(fā)展的電廠。建設(shè)綠色火電廠是電力生產(chǎn)部門(mén)貫徹可持續(xù)發(fā)展理論的具體實(shí)踐。
本文撰寫(xiě)過(guò)程中得到了國(guó)電集團(tuán)工程建設(shè)部、華能巢湖發(fā)電廠、外高橋第三發(fā)電廠等單位的大力支持,在此表示衷心感謝。
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Roughly Talk about Understanding of Construction of Green Coal- fi red Power Plant
LI Zhi-gang1, REN Jun1, WU Bin2, JIANG Jiao2
(1. China National Electric Engineering Co.,Ltd., Beijing 100048, China;
2. Datang Nanjing Power Plant, Nanjing 210011, China;
3. Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)
Based on coal- fi red ultra-supercritical unit of 600MW, this paper give the understanding of construction of green power plant, introduce in detail the basic plan and concrete optimization measures of construction, and analyze indices of energy saving and environment protection, for reference.
green power plant; energy saving and waste reduction; circular economy; sustainable development.
TM621
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1671-9913(2011)02-0034-05
2011-02-12
李志剛(1972- ),男,吉林大學(xué)雙學(xué)士,碩士,高級(jí)工程師。