火電項目前期工作中低碳技術的策劃應用

溫志華,郭志健

（1.華能瑞金電廠,江西 贛州 341108;2.華能江西分公司,江西 南昌 330029）

當前,以低能耗、低污染、低排放為基礎的低碳經濟已上升為國策,而能源行業的低碳技術應用是發展低碳經濟的關鍵,我國以煤為主的能源結構中火電機組的低碳技術應用則是重中之重。因此,火電項目前期工作中低碳技術的應用策劃尤為重要。本文針對火電項目的前期工作（包括項目初步可行性研究、可行性研究、初步設計、主機及主要輔機招標、落實開工條件等）過程中低碳技術的策劃應用進行了分析與探討。

1 初步可行性研究階段低碳技術的策劃應用

火電項目初步可行性研究包括論證建廠的必要性與可行性,初步落實電力系統、燃料供應等建廠外部條件,擇優推薦可能建廠的廠址與規模,提出開展可行性研究的廠址方案等工作[1],本階段中低碳技術的策劃應用應側重于以下幾方面。

a.論證發電廠規劃容量、分期建設規模及機組選型時,應選擇先進的潔凈煤發電技術,包括超（超）臨界發電技術、循環流化床燃燒（CFBC）技術、整體煤氣化聯合（IGCC）技術,但CFBC、IGCC仍處示范階段,所以技術成熟的高效率、高參數、低煤耗、大容量的超臨界（SC）機組或超超臨界（USC）技術是目前最現實、最有效、最經濟的低碳火電技術。超臨界、超超臨界火電機組具有無可比擬的經濟性和顯著的節能及改善環境的效果,即便是適用于小電網、低負荷地區的350 MW國產超臨界燃煤發電機組技術也已成熟。

b.論證發電廠總體規劃時,應嚴格執行國家環保政策,同步建設煙氣脫硫設施及排放物在線連續監測裝置。明確排渣及除灰方式、灰渣排放量、灰場位置、儲灰年限;明確脫硫、脫硝擬采用的工藝方式,脫硫劑、脫硝還原劑的來源、運輸、制備及儲存,初步落實粉煤灰、灰渣和脫硫（硝）副產品的綜合利用。

2 可行性研究階段低碳技術的策劃應用

火電項目可行性研究是在初步可行性研究的基礎上進一步落實各項建廠條件,對各廠址進行全面的技術經濟比較,提出推薦廠址和建設規模,對主機技術條件、主機輔機選型、新設備、新工藝、新技術和建廠方案提出原則性意見[2]。

2.1 落實建廠條件

建廠條件包括了廠址、水源、燃料、運輸、除灰及灰場、環境保護、接入系統等,在落實水源、除灰和脫硫脫銷設施時,應綜合考慮低碳技術的策劃應用。

a.高度重視節約用水,積極采用新技術、新工藝,降低用水量。在北方缺水地區,禁止取用地下水,嚴格控制使用地表水,鼓勵利用城市污水處理廠的中水或其他廢水,原則上應建設大型空冷機組,采用節水的干法、半干法煙氣脫硫工藝技術,機組耗水指標要控制在0.18m3/（s?GW）以下;鼓勵沿海缺水地區利用火電廠余熱進行海水淡化[3]。建議采用二次循環供水系統、干除灰系統,有效減少新鮮水用量、除灰系統的耗水量,從而減少全廠補給水量。

b.大型機組采用何種除灰除渣系統取決于煤的品質、灰渣的特性、電廠的布置要求、當地的具體情況、整個電廠的配置水平等因素,主要有干法除灰除渣和濕法除灰除渣,其中干法除灰除渣更有利于提高灰渣的綜合利用率。

c.煙氣脫硫設施。從2007年起燃煤機組必須按照環保規定同步建設脫硫設施,建成后脫硫設施必須正常運行。煙氣脫硫工藝應根據工程具體情況進行選擇,常見工藝有石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝、旋轉噴霧干燥煙氣脫硫工藝、爐內噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝、煙氣循環流化床脫硫工藝、海水脫硫工藝、電子束法脫硫工藝、氨水洗滌法脫硫工藝等,其中石灰石-石膏濕法脫硫工藝采用價廉易得的石灰石或石灰作脫硫吸收劑,是目前世界上技術最成熟、應用最多的脫硫工藝,石灰石-石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產物為二水石膏,可用作生產建材產品和水泥緩沖劑等。

d.煙氣脫硝裝置。煙氣脫硝裝置與電廠主體工程同步建設,應根據工程具體情況（包括設計煤種煤質情況）選擇煙氣脫硝工藝,煙氣脫硝工藝有選擇性催化還原法（SCR）、選擇性非催化還原法（SNCR）和混合法SNCR/SCR,其中SCR工藝是國際上應用最廣泛的一種電廠煙氣脫硝技術,具有脫硝效率高、結構簡單、運行可靠、脫銷無副產物、不會造成二次污染的特點。脫硝還原劑的主要原料有液氨、氨水和尿素,應對還原劑的品種、來源、消耗數量、主要成分、質量等進行調研比選,必要時應進行技術經濟比較。

2.2 主機和主要輔機選型

三大主機（鍋爐、汽輪機、發電機）和主要輔機的選型是機組節能減排的關鍵,其選擇應遵循高效、經濟和機組投產后經濟性最佳的原則。

a.鍋爐選型主要考慮燃燒和汽水循環。整體布置形式的選擇應根據燃煤條件、投資費用、運行可靠性等方面,進行全面技術經濟比較分析,決定選用П型還是塔式布置,若燃用高灰分煤,從減輕受熱面磨損方面考慮,宜采用塔式布置。煤粉鍋爐燃燒方式主要有直流燃燒器四角切圓燃燒和旋流燃燒器前后墻對沖燃燒,前者具有煤種適應性更強的特點,后者具有沿爐膛寬度的煙溫及速度分布較均勻,過熱器與再熱器的煙溫及汽溫偏差相對較小的特點。此外,考慮鍋爐選用等離子點火,可大大減少啟動過程的耗油量;鍋爐采用低氮燃燒技術,可減少NOx排放量。

b.汽輪機選型主要考慮出力和可靠性,主要從提高蒸汽參數、增加給水回熱級數、增加低壓缸末級通流面積、提高排汽背壓、低壓缸采用分流技術等方面進行研究;此外還考慮材料的合理選用以降低葉片損失和降低投資。

汽輪機旁路系統選型應考慮機組在電網中承擔的任務、運行方式、事故處理方式和再熱器的位置布置等因素,若要求超（超）臨界機組具有高的靈活性和安全性,以配置兩級串聯旁路系統為宜。旁路容量應以不投油助燃尚能保證鍋爐穩定燃燒的最低出力為依據,以保證機組隨時可以啟動并網。

c.發電機選型主要考慮因素有：發電機的冷卻方式,如定子繞組采用水內冷、轉子繞組采用氫內冷、定子鐵心采用氫冷,或者采用全氫冷,其中氫系統、水系統的質量優劣直接關系到機組安全經濟運行;定子額定電壓的選擇,要求盡量降低定子電流;勵磁系統選型,其性能優良與否也直接影響發電機組的運行水平。

d.輔助設備的選型原則：避免過大的裕度,電動機容量應合理選用;引風機、一次風機、二次風機、凝結水泵等設備宜采用變頻調速裝置;選用回轉式空預器,盡量降低漏風率;選用汽動給水泵,簡化給水系統配置;選用的磨煤機裕量應適當,避免裕量過小或過大以造成投運臺數不合適,電耗過高[4]。

2.3 “四新”技術的策劃應用

前期工作中應注重科技創新,積極推進“四新”（新技術、新設備、新材料、新工藝）應用,廣泛應用建筑業10項新技術及“十一五”推廣應用技術,以提高機組科技含量,進一步提高機組的可靠性、經濟性、環保性。

目前,可推廣應用的新技術有：樹起國內機組煤耗標桿的上海外高橋第三發電有限責任公司的多項科技創新成果（給水系統綜合優化、再熱系統壓降優化、零能耗脫硫技術、大型超（超）臨界機組節能型快速啟動技術等）、鍋爐的富氧燃燒技術、海水脫硫技術、鍋爐燃燒后CO2捕集技術（目前處于示范階段）等。

3 初步設計過程中低碳技術的策劃應用

初步設計階段工作是在明確了電廠規模、煤源、煤質、接入系統方案和簽訂的主機技術協議基礎上,編制主要輔機招標文件,對在工程中擬采用的新設備、新工藝、新技術進行專題研究論證。初步設計的內容包括廠區總布置、各工藝系統、主廠房布置、建（構）筑物的結構等設計方案及圖紙。

a.工程設計應遵循“經濟適用、系統簡單、備用減少、安全可靠、高效環保、以人為本”的設計原則,對主廠房布置、工藝系統進行優化,以達到緊湊布置、節約投資、節能環保的目的。如廠用配電裝置布置采用模塊化設計、物理分散的原則,結合廠區的總體布置,合理安排配電設備,使其盡量靠近負荷中心,節省電纜和橋架;鍋爐、汽輪機電子設備間實行分散布置,減小了主廠房體積,使電子設備間盡量靠近被控對象,縮短了控制電纜的長度;采用全廠配氣中心,將各專業空氣供應系統整合為統一的空壓機站;采用經濟合理的循環水處理工藝等。

b.初步設計中應認真貫徹國家節能降耗有關規定,提出主機、輔機所采取的節能降耗措施,明確機組煤耗、油耗、廠用電率等可控指標和建筑節能降耗措施,提出土建、鍋爐、汽輪機等各專業節能降耗的詳細意見。

c.遵循綠色設計理念,材料選用及施工工藝的設計中,應嚴格禁止采用國家技術公告中明令禁止使用的設備材料,謹慎選用限制使用的設備材料。

4 主機及主要輔機招標過程中低碳技術的策劃應用

低碳技術應用貫徹于火電廠設備的全壽命周期,在主輔設備招標過程中對低碳技術的策劃應用至關重要。在主輔設備招標過程中,應綜合考慮國家及地方的法規制度、工程的外部條件、機組運行的安全性、經濟性和系統的匹配性等多方面因素,著重研究不同生產廠家的設備在能耗指標、使用壽命和經濟穩定運行等方面的差異,正確處理好設備的質量特性與價格之間的關系[5]。

a.鍋爐的安全性、可靠性、經濟性取決于鍋爐本體的結構設計、制造質量、燃燒器的優劣等,鍋爐招標時考慮的設計參數有：鍋爐額定負荷效率、最大連續出力（BMCR）工況時的主蒸汽溫度、主蒸汽壓力及主蒸汽流量、BMCR工況時末級再熱器蒸汽出口溫度及再熱器壓降、BMCR工況時空氣預熱器的漏風率、NOx排放量、最低不投油穩燃負荷、排煙溫度等[4]。此外,還應考慮設計煤種與校核煤種的著火和燃燼性,以提高鍋爐效率,防止爐膛和出口受熱面結焦,防止鍋爐尾部受熱面磨損。

b.汽輪機招標時應考慮以下幾方面：汽輪機最大效率額定工況（THA）下的熱耗保證值、汽輪機額定負載（TRL）工況下發電機端每臺發電機功率保證值。

c.發電機招標時應考慮以下幾方面：在額定條件下發電機效率與投標保證值、在額定和最大負荷時定子/轉子繞組溫升與投標保證值、定子鐵心及定子端部溫升與投標保證值、漏氫量與投標保證值[4]。

d.主要輔機設備的技術參數以鍋爐、汽輪機的額定工況參數為基本依據,結合燃煤、空氣、水等介質參數進行綜合分析、計算所得。杜絕無原則地增大安全系數和裕量的現象,在技術經濟比較合理的前提下,輔機設備招標應選擇優質高效的節能產品。

此外,設備招標、定標時機對潔凈化施工有較大影響,應盡量避免出現先假定設備資料進行設計,在后續設計和施工過程中因資料變化引起設計、施工大的返工現象[5]。

5 施工組織設計中低碳技術的策劃應用

落實開工條件包括明確項目法人、組織機構開始正常運轉、通過招標選定施工單位、主要設備已定貨并落實運輸條件、編制完成施工組織設計大綱、設計圖紙滿足3個月連續施工要求、完成施工場地“四通一平”并具備連續施工條件。其中施工組織設計是參建單位在現場施工管理中落實符合低碳技術要求的潔凈化施工的主要載體,對潔凈化施工影響很大,應在編制過程中事前策劃好潔凈化施工的原則與內容,積極遵循國家節能減排政策和“四節一環保”（即節能、節水、節地、節材、環保）的綠色理念[5]。

a.節能。選用符合節能環保的施工工藝和施工機械;合理安排施工工序和設備堆場及組合場;選用節能的施工照明燈具。

b.節地。優化總平面布置和主廠房布置,選用滿足生產要求的緊湊型布置;臨時設施的布置應結合本期工程與下期工程要求,把握工程前后工序,避免大量臨時設施拆遷和場地搬遷。

c.節水。統一提供施工生產、生活用水,合理布置施工用水管網,考慮生活用水的節水系統;將工業廢水貯存池作為全廠的復用水池,使處理合格后的廢水做到梯級復用。

d.節材。臨時建筑的墻體和屋面應選用高效保溫隔熱、可拆卸循環使用的材料;臨時電纜、管道盡量回收再利用;提高周轉性材料和固體廢棄物的回收利用率。

e.環保。總平面規劃中合理布置施工過程中的防塵、防污染設施,滿足現場潔凈化施工要求;防止高耗能、高污染的施工機械造成的噪聲、粉塵、有害氣體的污染;施工單位的生活區與施工區保持一定的間距;改變施工現場“先建設、后綠化”的傳統,做到“邊建設、邊綠化”。

6 結束語

通過在火電項目的前期工作中積極策劃應用低碳技術,分別在機組選型、設備選型與招標、初步設計、落實建廠條件與開工條件的過程中予以落實,可有效降低機組能耗,提高經濟性,減少污染物排放。

[1] DL/T 5374—2008.火力發電廠初步可行性研究報告內容深度規定[S].

[2] DL/T 5375—2008.火力發電廠可行性研究報告內容深度規定[S].

[3] 發改能源[2004]864號.國家發展改革委關于燃煤電站項目規劃和建設的有關要求的通知[Z].

[4] 蔡 爽,王東升,匡樂林.火電工程建設中節能降耗措施的探討[J].電力建設,2008,29（5）：69-72.

[5] 中國電力建設企業協會.電力建設低碳技術[M].北京：中國電力出版社,2010年.