改變行業(yè)“定式” 攀登效率極限

　　根據(jù)最近公布的《2009年浙江省能源利用白皮書(shū)》顯示，全省擁有地方熱電企業(yè)126家，裝機(jī)382萬(wàn)千瓦，供熱3.2億吉焦，發(fā)電205億千瓦時(shí)，熱電比498%，發(fā)電煤耗314克/千瓦時(shí)，供熱煤耗37.9公斤/吉焦。無(wú)論能耗、熱電比、供熱集中度、環(huán)保都居全國(guó)前列，為加快產(chǎn)業(yè)集聚、提高能源利用率，減少污染物排放等方面發(fā)揮了巨大的作用。
　　今年8月，浙江省經(jīng)信委提出了《浙江省熱電行業(yè)改造升級(jí)的指導(dǎo)意見(jiàn)》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《指導(dǎo)意見(jiàn)》）。要落實(shí)《指導(dǎo)意見(jiàn)》，讓熱電行業(yè)為浙江省節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮更大作用，就必須改變傳統(tǒng)的行業(yè)“常規(guī)定式”，用科技創(chuàng)新攀登脫硫效率、降硝效率、除塵效率、全廠熱效率、全廠火用效率的理論極限，把熱電聯(lián)產(chǎn)辦成真正清潔高效的可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)。
　　一、不改變行業(yè)“常規(guī)定式”，就不可能再大幅提升效率
　　對(duì)于熱電行業(yè)的節(jié)能減排，主要以“五個(gè)效率”為量化指標(biāo)：煙氣脫硫率、煙氣降硝率、除塵率、全廠熱效率、全廠火用效率，其中前三個(gè)指標(biāo)有關(guān)減排，后兩個(gè)指標(biāo)有關(guān)節(jié)能。一般認(rèn)為，對(duì)燃煤電廠，達(dá)到煙氣脫硫脫硝率98%，除塵率99.99%，熱效率90%，火用效率43%即是現(xiàn)有科技條件下的效率極限。依靠科技創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，攀登上述效率極限，即是熱電行業(yè)節(jié)能減排的有效途徑。
　　從表1、表2中可以看出，浙江省熱電行業(yè)供電供熱煤耗已遠(yuǎn)低于全國(guó)大火電平均，也低于30萬(wàn)千瓦純凝機(jī)組，與30萬(wàn)千瓦供熱機(jī)組相當(dāng)。根據(jù)中電聯(lián)《2009年電力行業(yè)統(tǒng)計(jì)信息匯編》，各省熱電行業(yè)平均供電煤耗均高于各省大火電。浙江省熱電行業(yè)在節(jié)能方面已經(jīng)走在了全國(guó)先列。要進(jìn)一步提高效率，就必須打破常規(guī)，改變行業(yè)“定式”，走創(chuàng)新之路。
　　二、改變常規(guī)“定式”，將脫硫降硝率提高到95%以上。
　　浙江省有關(guān)部門(mén)（經(jīng)貿(mào)委）早在2000年就規(guī)定，對(duì)于熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，不采用循環(huán)流化床鍋爐（CFB）就不批。這為SO2和NOX的進(jìn)一步減排創(chuàng)造了很好的物質(zhì)條件。
　　首先，CFB是天然的低氮燃燒鍋爐。由于CFB燃燒溫度低，在850℃到930℃之間，遠(yuǎn)低于常規(guī)煤粉爐和鏈條爐1350℃左右的燃燒溫度。所以生成NOX極少?，F(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)火電廠NOX排放標(biāo)準(zhǔn)是650mg/NM3以下，常規(guī)鍋爐如果僅靠燃燒調(diào)整，不裝爐外脫硝系統(tǒng)，很難達(dá)到。而CFB鍋爐一般在150 mg/NM3左右，所以浙江省環(huán)保部門(mén)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期驗(yàn)證，決定對(duì)CFB鍋爐實(shí)行NOX排放免檢。
　　同時(shí)，進(jìn)一步降低NOX排放，就必須打破“定式”，降低燃燒溫度，甚至實(shí)行兩級(jí)脫硝。實(shí)踐證明，石灰石脫硫的最佳溫度是820—880℃。而低溫燃燒也是減少NOX生成的必要條件。但是，降低燃燒溫度會(huì)降低鍋爐的燃燒效率。因此，必須進(jìn)一步選用效率更高的新型CFB鍋爐，或進(jìn)一步改造現(xiàn)有CFB鍋爐，以提高燃燒效率，為進(jìn)一步降低燃燒溫度創(chuàng)造條件。通過(guò)上述辦法，將全廠NOX排放降到了100 mg/NM3以下。如在CFB分離器內(nèi)加入液氨，即可將NOX排放降至50 mg/NM3以下，即降硝率95%以上。
　　其次，CFB鍋爐脫硫率可以提高到95%以上，前提是必須改變爐內(nèi)一級(jí)脫硫的“定式”，建設(shè)和投運(yùn)爐外兩級(jí)脫硫系統(tǒng)。按照目前通行的常規(guī)脫硫技術(shù)，最好的爐外脫硫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)脫硫率為92%，而CFB一級(jí)爐內(nèi)脫硫率一般為80—85%，再向上提升難度很大，成本很高，要消耗大量的優(yōu)質(zhì)石灰石粉（鈣硫比2.5以上），而且?guī)?lái)鍋爐磨損和熱效率降低（吸熱反應(yīng)）的問(wèn)題。要改變這種現(xiàn)象，必須改變CFB鍋爐，只實(shí)行爐內(nèi)一級(jí)脫硫的“定式”，加裝爐外兩級(jí)脫硫。并且把爐溫控制在820—880℃的最佳脫硫溫度。公司正在實(shí)施的4號(hào)爐（130T/h高溫高壓CFB）兩級(jí)脫硫改造和新建5號(hào)爐（150T/h超高壓CFB項(xiàng)目），以爐內(nèi)（一級(jí)）脫硫率80%，爐外（二級(jí)）脫硫率90%，即可輕松達(dá)到總脫硫率95%的目標(biāo)｛1－ [（1－80%）×（1－90%）]×100%=98%｝。淘汰落后產(chǎn)能，將1—3號(hào)機(jī)組改為備用調(diào)峰，全廠SO2排放可減到100 mg/NM3以下（目前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為400 mg/NM3）。
　　三、改變常規(guī)“定式”，使全廠熱效率逼近90%
　　燃煤鍋爐由于存在不完全燃燒，排煙、散熱、排污等損耗，目前世界上最先進(jìn)的設(shè)計(jì)效率，也不足93%。實(shí)際運(yùn)行因往往偏離設(shè)計(jì)條件，熱效率一般在85—91%之間。又由于存在汽輪發(fā)電機(jī)組的管道損失，散熱損失，循環(huán)冷端損失，汽機(jī)內(nèi)效率損失，機(jī)械損失，發(fā)電機(jī)變壓器等電氣系統(tǒng)的電磁損失，廠用電消耗等損失。目前國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的超超臨界機(jī)組全廠熱效率一般在45%左右。相應(yīng)的供電煤耗為272.89克/千瓦時(shí)以上（目前國(guó)內(nèi)僅上海外高橋二期一家）。而我國(guó)超超臨界100萬(wàn)千瓦機(jī)組2009年平均供電煤耗為290.57克/千瓦時(shí)，純火電廠機(jī)組因?yàn)榇嬖诰薮蟮睦涠藫p失，再提高熱效率已非常困難。
　　而熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組由于可以部分或全部避免冷端損失，理論上可以將全廠熱效率逼近90%左右。要做到這樣，就必須改變長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)外熱電行業(yè)形成的“常規(guī)定式”。
　　一是“供熱機(jī)組為了保證穩(wěn)定運(yùn)行，必須以抽凝機(jī)組為主，適當(dāng)?shù)嘏渲帽硥簷C(jī)”。由于中小機(jī)組進(jìn)汽焓值低，冷凝端焓值往往占60%以上，要將全廠熱效率提到接近90%，就必須把冷凝汽流降至極小甚至零。因此，公司提出公共熱電廠“全背壓運(yùn)行”的概念，并且于2007年付諸實(shí)施，由于避免了冷凝損失，經(jīng)權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)全廠平均供電煤耗降至160克/千瓦時(shí)以下，全廠熱效率提高至78%。2008年起將抽凝機(jī)組改為僅作備用和調(diào)峰，全廠熱效率又提高至83%以上。
　　二是“供熱機(jī)組初參數(shù)必須與容量匹配，按常規(guī)定型系列選型，小機(jī)組不能配高參數(shù)”。我國(guó)供熱機(jī)組的起步是按蘇聯(lián)模式發(fā)展起來(lái)的，機(jī)組參數(shù)與容量有一個(gè)固定的匹配系列，小機(jī)組只能是選低參數(shù)。因此，根據(jù)幾十年來(lái)的“定型”系列，2.5萬(wàn)千瓦以下的火電（熱電）機(jī)組只能采用中溫中壓，5—10萬(wàn)千瓦采用高溫高壓；12.5—30萬(wàn)千瓦采用超高壓。這樣全國(guó)火電（ 熱電）機(jī)組，2003年以前2.5萬(wàn)千瓦以下沒(méi)有高溫高壓機(jī)組，5萬(wàn)千瓦（全國(guó)最大的背壓機(jī)組）以下至今沒(méi)有超高壓機(jī)組。而提高初參數(shù)，增加主蒸汽焓，不但增加的初參數(shù)焓幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能，而且提高主蒸汽壓力后，在同樣排汽壓力下，可以進(jìn)一步降低排汽溫度，也就降低排汽焓，大幅度提高汽輪機(jī)內(nèi)的有效焓降，從而提高機(jī)組效率。以同容量同排汽壓力（0.8MPa絕壓）的中小型背壓熱電機(jī)組（12MW）為例，汽耗率（每發(fā)1千瓦時(shí)的耗汽量）和供電煤耗的變化十分明顯。
　　之所以熱電機(jī)組小容量不能配高參數(shù)的通常理由是，容量小的機(jī)組葉片小，相對(duì)動(dòng)靜葉片間隙大，參數(shù)過(guò)高應(yīng)力過(guò)大，小葉片強(qiáng)度不夠會(huì)出危險(xiǎn)；漏汽、磨擦、鼓風(fēng)損失會(huì)增加。其實(shí)，隨著我國(guó)材料技術(shù)和工藝水平的提高，這些已都不是問(wèn)題。漏汽、鼓風(fēng)、磨擦損失的結(jié)果是排汽溫度的提高，排汽溫度的提高送至熱用戶，并沒(méi)有損失。而較高高壓力機(jī)組的同壓力排汽溫度低于較低壓力機(jī)組（見(jiàn)表3）。
　　所以公司在全國(guó)最早將“小機(jī)組高參數(shù)”概念用于中小型區(qū)域熱電廠，于2004年投產(chǎn)首臺(tái)高溫高壓18MW背壓機(jī)組，大幅度地降低了供電煤耗提升了熱效率。正在實(shí)施的18MW超高壓背壓機(jī)組即將在明年投產(chǎn)，屆時(shí)全廠供電煤耗將降至140克/千瓦時(shí)左右，熱效率十分接近90%。
　　
　　三是“一個(gè)廠只能有同參數(shù)的機(jī)爐并聯(lián)運(yùn)行，否則系統(tǒng)復(fù)雜，不安全”。按照這種常規(guī)“定式”，熱電廠提高參數(shù)的技術(shù)改造，除非是整廠拆建或異地重建，否則不可能。而正在生產(chǎn)中的公用熱電廠要整廠拆建或異地重建，由于規(guī)劃、土地、投資、審批種種原因，難度極大。實(shí)踐證明，數(shù)套供熱機(jī)組采用不同參數(shù)，單元制運(yùn)行，適當(dāng)互聯(lián)是完全可以的，安全的。公司從2004年就已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了中壓、高壓兩種參數(shù)機(jī)組的并聯(lián)供熱，正在實(shí)施的超高壓機(jī)組（5號(hào)機(jī)組）投產(chǎn)后，將實(shí)現(xiàn)中壓、高壓、超高壓三種參數(shù)機(jī)組并聯(lián)供熱。不但投資省、調(diào)度靈活，而且發(fā)揮了高參數(shù)大機(jī)組帶基本熱負(fù)荷，低參數(shù)小機(jī)組起停方便，帶備用和調(diào)峰負(fù)荷，發(fā)揮了各自的優(yōu)勢(shì)。
　　四、改變常規(guī)“定式”，將火用效率提高到超超臨界機(jī)組水平
　　熱電聯(lián)產(chǎn)雖然熱效率高，剛剛達(dá)標(biāo)的熱效率ridg0f8/6z6efP+lmvgF/hA/Es/tpK6LXRiBzoVSxXs=（45%）就達(dá)到了超超臨界機(jī)組的水平。但也常常遭到詬病，因?yàn)闊岷碗娛莾煞N不同品位的能源，電可以遠(yuǎn)距離輸送，使用十分方便，做功能力幾乎為100%，而熱（蒸汽、熱水），不能遠(yuǎn)距離輸送，使用不方便，只有用在合適的場(chǎng)合（如采暖、用熱生產(chǎn)工藝）才是清潔高效的，其做功能力極低。以供熱為主的熱效率是不能與以發(fā)電為主的火電廠僅僅進(jìn)行單純的熱效率比較的。
　　這就引出一個(gè)工質(zhì)做功能力的概念——“火用”，即工質(zhì)單位質(zhì)量的做功能力。1千瓦時(shí)的電能熱當(dāng)量為3600千焦，做功能力也為3600千焦。而3600千焦的熱量（以壓力0.8MPa，溫度250℃的蒸汽計(jì)），做功能力為1253.73千焦，僅為同樣熱值的1千瓦時(shí)電能的三分之一。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)不能不提火用效率的問(wèn)題。以目前浙江省熱電上網(wǎng)電價(jià)不含稅價(jià)為0.4594元/千瓦時(shí)，折算到1吉焦的熱當(dāng)量電價(jià)為（10×106÷3600）×0.4594=127.61元/吉焦。而目前浙江省平均供熱不含稅價(jià)為53.09元/吉焦左右，同樣1吉焦的熱當(dāng)量，熱價(jià)僅及電價(jià)的41.6%。因此無(wú)論從社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益看，都必須重視熱電廠的火用效率。這也是熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)存在的依據(jù)。如果鍋爐效率相同，集中鍋爐房的供熱效率肯定高于熱電聯(lián)產(chǎn)供熱熱效率。因?yàn)闊犭娐?lián)產(chǎn)的效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集中鍋爐房，而集中鍋爐只消耗廠用電，白白丟掉了利用差壓生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)能源——電的機(jī)會(huì)，國(guó)家才倡導(dǎo)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)政策。
　　表4是國(guó)家發(fā)改委節(jié)能技術(shù)推廣中心，依據(jù)浙江省電力試驗(yàn)研究院和浙江省能源利用監(jiān)測(cè)中心的測(cè)試結(jié)果，請(qǐng)中山大學(xué)做的2007年全國(guó)大火電、集中鍋爐房、嵊州新中港熱電有限公司三種類(lèi)型的熱效率，火用效率比較情況，當(dāng)時(shí)，嵊州熱電三臺(tái)中壓抽凝機(jī)組仍在運(yùn)行（調(diào)峰），拖了全廠效率的后腿。2009年，2號(hào)機(jī)（7.5MW）已經(jīng)改為背壓，3號(hào)機(jī)（15MW）已停運(yùn)，1號(hào)機(jī)只用調(diào)峰。正在建設(shè)的5號(hào)機(jī)（150T/h超高壓CFB配20MW超高壓背壓機(jī)組）投產(chǎn)后，將1號(hào)、3號(hào)機(jī)停運(yùn)，2號(hào)背壓機(jī)作調(diào)峰，不但熱效率將十分接近90%，全廠火用效率也將超越超超臨界機(jī)組。
　　
　?。ㄗ髡邌挝唬赫憬绞⒓瘓F(tuán)董事長(zhǎng)）