火電項目前期工作中低碳技術(shù)的策劃應(yīng)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(chǔ)的低碳經(jīng)濟已上升為國策,而能源行業(yè)的低碳技術(shù)應(yīng)用是發(fā)展低碳經(jīng)濟的關(guān)鍵,我國以煤為主的能源結(jié)構(gòu)中火電機組的低碳技術(shù)應(yīng)用則是重中之重。因此,火電項目前期工作中低碳技術(shù)的應(yīng)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(shè)計、主機及主要輔機招標、落實開工條件等）過程中低碳技術(shù)的策劃應(yīng)用進行了分析與探討。

1 初步可行性研究階段低碳技術(shù)的策劃應(yīng)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(tǒng)、燃料供應(yīng)等建廠外部條件,擇優(yōu)推薦可能建廠的廠址與規(guī)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(shù)的策劃應(yīng)用應(yīng)側(cè)重于以下幾方面。

a.論證發(fā)電廠規(guī)劃容量、分期建設(shè)規(guī)模及機組選型時,應(yīng)選擇先進的潔凈煤發(fā)電技術(shù),包括超（超）臨界發(fā)電技術(shù)、循環(huán)流化床燃燒（CFBC）技術(shù)、整體煤氣化聯(lián)合（IGCC）技術(shù),但CFBC、IGCC仍處示范階段,所以技術(shù)成熟的高效率、高參數(shù)、低煤耗、大容量的超臨界（SC）機組或超超臨界（USC）技術(shù)是目前最現(xiàn)實、最有效、最經(jīng)濟的低碳火電技術(shù)。超臨界、超超臨界火電機組具有無可比擬的經(jīng)濟性和顯著的節(jié)能及改善環(huán)境的效果,即便是適用于小電網(wǎng)、低負荷地區(qū)的350 MW國產(chǎn)超臨界燃煤發(fā)電機組技術(shù)也已成熟。

b.論證發(fā)電廠總體規(guī)劃時,應(yīng)嚴格執(zhí)行國家環(huán)保政策,同步建設(shè)煙氣脫硫設(shè)施及排放物在線連續(xù)監(jiān)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(chǎn)品的綜合利用。

2 可行性研究階段低碳技術(shù)的策劃應(yīng)用

火電項目可行性研究是在初步可行性研究的基礎(chǔ)上進一步落實各項建廠條件,對各廠址進行全面的技術(shù)經(jīng)濟比較,提出推薦廠址和建設(shè)規(guī)模,對主機技術(shù)條件、主機輔機選型、新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)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(huán)境保護、接入系統(tǒng)等,在落實水源、除灰和脫硫脫銷設(shè)施時,應(yīng)綜合考慮低碳技術(shù)的策劃應(yīng)用。

a.高度重視節(jié)約用水,積極采用新技術(shù)、新工藝,降低用水量。在北方缺水地區(qū),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(yīng)建設(shè)大型空冷機組,采用節(jié)水的干法、半干法煙氣脫硫工藝技術(shù),機組耗水指標要控制在0.18m3/（s?GW）以下;鼓勵沿海缺水地區(qū)利用火電廠余熱進行海水淡化[3]。建議采用二次循環(huán)供水系統(tǒng)、干除灰系統(tǒng),有效減少新鮮水用量、除灰系統(tǒng)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(tǒng)取決于煤的品質(zhì)、灰渣的特性、電廠的布置要求、當?shù)氐木唧w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(shè)施。從2007年起燃煤機組必須按照環(huán)保規(guī)定同步建設(shè)脫硫設(shè)施,建成后脫硫設(shè)施必須正常運行。煙氣脫硫工藝應(yīng)根據(jù)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(zhuǎn)噴霧干燥煙氣脫硫工藝、爐內(nèi)噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝、煙氣循環(huán)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(shù)最成熟、應(yīng)用最多的脫硫工藝,石灰石-石膏濕法脫硫工藝的脫硫副產(chǎn)物為二水石膏,可用作生產(chǎn)建材產(chǎn)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(shè),應(yīng)根據(jù)工程具體情況（包括設(shè)計煤種煤質(zhì)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(yīng)用最廣泛的一種電廠煙氣脫硝技術(shù),具有脫硝效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、脫銷無副產(chǎn)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(yīng)對還原劑的品種、來源、消耗數(shù)量、主要成分、質(zhì)量等進行調(diào)研比選,必要時應(yīng)進行技術(shù)經(jīng)濟比較。

2.2 主機和主要輔機選型

三大主機（鍋爐、汽輪機、發(fā)電機）和主要輔機的選型是機組節(jié)能減排的關(guān)鍵,其選擇應(yīng)遵循高效、經(jīng)濟和機組投產(chǎn)后經(jīng)濟性最佳的原則。

a.鍋爐選型主要考慮燃燒和汽水循環(huán)。整體布置形式的選擇應(yīng)根據(jù)燃煤條件、投資費用、運行可靠性等方面,進行全面技術(shù)經(jīng)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(yīng)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(shù),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(shù)、增加給水回熱級數(shù)、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(shù)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(tǒng)選型應(yīng)考慮機組在電網(wǎng)中承擔的任務(wù)、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(lián)旁路系統(tǒng)為宜。旁路容量應(yīng)以不投油助燃尚能保證鍋爐穩(wěn)定燃燒的最低出力為依據(jù),以保證機組隨時可以啟動并網(wǎng)。

c.發(fā)電機選型主要考慮因素有：發(fā)電機的冷卻方式,如定子繞組采用水內(nèi)冷、轉(zhuǎn)子繞組采用氫內(nèi)冷、定子鐵心采用氫冷,或者采用全氫冷,其中氫系統(tǒng)、水系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)劣直接關(guān)系到機組安全經(jīng)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(tǒng)選型,其性能優(yōu)良與否也直接影響發(fā)電機組的運行水平。

d.輔助設(shè)備的選型原則：避免過大的裕度,電動機容量應(yīng)合理選用;引風(fēng)機、一次風(fēng)機、二次風(fēng)機、凝結(jié)水泵等設(shè)備宜采用變頻調(diào)速裝置;選用回轉(zhuǎn)式空預(yù)器,盡量降低漏風(fēng)率;選用汽動給水泵,簡化給水系統(tǒng)配置;選用的磨煤機裕量應(yīng)適當,避免裕量過小或過大以造成投運臺數(shù)不合適,電耗過高[4]。

2.3 “四新”技術(shù)的策劃應(yīng)用

前期工作中應(yīng)注重科技創(chuàng)新,積極推進“四新”（新技術(shù)、新設(shè)備、新材料、新工藝）應(yīng)用,廣泛應(yīng)用建筑業(yè)10項新技術(shù)及“十一五”推廣應(yīng)用技術(shù),以提高機組科技含量,進一步提高機組的可靠性、經(jīng)濟性、環(huán)保性。

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

3 初步設(shè)計過程中低碳技術(shù)的策劃應(yīng)用

初步設(shè)計階段工作是在明確了電廠規(guī)模、煤源、煤質(zhì)、接入系統(tǒng)方案和簽訂的主機技術(shù)協(xié)議基礎(chǔ)上,編制主要輔機招標文件,對在工程中擬采用的新設(shè)備、新工藝、新技術(shù)進行專題研究論證。初步設(shè)計的內(nèi)容包括廠區(qū)總布置、各工藝系統(tǒng)、主廠房布置、建（構(gòu)）筑物的結(jié)構(gòu)等設(shè)計方案及圖紙。

a.工程設(shè)計應(yīng)遵循“經(jīng)濟適用、系統(tǒng)簡單、備用減少、安全可靠、高效環(huán)保、以人為本”的設(shè)計原則,對主廠房布置、工藝系統(tǒng)進行優(yōu)化,以達到緊湊布置、節(jié)約投資、節(jié)能環(huán)保的目的。如廠用配電裝置布置采用模塊化設(shè)計、物理分散的原則,結(jié)合廠區(qū)的總體布置,合理安排配電設(shè)備,使其盡量靠近負荷中心,節(jié)省電纜和橋架;鍋爐、汽輪機電子設(shè)備間實行分散布置,減小了主廠房體積,使電子設(shè)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(yè)空氣供應(yīng)系統(tǒng)整合為統(tǒng)一的空壓機站;采用經(jīng)濟合理的循環(huán)水處理工藝等。

b.初步設(shè)計中應(yīng)認真貫徹國家節(jié)能降耗有關(guān)規(guī)定,提出主機、輔機所采取的節(jié)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(jié)能降耗措施,提出土建、鍋爐、汽輪機等各專業(yè)節(jié)能降耗的詳細意見。

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

4 主機及主要輔機招標過程中低碳技術(shù)的策劃應(yīng)用

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

a.鍋爐的安全性、可靠性、經(jīng)濟性取決于鍋爐本體的結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造質(zhì)量、燃燒器的優(yōu)劣等,鍋爐招標時考慮的設(shè)計參數(shù)有：鍋爐額定負荷效率、最大連續(xù)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(yù)熱器的漏風(fēng)率、NOx排放量、最低不投油穩(wěn)燃負荷、排煙溫度等[4]。此外,還應(yīng)考慮設(shè)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(jié)焦,防止鍋爐尾部受熱面磨損。

b.汽輪機招標時應(yīng)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(fā)電機端每臺發(fā)電機功率保證值。

c.發(fā)電機招標時應(yīng)考慮以下幾方面：在額定條件下發(fā)電機效率與投標保證值、在額定和最大負荷時定子/轉(zhuǎn)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(shè)備的技術(shù)參數(shù)以鍋爐、汽輪機的額定工況參數(shù)為基本依據(jù),結(jié)合燃煤、空氣、水等介質(zhì)參數(shù)進行綜合分析、計算所得。杜絕無原則地增大安全系數(shù)和裕量的現(xiàn)象,在技術(shù)經(jīng)濟比較合理的前提下,輔機設(shè)備招標應(yīng)選擇優(yōu)質(zhì)高效的節(jié)能產(chǎn)品。

此外,設(shè)備招標、定標時機對潔凈化施工有較大影響,應(yīng)盡量避免出現(xiàn)先假定設(shè)備資料進行設(shè)計,在后續(xù)設(shè)計和施工過程中因資料變化引起設(shè)計、施工大的返工現(xiàn)象[5]。

5 施工組織設(shè)計中低碳技術(shù)的策劃應(yīng)用

落實開工條件包括明確項目法人、組織機構(gòu)開始正常運轉(zhuǎn)、通過招標選定施工單位、主要設(shè)備已定貨并落實運輸條件、編制完成施工組織設(shè)計大綱、設(shè)計圖紙滿足3個月連續(xù)施工要求、完成施工場地“四通一平”并具備連續(xù)施工條件。其中施工組織設(shè)計是參建單位在現(xiàn)場施工管理中落實符合低碳技術(shù)要求的潔凈化施工的主要載體,對潔凈化施工影響很大,應(yīng)在編制過程中事前策劃好潔凈化施工的原則與內(nèi)容,積極遵循國家節(jié)能減排政策和“四節(jié)一環(huán)?！保垂?jié)能、節(jié)水、節(jié)地、節(jié)材、環(huán)保）的綠色理念[5]。

a.節(jié)能。選用符合節(jié)能環(huán)保的施工工藝和施工機械;合理安排施工工序和設(shè)備堆場及組合場;選用節(jié)能的施工照明燈具。

b.節(jié)地。優(yōu)化總平面布置和主廠房布置,選用滿足生產(chǎn)要求的緊湊型布置;臨時設(shè)施的布置應(yīng)結(jié)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(shè)施拆遷和場地搬遷。

c.節(jié)水。統(tǒng)一提供施工生產(chǎn)、生活用水,合理布置施工用水管網(wǎng),考慮生活用水的節(jié)水系統(tǒng);將工業(yè)廢水貯存池作為全廠的復(fù)用水池,使處理合格后的廢水做到梯級復(fù)用。

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

e.環(huán)保。總平面規(guī)劃中合理布置施工過程中的防塵、防污染設(shè)施,滿足現(xiàn)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(qū)與施工區(qū)保持一定的間距;改變施工現(xiàn)場“先建設(shè)、后綠化”的傳統(tǒng),做到“邊建設(shè)、邊綠化”。

6 結(jié)束語

通過在火電項目的前期工作中積極策劃應(yīng)用低碳技術(shù),分別在機組選型、設(shè)備選型與招標、初步設(shè)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(jīng)濟性,減少污染物排放。

[1] DL/T 5374—2008.火力發(fā)電廠初步可行性研究報告內(nèi)容深度規(guī)定[S].

[2] DL/T 5375—2008.火力發(fā)電廠可行性研究報告內(nèi)容深度規(guī)定[S].

[3] 發(fā)改能源[2004]864號.國家發(fā)展改革委關(guān)于燃煤電站項目規(guī)劃和建設(shè)的有關(guān)要求的通知[Z].

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

[5] 中國電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會.電力建設(shè)低碳技術(shù)[M].北京：中國電力出版社,2010年.