火电项目前期工作中低碳技术的策划应用

温志华,郭志健

（1.华能瑞金电厂,江西 赣州 341108;2.华能江西分公司,江西 南昌 330029）

当前,以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济已上升为国策,而能源行业的低碳技术应用是发展低碳经济的关键,我国以煤为主的能源结构中火电机组的低碳技术应用则是重中之重。因此,火电项目前期工作中低碳技术的应用策划尤为重要。本文针对火电项目的前期工作（包括项目初步可行性研究、可行性研究、初步设计、主机及主要辅机招标、落实开工条件等）过程中低碳技术的策划应用进行了分析与探讨。

1 初步可行性研究阶段低碳技术的策划应用

火电项目初步可行性研究包括论证建厂的必要性与可行性,初步落实电力系统、燃料供应等建厂外部条件,择优推荐可能建厂的厂址与规模,提出开展可行性研究的厂址方案等工作[1],本阶段中低碳技术的策划应用应侧重于以下几方面。

a.论证发电厂规划容量、分期建设规模及机组选型时,应选择先进的洁净煤发电技术,包括超（超）临界发电技术、循环流化床燃烧（CFBC）技术、整体煤气化联合（IGCC）技术,但CFBC、IGCC仍处示范阶段,所以技术成熟的高效率、高参数、低煤耗、大容量的超临界（SC）机组或超超临界（USC）技术是目前最现实、最有效、最经济的低碳火电技术。超临界、超超临界火电机组具有无可比拟的经济性和显著的节能及改善环境的效果,即便是适用于小电网、低负荷地区的350 MW国产超临界燃煤发电机组技术也已成熟。

b.论证发电厂总体规划时,应严格执行国家环保政策,同步建设烟气脱硫设施及排放物在线连续监测装置。明确排渣及除灰方式、灰渣排放量、灰场位置、储灰年限;明确脱硫、脱硝拟采用的工艺方式,脱硫剂、脱硝还原剂的来源、运输、制备及储存,初步落实粉煤灰、灰渣和脱硫（硝）副产品的综合利用。

2 可行性研究阶段低碳技术的策划应用

火电项目可行性研究是在初步可行性研究的基础上进一步落实各项建厂条件,对各厂址进行全面的技术经济比较,提出推荐厂址和建设规模,对主机技术条件、主机辅机选型、新设备、新工艺、新技术和建厂方案提出原则性意见[2]。

2.1 落实建厂条件

建厂条件包括了厂址、水源、燃料、运输、除灰及灰场、环境保护、接入系统等,在落实水源、除灰和脱硫脱销设施时,应综合考虑低碳技术的策划应用。

a.高度重视节约用水,积极采用新技术、新工艺,降低用水量。在北方缺水地区,禁止取用地下水,严格控制使用地表水,鼓励利用城市污水处理厂的中水或其他废水,原则上应建设大型空冷机组,采用节水的干法、半干法烟气脱硫工艺技术,机组耗水指标要控制在0.18m3/（s◦GW）以下;鼓励沿海缺水地区利用火电厂余热进行海水淡化[3]。建议采用二次循环供水系统、干除灰系统,有效减少新鲜水用量、除灰系统的耗水量,从而减少全厂补给水量。

b.大型机组采用何种除灰除渣系统取决于煤的品质、灰渣的特性、电厂的布置要求、当地的具体情况、整个电厂的配置水平等因素,主要有干法除灰除渣和湿法除灰除渣,其中干法除灰除渣更有利于提高灰渣的综合利用率。

c.烟气脱硫设施。从2007年起燃煤机组必须按照环保规定同步建设脱硫设施,建成后脱硫设施必须正常运行。烟气脱硫工艺应根据工程具体情况进行选择,常见工艺有石灰石-石膏法烟气脱硫工艺、旋转喷雾干燥烟气脱硫工艺、炉内喷钙尾部增湿烟气脱硫工艺、烟气循环流化床脱硫工艺、海水脱硫工艺、电子束法脱硫工艺、氨水洗涤法脱硫工艺等,其中石灰石-石膏湿法脱硫工艺采用价廉易得的石灰石或石灰作脱硫吸收剂,是目前世界上技术最成熟、应用最多的脱硫工艺,石灰石-石膏湿法脱硫工艺的脱硫副产物为二水石膏,可用作生产建材产品和水泥缓冲剂等。

d.烟气脱硝装置。烟气脱硝装置与电厂主体工程同步建设,应根据工程具体情况（包括设计煤种煤质情况）选择烟气脱硝工艺,烟气脱硝工艺有选择性催化还原法（SCR）、选择性非催化还原法（SNCR）和混合法SNCR/SCR,其中SCR工艺是国际上应用最广泛的一种电厂烟气脱硝技术,具有脱硝效率高、结构简单、运行可靠、脱销无副产物、不会造成二次污染的特点。脱硝还原剂的主要原料有液氨、氨水和尿素,应对还原剂的品种、来源、消耗数量、主要成分、质量等进行调研比选,必要时应进行技术经济比较。

2.2 主机和主要辅机选型

三大主机（锅炉、汽轮机、发电机）和主要辅机的选型是机组节能减排的关键,其选择应遵循高效、经济和机组投产后经济性最佳的原则。

a.锅炉选型主要考虑燃烧和汽水循环。整体布置形式的选择应根据燃煤条件、投资费用、运行可靠性等方面,进行全面技术经济比较分析,决定选用П型还是塔式布置,若燃用高灰分煤,从减轻受热面磨损方面考虑,宜采用塔式布置。煤粉锅炉燃烧方式主要有直流燃烧器四角切圆燃烧和旋流燃烧器前后墙对冲燃烧,前者具有煤种适应性更强的特点,后者具有沿炉膛宽度的烟温及速度分布较均匀,过热器与再热器的烟温及汽温偏差相对较小的特点。此外,考虑锅炉选用等离子点火,可大大减少启动过程的耗油量;锅炉采用低氮燃烧技术,可减少NOx排放量。

b.汽轮机选型主要考虑出力和可靠性,主要从提高蒸汽参数、增加给水回热级数、增加低压缸末级通流面积、提高排汽背压、低压缸采用分流技术等方面进行研究;此外还考虑材料的合理选用以降低叶片损失和降低投资。

汽轮机旁路系统选型应考虑机组在电网中承担的任务、运行方式、事故处理方式和再热器的位置布置等因素,若要求超（超）临界机组具有高的灵活性和安全性,以配置两级串联旁路系统为宜。旁路容量应以不投油助燃尚能保证锅炉稳定燃烧的最低出力为依据,以保证机组随时可以启动并网。

c.发电机选型主要考虑因素有：发电机的冷却方式,如定子绕组采用水内冷、转子绕组采用氢内冷、定子铁心采用氢冷,或者采用全氢冷,其中氢系统、水系统的质量优劣直接关系到机组安全经济运行;定子额定电压的选择,要求尽量降低定子电流;励磁系统选型,其性能优良与否也直接影响发电机组的运行水平。

d.辅助设备的选型原则：避免过大的裕度,电动机容量应合理选用;引风机、一次风机、二次风机、凝结水泵等设备宜采用变频调速装置;选用回转式空预器,尽量降低漏风率;选用汽动给水泵,简化给水系统配置;选用的磨煤机裕量应适当,避免裕量过小或过大以造成投运台数不合适,电耗过高[4]。

2.3 “四新”技术的策划应用

前期工作中应注重科技创新,积极推进“四新”（新技术、新设备、新材料、新工艺）应用,广泛应用建筑业10项新技术及“十一五”推广应用技术,以提高机组科技含量,进一步提高机组的可靠性、经济性、环保性。

目前,可推广应用的新技术有：树起国内机组煤耗标杆的上海外高桥第三发电有限责任公司的多项科技创新成果（给水系统综合优化、再热系统压降优化、零能耗脱硫技术、大型超（超）临界机组节能型快速启动技术等）、锅炉的富氧燃烧技术、海水脱硫技术、锅炉燃烧后CO2捕集技术（目前处于示范阶段）等。

3 初步设计过程中低碳技术的策划应用

初步设计阶段工作是在明确了电厂规模、煤源、煤质、接入系统方案和签订的主机技术协议基础上,编制主要辅机招标文件,对在工程中拟采用的新设备、新工艺、新技术进行专题研究论证。初步设计的内容包括厂区总布置、各工艺系统、主厂房布置、建（构）筑物的结构等设计方案及图纸。

a.工程设计应遵循“经济适用、系统简单、备用减少、安全可靠、高效环保、以人为本”的设计原则,对主厂房布置、工艺系统进行优化,以达到紧凑布置、节约投资、节能环保的目的。如厂用配电装置布置采用模块化设计、物理分散的原则,结合厂区的总体布置,合理安排配电设备,使其尽量靠近负荷中心,节省电缆和桥架;锅炉、汽轮机电子设备间实行分散布置,减小了主厂房体积,使电子设备间尽量靠近被控对象,缩短了控制电缆的长度;采用全厂配气中心,将各专业空气供应系统整合为统一的空压机站;采用经济合理的循环水处理工艺等。

b.初步设计中应认真贯彻国家节能降耗有关规定,提出主机、辅机所采取的节能降耗措施,明确机组煤耗、油耗、厂用电率等可控指标和建筑节能降耗措施,提出土建、锅炉、汽轮机等各专业节能降耗的详细意见。

c.遵循绿色设计理念,材料选用及施工工艺的设计中,应严格禁止采用国家技术公告中明令禁止使用的设备材料,谨慎选用限制使用的设备材料。

4 主机及主要辅机招标过程中低碳技术的策划应用

低碳技术应用贯彻于火电厂设备的全寿命周期,在主辅设备招标过程中对低碳技术的策划应用至关重要。在主辅设备招标过程中,应综合考虑国家及地方的法规制度、工程的外部条件、机组运行的安全性、经济性和系统的匹配性等多方面因素,着重研究不同生产厂家的设备在能耗指标、使用寿命和经济稳定运行等方面的差异,正确处理好设备的质量特性与价格之间的关系[5]。

a.锅炉的安全性、可靠性、经济性取决于锅炉本体的结构设计、制造质量、燃烧器的优劣等,锅炉招标时考虑的设计参数有：锅炉额定负荷效率、最大连续出力（BMCR）工况时的主蒸汽温度、主蒸汽压力及主蒸汽流量、BMCR工况时末级再热器蒸汽出口温度及再热器压降、BMCR工况时空气预热器的漏风率、NOx排放量、最低不投油稳燃负荷、排烟温度等[4]。此外,还应考虑设计煤种与校核煤种的着火和燃烬性,以提高锅炉效率,防止炉膛和出口受热面结焦,防止锅炉尾部受热面磨损。

b.汽轮机招标时应考虑以下几方面：汽轮机最大效率额定工况（THA）下的热耗保证值、汽轮机额定负载（TRL）工况下发电机端每台发电机功率保证值。

c.发电机招标时应考虑以下几方面：在额定条件下发电机效率与投标保证值、在额定和最大负荷时定子/转子绕组温升与投标保证值、定子铁心及定子端部温升与投标保证值、漏氢量与投标保证值[4]。

d.主要辅机设备的技术参数以锅炉、汽轮机的额定工况参数为基本依据,结合燃煤、空气、水等介质参数进行综合分析、计算所得。杜绝无原则地增大安全系数和裕量的现象,在技术经济比较合理的前提下,辅机设备招标应选择优质高效的节能产品。

此外,设备招标、定标时机对洁净化施工有较大影响,应尽量避免出现先假定设备资料进行设计,在后续设计和施工过程中因资料变化引起设计、施工大的返工现象[5]。

5 施工组织设计中低碳技术的策划应用

落实开工条件包括明确项目法人、组织机构开始正常运转、通过招标选定施工单位、主要设备已定货并落实运输条件、编制完成施工组织设计大纲、设计图纸满足3个月连续施工要求、完成施工场地“四通一平”并具备连续施工条件。其中施工组织设计是参建单位在现场施工管理中落实符合低碳技术要求的洁净化施工的主要载体,对洁净化施工影响很大,应在编制过程中事前策划好洁净化施工的原则与内容,积极遵循国家节能减排政策和“四节一环保”（即节能、节水、节地、节材、环保）的绿色理念[5]。

a.节能。选用符合节能环保的施工工艺和施工机械;合理安排施工工序和设备堆场及组合场;选用节能的施工照明灯具。

b.节地。优化总平面布置和主厂房布置,选用满足生产要求的紧凑型布置;临时设施的布置应结合本期工程与下期工程要求,把握工程前后工序,避免大量临时设施拆迁和场地搬迁。

c.节水。统一提供施工生产、生活用水,合理布置施工用水管网,考虑生活用水的节水系统;将工业废水贮存池作为全厂的复用水池,使处理合格后的废水做到梯级复用。

d.节材。临时建筑的墙体和屋面应选用高效保温隔热、可拆卸循环使用的材料;临时电缆、管道尽量回收再利用;提高周转性材料和固体废弃物的回收利用率。

e.环保。总平面规划中合理布置施工过程中的防尘、防污染设施,满足现场洁净化施工要求;防止高耗能、高污染的施工机械造成的噪声、粉尘、有害气体的污染;施工单位的生活区与施工区保持一定的间距;改变施工现场“先建设、后绿化”的传统,做到“边建设、边绿化”。

6 结束语

通过在火电项目的前期工作中积极策划应用低碳技术,分别在机组选型、设备选型与招标、初步设计、落实建厂条件与开工条件的过程中予以落实,可有效降低机组能耗,提高经济性,减少污染物排放。

[1] DL/T 5374—2008.火力发电厂初步可行性研究报告内容深度规定[S].

[2] DL/T 5375—2008.火力发电厂可行性研究报告内容深度规定[S].

[3] 发改能源[2004]864号.国家发展改革委关于燃煤电站项目规划和建设的有关要求的通知[Z].

[4] 蔡 爽,王东升,匡乐林.火电工程建设中节能降耗措施的探讨[J].电力建设,2008,29（5）：69-72.

[5] 中国电力建设企业协会.电力建设低碳技术[M].北京：中国电力出版社,2010年.