熱電聯(lián)產(chǎn)對(duì)NOX排放量的估算和治理方法的商榷

鐘史明

(東南大學(xué) 能源與環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210096)

摘要：通過摘錄文獻(xiàn)[1]各采暖方式計(jì)算結(jié)果、附表1、附表4和提出的結(jié)論，認(rèn)為北京市采暖方式不宜“煤改氣”。經(jīng)過對(duì)不同采暖方式NOX排放量的分析和重新計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)和結(jié)論顯然不同。由此可見，改善空氣質(zhì)量的根本途徑在于優(yōu)化改變我國以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)；除了燃煤火電機(jī)組“節(jié)能減排”升級(jí)外，對(duì)于在三北地區(qū)的特大城市，在天然氣有保障的條件下，應(yīng)采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電廠，實(shí)現(xiàn)集中供熱，熱電聯(lián)產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：熱電聯(lián)產(chǎn)；燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)；PM2.5；NOX排放

收稿日期：2015-04-28

作者簡介：鐘史明(1927-)，男，福建上杭人，教授，中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)熱電專委會(huì)副主任，享受國家特殊津貼專家，主要從事熱電動(dòng)力系統(tǒng)的研究。

DOI：10.13888/j.cnki.jsie(ns).2015.04.001

中圖分類號(hào)：X511

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-1603(2015)04-0289-08

Abstract：This article gives the conclusion that“coal to gas”is inappropriate to the heating system in Beijing through the calculating results from various extract literatures`([1]).The NOx emission has different result with different heating methods according to the analysis and recalculation.Therefore,the basic way to refine the air quality is to optimize the energy structure of priority to coal.Besides the coal plants go up “Energy Saving Emission Reducing”,the megalopolises in three north regions should develop the gas turbine combine cycle CHP plant to fulfill the centralized heating and cogeneration.

文獻(xiàn)[1]作者對(duì)我國北京等地近來頻發(fā)霧霾天氣感到十分嚴(yán)峻，評(píng)論疾呼加速治理。經(jīng)過分析研究計(jì)算后，建議北京市冬季采暖熱源方式應(yīng)采用我國自主研發(fā)的高效清潔技術(shù)的燃煤熱電廠，其NOX的排放量，僅為燃?xì)鉄犭姀S熱源的13%左右，甚至低于天然氣鍋爐供熱時(shí)的NOX排放量。因此，北京市冬季采暖方式不宜"煤改氣"，這是符合我國國情的能源利用方式，不僅能高效、清潔地利用我國豐富的煤炭資源，而且大量減少NOX的排放量，從而降低二次顆粒物的數(shù)量，緩解嚴(yán)重的霧霾天氣。

作出如此結(jié)論的關(guān)鍵是：采用哪種采暖方式所造成的NOX排放量最低？要核對(duì)計(jì)算可比條件是否在同一個(gè)起點(diǎn)上？原計(jì)算是否公平合理？這些問題值得商榷。

1文獻(xiàn)[1]中各采暖方式的主要設(shè)定條件、計(jì)算結(jié)果和重點(diǎn)論點(diǎn)摘錄

1.1設(shè)定條件與采暖方式比較系統(tǒng)

1)供熱面積為1億m2，設(shè)計(jì)熱指標(biāo)為50 W/m2。

2)第一種采暖方式是燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)(如圖1所示)通過抽凝式汽輪機(jī)抽汽供熱。其設(shè)計(jì)工況下的發(fā)電功率為0.38萬MW，采暖期瞬時(shí)燃料消耗量為1 367 tce/h，采暖期燃料總耗量為394萬tce；NOX瞬時(shí)排量為2.7 t/h，采暖期NOX總排量為0.8萬t。

3)第二種采暖方式是燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)(如圖2所示)通過燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)進(jìn)行供熱。在設(shè)計(jì)工況下，發(fā)電功率為0.70萬MW，瞬時(shí)燃料消耗量為154萬m3/h，NOX瞬時(shí)排量為2.3 t/h；采暖期燃料總耗量為44.4億m3天然氣，NOX總排量為0.7萬t。

圖1　燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)

圖2　燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)集中供熱系統(tǒng)

1.2常規(guī)“煤改氣”不可取

上述2種采暖方式“煤改氣”后，熱電廠在采暖期的NOX總排量為0.7萬t，僅比燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式少0.1萬t。相較于燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)并沒有顯著地減少NOX的排放量，對(duì)于緩解PM2.5造成霧霾天氣的效果不顯著。

1.3清潔高效燃煤技術(shù)熱電廠

在采用上海外高橋第三發(fā)電廠自主研發(fā)的先進(jìn)、高效的清潔燃煤技術(shù)后，2臺(tái)1 000 MW超超臨界機(jī)組發(fā)電效率高約45%(273.3 g/kW·h)。配置高效濕法脫硫裝置，SO2排放僅為0.47 kg/tce。鍋爐配置低NOX同軸燃燒系統(tǒng)，增加煤粉細(xì)度的制粉系統(tǒng)和SCR脫硝系統(tǒng)，使NOX排放量僅為0.37 kg/tce，遠(yuǎn)低于國家目標(biāo)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)4.5 kg/tce。將該技術(shù)運(yùn)用到熱電聯(lián)產(chǎn)中，經(jīng)計(jì)算，供熱量相同，發(fā)電功率不同，NOX排放量將大幅減少。基于上海外高橋電廠技術(shù)的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)，采暖期燃料消耗總量為553萬tce，采暖期NOX總排量為0.2萬t，低于燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方式。

1.4擴(kuò)大低溫余熱利用吸收式換熱技術(shù)

在上海外高橋的清潔高效燃燒技術(shù)用于熱電聯(lián)產(chǎn)的基礎(chǔ)上，加上部分提取循環(huán)冷卻水(冷源損失)吸收式換熱技術(shù)，可以減少系統(tǒng)的換熱不可逆損失，提高管網(wǎng)的熱輸送能力，充分回收電廠乏汽余熱最佳方案。經(jīng)計(jì)算，在設(shè)計(jì)工況下的發(fā)電功率為0.16萬MW，供熱量相同，瞬態(tài)燃料消耗量為878 tce/h，采暖期消耗總量為253萬tce，NOX瞬時(shí)排量為0.33 t/h，NOX總排量為0.09萬t。該系統(tǒng)的NOX排放量遠(yuǎn)低于燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方式，僅為普通燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的11%，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)的13%及燃?xì)忮仩t的45%。

這樣，一來能夠高效利用我國供應(yīng)充足的煤炭資源，符合我國能源結(jié)構(gòu)；二來能大幅降低NOX的排放量，達(dá)到改善大氣質(zhì)量，緩解嚴(yán)重霧霾現(xiàn)象，因此，北京不宜進(jìn)行熱電聯(lián)產(chǎn)“煤改氣”。

1.5附原表1、原表4

不同采暖方式單位燃料NOX的排放強(qiáng)度如表1(原表1)所示，不同采暖方式的能耗和排綜合比較如表2(原表4)所示。

表1中列舉出不同采暖方式單位燃料(同樣熱量的燃料)的NOX的排放強(qiáng)度。大型燃煤鍋爐熱電聯(lián)產(chǎn)方式的NOX排放量為2 kg/tce，相當(dāng)于每m3煙氣中NOX的含量為200 mg。大型天然氣鍋爐的NOX排放強(qiáng)度是0.8 kg/tce，而天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)因?yàn)樾枰細(xì)庹魵饴?lián)合循環(huán)，為了保證較高的發(fā)電效率，其燃燒溫度較高，所以NOX排放強(qiáng)度高于天然氣鍋爐，為1.2 kg/tce，相當(dāng)于每m3煙氣中NOX的含量為50 mg。由此可見，在消耗同樣熱量的燃料時(shí)，燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)NOX的排放量為常規(guī)大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的60%。

表1　原表1不同采暖方式單位燃料NO X的排放強(qiáng)度

表2　原表4不同采暖方式的能耗和排放的綜合比較

2熱電聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)生的NOX估算

2.1化成可比條件使之公平合理

原文對(duì)不同采暖方式的計(jì)算是基于供熱量相等(采暖面積為1億m2)、投入燃料量和發(fā)電量不同、在同一時(shí)間段估算得出NOX的排放量列于原表4。其中指出，在一個(gè)采暖期內(nèi)NOX的總排量：

方式一：常規(guī)大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式投入394萬tce，NOX的總排量為0.8萬t；

方式三：燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方式投入天然氣44.4億m3，NOX的總排量為0.7萬t；

方式四：外高橋技術(shù)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式投入標(biāo)553萬tce，NOX的總排量為0.2萬t。

燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)投入NG量折成標(biāo)煤量為521萬tce，遠(yuǎn)大于常規(guī)燃煤熱電394萬tce，而方式四與方式一的供熱量相同，發(fā)電功率為0.34萬MW<0.38萬MW，投入的燃煤量方式四為553萬tce>方式一的394萬tce，顯然有矛盾，表明方式四的計(jì)算結(jié)果不可信。

因此，應(yīng)按熱電聯(lián)產(chǎn)可行性研究計(jì)算方法進(jìn)行估算：不同采暖方式均與某年全國6 MW及以上熱電機(jī)組平均(發(fā)電)供電標(biāo)煤耗、平均供熱標(biāo)煤耗進(jìn)行比較。為使投入能源量相同，多投入量必須從節(jié)能量中扣除，然后計(jì)算得出的節(jié)能量和污染物減排量再與比較方案中的對(duì)應(yīng)參數(shù)進(jìn)行比較，以此得出的結(jié)果來評(píng)價(jià)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)與燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的NOX排放量，才是可信的。

2.2按可行性研究熱電聯(lián)產(chǎn)節(jié)能減排算法估算

比較的對(duì)象：2013年6 MW及以上火電機(jī)組全國平均發(fā)電標(biāo)煤耗率為311 g/kW·h、平均供電標(biāo)煤耗率為321 g/kW·h及其熱電聯(lián)產(chǎn)供熱標(biāo)煤耗為39.8 kg/GJ；

一個(gè)采暖期：5月×30 d/月×24 h/d=3 600 h；

年均負(fù)荷率：80%。

1)燃?xì)饴?lián)合循環(huán)熱電廠

SGT5-4000F(上海西門子)、M701FA(東方三菱)和PG931FA/FB(哈爾濱奇異)是當(dāng)今我國使用較多的F級(jí)聯(lián)合循環(huán)熱電機(jī)組。當(dāng)天然氣低位熱值為34 535 kJ/Nm3時(shí)，在設(shè)計(jì)工況下，年均發(fā)電氣耗為0.146 Nm3/kW·h，折算成年均發(fā)電熱耗率為0.146×34 535=5 042.11 kJ/kW·h，折算成標(biāo)煤耗率為172.2 g/kW·h，發(fā)電效率高達(dá)71%左右。

①發(fā)電節(jié)能ΔB電

一個(gè)采暖期燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)發(fā)電量為

W電=0.7萬MW3 600×0.8=2 016萬 MW·h=20.16 GkW·h

ΔB電=(0.311-0.172 2)W電=2 798 108t≈279.8萬tce

②供熱節(jié)能ΔB熱

由于供熱熱效率為鍋爐熱效率與熱綱效率的乘積，F(xiàn)級(jí)燃機(jī)三壓再熱系統(tǒng)余熱鍋爐效率在90%左右，廠內(nèi)熱網(wǎng)效率在98%左右，供熱效率為88%左右，取87%，所以供熱標(biāo)煤耗率為34.5 kg/GJ÷供熱熱效率=34.5/0.88=39.2 kg/GJ。

采暖期供熱量為50 w/m2×1億m2×3 600 h×0.8×3 600 kJ/kW·h=5 184萬GJ。

供熱節(jié)標(biāo)煤ΔB熱為ΔB熱=供熱量×(39.8-39.2)=3.11萬t。

③熱電總節(jié)能ΔB

ΔB=ΔB電+ΔB熱=279.8+3.11=282.91萬tce≈282.9萬tce

2)燃煤蒸汽循環(huán)熱電廠

①發(fā)電節(jié)能ΔB電

當(dāng)今大型燃煤電廠功率都在600～1 000 MW，超臨界或超超臨界機(jī)組的供電標(biāo)煤耗在290～300 g/kW·h。大型燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)的熱電比為1.32，熱電廠的發(fā)電效率為50%，發(fā)電標(biāo)煤耗為240 g/kW·h，則

ΔB電=(0.311-0.240)W電=77.702萬tce

②供熱節(jié)能ΔB熱

在供熱面積與供熱量相同的條件下，大型鍋爐的供熱熱效率和熱網(wǎng)基本相似，取大型鍋爐效率為92%，熱網(wǎng)效率為98%，供熱效率為90%左右(取90%)，供熱標(biāo)煤耗為34.5 kg/GJ÷供熱熱效率=34.5/0.9=38.3 kg/GJ，則ΔB熱供熱量×(39.8-38.3)=7.776萬tce。

③熱電總節(jié)能ΔB

ΔB=ΔB電+ΔB熱=85.478萬tce

3)與燃煤熱電廠相比，燃?xì)饴?lián)合循環(huán)的節(jié)能(節(jié)標(biāo)煤)計(jì)算

①燃?xì)獗热济簾犭姀S多投入標(biāo)煤ΔB0為

ΔB0=44.4×104×[24 535/(7 000×4.181 6)]-394=129.2萬tce

②燃?xì)馀c燃煤熱電廠在投入相同、產(chǎn)出熱量相同、發(fā)電量不同時(shí)，燃?xì)獾墓?jié)標(biāo)煤為

ΔB氣=282.9-129.2=153.7萬tce

③燃?xì)獗热济簾犭姀S多的節(jié)標(biāo)煤為

ΔB可比=153.7-85.478=68.222萬tce

4)燃用不同燃料產(chǎn)生的NOX估算

當(dāng)今大型機(jī)組在低氮燃燒與脫硝技術(shù)支持下都能達(dá)到環(huán)保要求，但目前仍有差別。F級(jí)大型燃機(jī)的煙氣中，NOX濃度的實(shí)際排放量可控制在12 PPm以下，最低可達(dá)6 PPm，其排放強(qiáng)度在0.4～0.6 kg/tce之間。國家標(biāo)準(zhǔn)為25 PPm、1.2 kg/tce，北京標(biāo)準(zhǔn)為15 PPm、0.7 kg/tce，故取0.56 kg/tce。而超臨界和超超臨界大型燃煤機(jī)組經(jīng)脫硝技術(shù)處理后，NOX排放強(qiáng)度在1～3 kg/tce，取2 kg/tce。則燃?xì)獗热济簾犭娐?lián)產(chǎn)相比，NOX減排量△NOX為

△NOX=394萬tce×(2-0.56)=5 673.6 t

5)基于上海外高橋技術(shù)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)

原文表4中指出：投入燃料不同，供熱量相同，發(fā)電量不同。常規(guī)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)在一個(gè)采暖期的燃料消耗量為394萬tec、供熱量為5 184萬GJ、發(fā)電量為13.68 GkW·h。而基于外高橋技術(shù)燃料熱電聯(lián)產(chǎn)的燃料消耗量為553萬tec、供熱量5 184萬GJ、發(fā)電量僅有0.34萬MW3 600 h0.89.792 GkW·h，反而比常規(guī)燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)少。估計(jì)原作者對(duì)外高橋技術(shù)熱電聯(lián)產(chǎn)燃料投入太多有誤？553-394=159萬tcc，而發(fā)電功率比燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)少，0.34-0.38=-0.04萬MW，在供熱相同的情況下，效率比常規(guī)燃煤電廠又高，為何燃煤投入反而這樣多？值得商榷，宜不作估算為妥。

3節(jié)能減排估算結(jié)果與分析

3.1對(duì)比估算結(jié)果

表3　投入相同、產(chǎn)出供熱量相同、發(fā)電量不同時(shí)的節(jié)能減排參數(shù)

表4　投入相同、產(chǎn)出供熱相同、發(fā)電量不同時(shí)

3.2結(jié)果分析

1)從表4中可見，在一個(gè)采暖期，燃?xì)獗热济簾犭娐?lián)產(chǎn)節(jié)標(biāo)煤68.222萬t，可使北京市NOX減排3 070 t，加上投入相同熱量394萬tce，燃用天然氣比燃煤可使NOX的減排量達(dá)到5 673.6 t，兩項(xiàng)合計(jì)為8 743.6 t，超過了原文表4燃煤熱電廠在一個(gè)采暖期的NOX總排放量。

2)方式三投入的瞬時(shí)燃料消耗量為1 922 tce/h，采暖期為553萬tce過多，而發(fā)電功率僅為0.34萬MW。而方式二的瞬時(shí)燃料消耗量為1 367 tce/h，采暖期僅為394萬tce，但發(fā)電功率為0.38萬MW，比3方式多0.04萬MW，而投入的燃料反而少159萬tce，兩者對(duì)比，顯然有誤，故方式一與方式三的節(jié)能量和減排量不宜作對(duì)比。

4據(jù)原作者表4中數(shù)據(jù)測(cè)算燃?xì)馀c燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)NOX

1)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)方式的燃料耗量為NG44.4億m3，折算成標(biāo)煤為523.2萬t，發(fā)電量為20.16 GkW·h，供熱量為5 184萬GJ，NOX總排量為0.7萬t(國標(biāo))；而燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式的燃料耗量為394萬tce，發(fā)電量為10.944 GkW·h，供熱量為5 184萬GJ，NOX總排量為0.8萬t。

ΔNOX1=NOX煤-NOX氣=0.8萬t-0.7萬t=0.1萬t

2)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)多發(fā)電量由燃煤電廠供應(yīng)折耗標(biāo)煤量：

ΔW=20.16 GkW·h-10.944 GkW·h=9.216 GkW·h

ΔB=ΔW×b供=9.216 GkW·h×0.321 kg/kW·h=295.9萬tce

3)扣除燃?xì)獗热济憾嗤度肴剂系墓?jié)煤量ΔB′：

ΔB′=ΔB-(523.2-394)=295.9-129.2=166.7萬tce

4)燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)多發(fā)電量使燃煤電廠少耗標(biāo)煤NOX減排量：

①按國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)(4.5 kg/tce)計(jì)算：

NOX2=ΔB′×4.5=166.7×4.5=750.15×104kg=7 501.5 t

②按上海外高橋電廠技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(0.37 kg/tce)計(jì)算：

③按當(dāng)今運(yùn)行燃煤電廠脫硝SCR技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(2 kg/tce)計(jì)算：

NO″X2=ΔB′×2=166.7×2=333.4 萬kg=3 334 t

5)燃?xì)鈱?duì)比燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)NOX減排量：

ΔNOX=ΔNOX1+ΔNOX2=1 000+7 501.5=8 501.5 t

6)小結(jié)

按原作者附表3、附表4中數(shù)據(jù)估算結(jié)果：按國家標(biāo)準(zhǔn)，燃?xì)獗热济簾犭娐?lián)產(chǎn)△NOX減排量為8 501.5 t；按上海外高橋電廠技術(shù)減排標(biāo)準(zhǔn)的減排量為1 616.79 t；按當(dāng)今運(yùn)行電廠SCR脫硝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的減排量為4 334 t，減排量也很可觀。

5基于外高橋技術(shù)再采用吸收式換熱技術(shù)的燃煤熱電廠

作者提出基于外高橋技術(shù)，再采用吸收式換熱技術(shù)的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)方式，是最完美的采暖方式。但應(yīng)鄭重提出：對(duì)于燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電廠，F(xiàn)級(jí)底部循環(huán)采用三壓再熱式余熱利用，其蒸汽輪機(jī)亦完全可以同樣采用吸收式換熱技術(shù)，以減小整個(gè)系統(tǒng)的換熱不可逆損失，降低熱網(wǎng)溫度(從60 ℃降到20 ℃)，充分回收電廠乏汽余熱，減少冷源損失，節(jié)約燃料。

由于該系統(tǒng)參數(shù)不清楚，且基于上海外高橋技術(shù)的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)，投入的燃料過大(比燃煤熱電廠)有誤，此方案也迷惑，故不作對(duì)比估算。

6不同供熱熱源在同一標(biāo)準(zhǔn)框架下排放NOX計(jì)算的比較

即便以文獻(xiàn)[1]不同供熱熱源基于供熱量相同、投入燃料量和發(fā)電量不同，在同一采暖時(shí)間段估算得出NOX的排放量，也應(yīng)遵循同一標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行比較。如同以國標(biāo)，或北京標(biāo)準(zhǔn)，或國內(nèi)最先進(jìn)指標(biāo)計(jì)算，而不是燃?xì)夥矫娌捎脟鴺?biāo)，燃煤方面卻采用最新試運(yùn)行的記錄進(jìn)行跨越式對(duì)照。

以9F級(jí)燃?xì)夤釞C(jī)組和燃煤熱電機(jī)組分別在國標(biāo)和目前國內(nèi)最先進(jìn)指標(biāo)的條件下，取其相同采暖時(shí)間段估算得出NOX的排放量，列于表5。其中，F(xiàn)級(jí)采用 “二拖一”燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，機(jī)組效率為89.33%(供熱工況，性能保證工況)，每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)出力為323.24 MW，余熱鍋爐為三壓、無補(bǔ)燃式，汽輪機(jī)為三壓、再熱、雙缸、可背壓、可純凝式，出力為153.73 MW(供熱工況)，燃?xì)獾臀话l(fā)熱量(LHV)約為35.386 8 MJ/m3。

由表5所列結(jié)果可以看出，9F燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)與燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)在供應(yīng)相同熱量的情況下，無論是以國家標(biāo)準(zhǔn)、北京標(biāo)準(zhǔn)(燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)取岳光溪院士的數(shù)據(jù))還是以國內(nèi)最新技術(shù)指標(biāo)作為計(jì)算參照，9F燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)在采暖期的NOX總排放量總是具有優(yōu)勢(shì)的。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)“煤改氣”工程要比維持現(xiàn)狀或“煤改煤”工程不僅能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的NOX減排效果，同時(shí)能大幅提高能效，還可以節(jié)約大量的用水。

表5　不同采暖方式的能耗和排放在不同標(biāo)準(zhǔn)下的比較

7大型燃機(jī)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代大型城市熱電聯(lián)產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)

7.1燃用NG“F”級(jí)燃機(jī)的NOX排放近況

F級(jí)燃機(jī)燃用的天然氣含H2S量較低，排放的SO2量較少，幾乎無煙塵排放，而含N2僅占V(%)1.151。燃機(jī)制造廠在燃用NG時(shí)，采用干式低氮燃燒設(shè)備DLN和干氨催化還原裝置SCR來將NOX的濃度控制在12 ppm以下，減少燃燒過程中NOX排放量。在重點(diǎn)控制區(qū)，在天然氣有保障的條件下，特大城市(如北京市)建議采用此方案，使實(shí)際排放濃度控制在24 mg/Nm3左右，低于國標(biāo)(50 mg/Nm3)一倍以上。

當(dāng)今燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)NOX排放的最優(yōu)指標(biāo)是：國內(nèi)為深圳、南山燃機(jī)電廠的9 PPm，國外為日本東京燃機(jī)電廠的5 PPm。

7.2采用天然氣“煤改氣”熱電聯(lián)產(chǎn)是改變發(fā)電能源結(jié)構(gòu)提高節(jié)能改造升級(jí)版的舉措

2013年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)：石油18.2%、天然氣5.1%、煤67.1%、核能0.9%、水電7.2%、可再生能源1.5%。天然氣在全球占一次能源消費(fèi)的23.7%，全球NG產(chǎn)量增長1.1%，消費(fèi)量增長了1.4%。除歐洲和歐亞大陸以外，其他各地區(qū)的增長值均低于平均水平。美國的NG生產(chǎn)增加了1.3%，仍是世界上最大的NG生產(chǎn)國，俄羅斯增加了2.4%，中國增加了9.5%。

在世界主要國家能源消費(fèi)中，天然氣所占比例在27%～30%，中國占5.1%，遠(yuǎn)低于23.7%的世界平均水平。中國煤炭消費(fèi)占比為67.1%(比2012年68.5%有下降)，仍遠(yuǎn)高于25.8%的世界平均水平?？稍偕茉?不含水電)占比為2.2%，高于2011年的1.6%和2012年的1.9%，含水電在內(nèi)的可再生能源占比為8.9%。可再生能源(不含水電)在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比最高的國家為德國，分別為2012年的8.3%和2013年的9.1%。中國煤炭消費(fèi)仍占據(jù)能源消費(fèi)的主導(dǎo)地位，預(yù)計(jì)在未來20年內(nèi)無法發(fā)生根本性地改變。為了改善空氣質(zhì)量，在有燃?xì)獾某擎?zhèn)，采暖方式采用燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)是必然的選擇。

8結(jié)語

1)對(duì)于化石能源熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱、節(jié)能減排方案的比較，一定要建立在公平合理的條件上，投入燃料不同時(shí)要按照可比性使之投入相等，才能在同一起點(diǎn)上進(jìn)行對(duì)比，才是有意義的。

2)以北京市為例，核算了燃?xì)饴?lián)合循環(huán)熱電廠和燃煤蒸汽循環(huán)熱電廠在同一條件下、投入燃料折成標(biāo)煤相等、供熱量相等、發(fā)電量不等時(shí)的一個(gè)采暖期(5個(gè)月)的節(jié)能減排量，特別是對(duì)NOX、SO2和顆粒物進(jìn)行了計(jì)算，得出了表3、表4，足見燃?xì)鉄犭娐?lián)產(chǎn)對(duì)比常規(guī)燃煤熱電廠可節(jié)標(biāo)煤量68.222萬tce，使污染大氣造成PM2.5的元兇—NOX減少了3 010 t、SO2減少了1 364.4 t、顆粒物減少了341.1 t、溫室氣體CO2減少了199.6萬t。加上燃?xì)馊济合嗤瑹嶂盗咳紵墒筃OX減排量達(dá)到5 673.6 t，兩項(xiàng)合計(jì)可使NOX的減排量達(dá)到8 743.6 t，超過了原文表4中燃煤電廠一個(gè)采暖期的NOX總排量。同時(shí)，按原文表4中數(shù)據(jù)測(cè)算，燃?xì)獗热济簾犭娐?lián)產(chǎn)可減排NOX：按國標(biāo)估算為0.85萬t，按上海外橋電廠技術(shù)估算為1 617 t，按當(dāng)今運(yùn)行電廠SCR脫硝技術(shù)估算為4 334 t，足見其顯著地降低NOX排放量。按表3條件估算9F燃?xì)獗热济簾犭娐?lián)產(chǎn)，在供熱量相同時(shí)，在不同排放標(biāo)準(zhǔn)下比較可知：燃?xì)獗热济悍绞剿a(chǎn)生的NOX排放量總是低的。所以，在PM2.5污染嚴(yán)重地區(qū)，在天然氣有保障的條件下，采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)方式新建或改建熱電廠是必然的選擇。

3)2013年世界主要國家能源消費(fèi)中天然氣占比在27%～30%，而我國只占5.1%，但燃煤占了67.1%。為改變能源結(jié)構(gòu)，貫徹煤電節(jié)能減排升級(jí)版，實(shí)現(xiàn)“三降低、三提高”，即降低供電煤耗，降低污染物排放，降低煤炭占能源消費(fèi)比重，提高安全運(yùn)行質(zhì)量，提高技術(shù)裝備水平，提高電煤占煤炭消費(fèi)比重。燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)熱電廠可降低供電煤耗，降低污染物排放，降低煤炭占能源消費(fèi)的比重，提高安全運(yùn)行質(zhì)量和技術(shù)裝備水平，為節(jié)能減排創(chuàng)造物質(zhì)條件，為促進(jìn)以低炭為中心的能源革命和人類世界可持續(xù)發(fā)展作貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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Discussion of Estimation and Treatment Method on

Lower NOXEmissions for CHP Plant

ZHONG Shi-ming

(College of Energy and Environmental,Southeast University,Nanjing 210096,Jiangsu Province)

Key words： CHP;gas-steam combined cycle;PM2.5;NOXemission

(責(zé)任編輯張凱校對(duì)佟金鍇)