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        燃氣供熱機組低碳運行方式分析

        2018-06-07 06:29:26史彩菊
        吉林電力 2018年2期

        史彩菊

        (北京京橋熱電有限責任公司,北京 100067)

        隨著環(huán)保要求的進一步嚴格,清潔能源裝機容量不斷提高。燃氣機組由于其環(huán)保、節(jié)能、啟停快等優(yōu)點,發(fā)展速度較快,截止2017年8月底,京津唐燃氣機組裝機容量達到11 174.58 MW,占全部裝機容量的15.07%,特別是在北京地區(qū),隨著四大熱電中心的建成投產(chǎn),燃煤機組已經(jīng)全部退出運行。現(xiàn)在北京地區(qū)燃氣裝機容量已達到8 197 MW,全部為供熱機組。保證燃氣供熱機組的清潔、高效、低碳經(jīng)濟運行,是發(fā)電行業(yè)的重要工作內(nèi)容之一。

        1 北京地區(qū)能源供應(yīng)現(xiàn)狀

        1.1 裝機規(guī)模及分布

        隨著節(jié)能減排和環(huán)境保護壓力的增大,北京市“十二五”規(guī)劃提出了“1+4+N”的供熱體系,即建成東南、東北、西南和西北四大天然氣熱電中心,形成“1+4+N”中心供熱體系。 東北熱電中心位于朝陽區(qū)高安屯,供熱能力為2 400×104m2;東南熱電中心 位于朝陽區(qū)王四營,供熱能力為3 900×104m2;西南熱電中心位于豐臺區(qū)草橋,供熱能力為2 100×104m2;西北熱電中心 位于石景山區(qū)高井,供熱能力為3 600×104m2。

        目前四大熱電中心已全部建成投產(chǎn),原有的燃煤機組也逐步退出市場,北京市的裝機類型全部為燃機清潔供熱發(fā)電,并以9F為主流機型。

        1.2 燃氣機組主要特性

        以某電廠“二拖一”機組為例對燃氣機組進行分析。該機組安裝2臺燃氣輪機、2臺余熱鍋爐、1臺蒸汽輪機,同步建設(shè)脫硝裝置。整套機組選型先進,能源利用率高,污染物排放少,主要有以下特點。

        a. 機組采用“二拖一+3S離合器+大旁路”的配置方案,可實現(xiàn)2臺燃機+兩臺余熱鍋爐+蒸汽輪機的“二拖一”運行和一臺燃機+一臺余熱鍋爐+蒸汽輪機的“一拖一”運行;還可以根據(jù)供熱需求實現(xiàn)純凝、抽凝、背壓甚至汽輪機全切工況等多種運行方式。

        b. 抽凝工況的最大供熱面積為1 000×104m2,背壓工況的最大供熱面積為1 200×104m2,設(shè)計有汽機全切工況,汽機全切工況下,供熱面積可達1 400×104m2,以應(yīng)對極端天氣或市政供熱特殊情況的需求,更好地擔負供熱企業(yè)的社會責任。

        c. 采用降噪消音型設(shè)計,廠界噪聲控制在45 dB,達到了噪音控制最高等級;同步建設(shè)高效脫硝裝置,氮氧化物排放質(zhì)量濃度7.3 mg/ m3,遠低于北京市30 mg/m3要求;二氧化硫和粉塵接近零排放;二氧化碳年排放約140×104t,與全國火電平均水平相比,減排約130 t。

        d. 機組采用燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)技術(shù),通過“熱電聯(lián)產(chǎn)”的工藝方式,將高品位能源用于發(fā)電,低品位能源用于供熱;通過鍋爐尾部加裝煙氣換熱裝置等能源梯級利用技術(shù),實現(xiàn)了清潔優(yōu)質(zhì)天然氣能源的高效利用,機組供熱季發(fā)電氣耗可低至0.136 m3,供熱工況下能源利用率最高可達89.74%。

        e. 整套機組實現(xiàn)了“全程智能化控制”,自動控制水平國內(nèi)領(lǐng)先,真正實現(xiàn)了全過程無斷點的一鍵式啟停,大大提高了系統(tǒng)操作的準確性、規(guī)范性,減輕了運行人員的勞動強度,縮短了機組啟停時間。

        2 低碳經(jīng)濟運行分析

        2.1 采暖期低碳經(jīng)濟運行分析

        機組冬季供熱運行設(shè)計有3種工況。全切工況為事故緊急情況下的特殊運行工況,不做詳述。冬季供熱量除了受環(huán)境氣溫變化而影響外,基本保持穩(wěn)定,因此,選擇滿足不同環(huán)境氣溫變化的供熱需求,以保供熱、保民生、提高外購電比例的能源供給原則,保持供熱量不變,分析背壓和抽凝2種方式運行的經(jīng)濟性。相同供熱量不同供熱工況機組運行參數(shù)見表1。

        從表1 可以看出,無論在供暖初期、中期、還是晚期,在各種穩(wěn)定的供熱需求下,背壓運行的供電碳排放強度、發(fā)電氣耗、單位燃氣量的盈利能力均優(yōu)于抽凝供熱運行,因此機組背壓運行無論在能源消耗、二氧化碳排放和單位燃氣量盈利能力方面,均表現(xiàn)出極高的低碳經(jīng)濟運行優(yōu)勢,因此冬季供熱,機組擬采用背壓供熱運行。

        2.2 非采暖期低碳經(jīng)濟運行分析

        每年3月下旬到5月初,9月初到11月上旬,是年度電力需求低迷階段,此階段,機組經(jīng)常處于“二拖一”低負荷(50%~60%)和“一拖一”運行的選擇中,本文通過實際運行數(shù)據(jù),從氣耗水平、碳排放強度和單位供電量盈利能力等方面綜合分析低碳環(huán)境下,非采暖期機組的經(jīng)濟運行方式?!岸弦弧迸c“一拖一”不同運行方式參數(shù)見表2。

        比較“二拖一”低負荷(50%負荷)和“一拖一”(40%負荷)運行,“二拖一”低負荷碳排放強度高、單位供電量盈利能力低,因此“二拖一”低負荷運行無論從能耗水平、碳排放強度和單位供電量盈利能力方面均不及“一拖一”運行。就利潤而言,“二拖一”低負荷(50%負荷)運行,優(yōu)于“一拖一”(40%~45%負荷),但這種優(yōu)勢隨著碳排放成本的增加不斷降低,當碳排放成本升高至85元以上時,“二拖一”低負荷運行,產(chǎn)量高帶來的利潤優(yōu)勢將不復(fù)存在,因此在爭取機組運行方式時,盡量“二拖一”較高負荷率(60%負荷以上)運行,否則應(yīng)權(quán)衡能耗水平、利潤和碳成本各方,平衡擇優(yōu)。

        表1 相同供熱量不同供熱工況機組運行參數(shù)

        表2 “二拖一”與“一拖一”不同運行方式數(shù)據(jù)

        3 結(jié)束語

        通過機組供暖季背壓抽凝不同運行方式、不同負荷純凝運行、年度機組運行產(chǎn)量安排等常態(tài)運行工況的分析比較,提出了在非供暖期負荷低迷時期,盡量避免“二拖一”低負荷運行(50%負荷),采取“一拖一”40%以上負荷運行;供熱季采取背壓運行的燃氣機組清潔、高效濟運行建議。

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