白尊亮

(上海市節(jié)能減排中心有限公司，上海 200003)

1 計(jì)算基礎(chǔ)及方法

燃煤機(jī)組往往有完善的排放監(jiān)測(cè)設(shè)施，其單位煤量的粉塵、二氧化硫和氮氧化物的排放率都有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)組對(duì)外供熱部分的大氣污染物排放量時(shí)，所采用的方法是先根據(jù)供熱量及鍋爐效率，折算出因供熱所消耗的煤量，然后根據(jù)機(jī)組單位煤量的污染物排放率計(jì)算出因供熱所產(chǎn)生的大氣污染物排放量。

(1)

式中Mx──年大氣污染物的排放量，t，其中x表示粉塵、二氧化硫和氮氧化物等不同的污染物；P──大氣污染物的排放率，t/t；Q──年對(duì)外供熱量，GJ；B──年鍋爐煤炭消耗量，t；H──煤炭平均低位發(fā)熱量，kJ/kg；ηb──鍋爐效率，%。

這種計(jì)算方法主要采用熱力學(xué)第一定律的熱效率法，直接將對(duì)外供熱蒸汽品質(zhì)等同于鍋爐主蒸汽的品質(zhì)，所有蒸汽的污染物排放量等效于主蒸汽的排放量。而集中供熱中不同參數(shù)的蒸汽品質(zhì)并不相同，大部分已經(jīng)參與做功發(fā)電，因此供熱蒸汽的實(shí)際排放量應(yīng)小于主蒸汽的等效排放量。

e=h-T0s

(2)

ei=hi-T0Si

(3)

式中i——汽輪機(jī)汽缸的第i級(jí)抽汽。

從汽缸抽取的供熱蒸汽已經(jīng)參與部分做功過程，其做功能力僅相當(dāng)于主蒸汽的一部分，定義抽汽的大氣污染物排放量與抽等量主蒸汽供熱時(shí)的大氣污染物排放量比值為抽汽的大氣污染物排放因子，計(jì)算公式：

ai=ei/em

(4)

式中m——汽輪機(jī)主蒸汽。

Δere=h1-h2-T0(S1-S2)

(5)

因此，考慮減溫減壓有效能損失后的抽汽供熱蒸汽的排放因子：

(6)

若燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組對(duì)外供應(yīng)j種參數(shù)的蒸汽，則在計(jì)算得到每種參數(shù)蒸汽的排放因子后，總排放因子采用加權(quán)平均方法計(jì)算：

(7)

因此，集中供熱蒸汽產(chǎn)生的大氣污染物排放量Mx′：

Mx′=atotalMx

(8)

2 供熱需求及熱源概況

某石化企業(yè)主要為乙烯生產(chǎn)配套，生產(chǎn)工藝需要超高壓蒸汽(SHS)和高壓蒸汽(HS)，年運(yùn)行時(shí)間8 400 h，年需求超高壓蒸汽202萬t，折合696萬GJ；蒸汽185萬t，折合585萬GJ?？傆?jì)年需求蒸汽387萬t，折合1 281萬GJ。蒸汽參數(shù)見表1。

表1 某石化企業(yè)供熱需求

該石化企業(yè)原采用自建天然氣鍋爐供熱，現(xiàn)擬采用毗鄰該石化企業(yè)的燃煤電廠供熱，電廠裝機(jī)容量2×1 000 MW，主蒸汽參數(shù)26.25 MPa/600℃/600℃，汽輪機(jī)型號(hào)N1000-26.25/600/600，鍋爐型號(hào)SG-2956/27.46-M534，發(fā)電機(jī)型號(hào)THDF125/67。鍋爐效率為94%，發(fā)電效率為48.42%，廠用電率為4.4%，額定工況發(fā)電標(biāo)煤耗為272.32 gce/kWh。

目前燃煤電廠機(jī)組已經(jīng)向外界供應(yīng)高壓蒸汽(5 MPa、330℃)100 t/h，中壓蒸汽(3 MPa、330℃)100 t/h。為滿足該石化企業(yè)新增的供熱需求，燃煤機(jī)組須進(jìn)行技術(shù)改造，包括汽輪機(jī)高壓缸整體改造、主蒸汽管新增一路減溫減壓器等。

根據(jù)所需蒸汽參數(shù)，當(dāng)燃煤機(jī)組供熱時(shí)，超高壓蒸汽需從機(jī)組的主汽或零級(jí)抽汽(即補(bǔ)汽閥口)供應(yīng)，高壓蒸汽從零級(jí)或一級(jí)抽汽供應(yīng)。改造后主汽新增減溫減壓器通流能力滿足石化企業(yè)超高壓蒸汽400 t/h，改造后的零級(jí)抽汽的抽汽能力滿足高壓蒸汽400 t/h，改造后的一級(jí)抽汽能力滿足中壓蒸汽(3 MPa、330℃)200 t/h。

3 算例計(jì)算及分析

圖1 不同計(jì)算方法的排放因子對(duì)比圖

按照電廠的供熱運(yùn)行方式，在單機(jī)機(jī)組負(fù)荷低于600 MW時(shí)，石化企業(yè)所需的超高壓蒸汽需要采用主汽減溫減壓方式供汽，其中主蒸汽減溫減壓供240 t/h超高壓蒸汽，一抽供220 t/h高壓蒸汽。單臺(tái)機(jī)組在600 MW負(fù)荷以上運(yùn)行時(shí)，從汽輪機(jī)高壓缸抽汽，其中零抽供240 t/h超高壓蒸汽，一抽供220 t/h高壓蒸汽。為滿足電網(wǎng)調(diào)度要求，燃煤機(jī)組負(fù)荷基本上大于600 MW，僅在電網(wǎng)調(diào)峰困難的每年5～6月、9～10月期間約有90天的時(shí)間全廠一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行，且有部分時(shí)段機(jī)組負(fù)荷低于600 MW(每天約4 h，全年折合約15天)。匹配供熱需求的機(jī)組全年供汽方式見表2。

表2 機(jī)組供汽方式

燃煤機(jī)組全年主蒸汽抽汽8.28萬t，高壓缸零級(jí)抽汽200.91萬t，高壓缸一級(jí)抽汽177.20萬t。結(jié)合運(yùn)行方式進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，集中供熱的整體排放因子為0.819。

該燃煤機(jī)組電廠采用靜電除塵、濕法脫硫及SCR脫硝工藝，2019年的煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放平均濃度分別為0.54,10.91,19.63 mg/Nm3，排放總量分別為15.94,340.29,611.10 t，原煤消耗量為401萬t，煤炭平均熱值18 840 kJ/kg。對(duì)石化企業(yè)集中供熱后，年原煤消耗量增加72萬t。采用傳統(tǒng)方法計(jì)算出的集中供熱年煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放總量分別為2.86,61.10,109.72 t。則采用本文的分析方法后的集中供熱年煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放總量分別為2.34,50.02,89.83 t，詳見圖2。

圖2 計(jì)算結(jié)果對(duì)比圖

4 結(jié)語

從計(jì)算結(jié)果可以看出，基于本文分析法的燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的污染物排放計(jì)算結(jié)果小于傳統(tǒng)計(jì)算方法的計(jì)算結(jié)果。該方法計(jì)算結(jié)果能夠區(qū)分供熱蒸汽的品質(zhì)及做功水平，可更為真實(shí)、準(zhǔn)確地反應(yīng)集中供熱的正向環(huán)保效益，因此采用熱電聯(lián)產(chǎn)形式的集中供熱應(yīng)值得大力推廣。