改變行業(yè)“定式” 攀登效率極限

　　根據(jù)最近公布的《2009年浙江省能源利用白皮書》顯示，全省擁有地方熱電企業(yè)126家，裝機382萬千瓦，供熱3.2億吉焦，發(fā)電205億千瓦時，熱電比498%，發(fā)電煤耗314克/千瓦時，供熱煤耗37.9公斤/吉焦。無論能耗、熱電比、供熱集中度、環(huán)保都居全國前列，為加快產(chǎn)業(yè)集聚、提高能源利用率，減少污染物排放等方面發(fā)揮了巨大的作用。
　　今年8月，浙江省經(jīng)信委提出了《浙江省熱電行業(yè)改造升級的指導(dǎo)意見》（以下簡稱《指導(dǎo)意見》）。要落實《指導(dǎo)意見》，讓熱電行業(yè)為浙江省節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮更大作用，就必須改變傳統(tǒng)的行業(yè)“常規(guī)定式”，用科技創(chuàng)新攀登脫硫效率、降硝效率、除塵效率、全廠熱效率、全廠火用效率的理論極限，把熱電聯(lián)產(chǎn)辦成真正清潔高效的可持續(xù)發(fā)展的行業(yè)。
　　一、不改變行業(yè)“常規(guī)定式”，就不可能再大幅提升效率
　　對于熱電行業(yè)的節(jié)能減排，主要以“五個效率”為量化指標：煙氣脫硫率、煙氣降硝率、除塵率、全廠熱效率、全廠火用效率，其中前三個指標有關(guān)減排，后兩個指標有關(guān)節(jié)能。一般認為，對燃煤電廠，達到煙氣脫硫脫硝率98%，除塵率99.99%，熱效率90%，火用效率43%即是現(xiàn)有科技條件下的效率極限。依靠科技創(chuàng)新和管理創(chuàng)新，攀登上述效率極限，即是熱電行業(yè)節(jié)能減排的有效途徑。
　　從表1、表2中可以看出，浙江省熱電行業(yè)供電供熱煤耗已遠低于全國大火電平均，也低于30萬千瓦純凝機組，與30萬千瓦供熱機組相當。根據(jù)中電聯(lián)《2009年電力行業(yè)統(tǒng)計信息匯編》，各省熱電行業(yè)平均供電煤耗均高于各省大火電。浙江省熱電行業(yè)在節(jié)能方面已經(jīng)走在了全國先列。要進一步提高效率，就必須打破常規(guī)，改變行業(yè)“定式”，走創(chuàng)新之路。
　　二、改變常規(guī)“定式”，將脫硫降硝率提高到95%以上。
　　浙江省有關(guān)部門（經(jīng)貿(mào)委）早在2000年就規(guī)定，對于熱電聯(lián)產(chǎn)項目，不采用循環(huán)流化床鍋爐（CFB）就不批。這為SO2和NOX的進一步減排創(chuàng)造了很好的物質(zhì)條件。
　　首先，CFB是天然的低氮燃燒鍋爐。由于CFB燃燒溫度低，在850℃到930℃之間，遠低于常規(guī)煤粉爐和鏈條爐1350℃左右的燃燒溫度。所以生成NOX極少。現(xiàn)行國家標準火電廠NOX排放標準是650mg/NM3以下，常規(guī)鍋爐如果僅靠燃燒調(diào)整，不裝爐外脫硝系統(tǒng)，很難達到。而CFB鍋爐一般在150 mg/NM3左右，所以浙江省環(huán)保部門經(jīng)過長期驗證，決定對CFB鍋爐實行NOX排放免檢。
　　同時，進一步降低NOX排放，就必須打破“定式”，降低燃燒溫度，甚至實行兩級脫硝。實踐證明，石灰石脫硫的最佳溫度是820—880℃。而低溫燃燒也是減少NOX生成的必要條件。但是，降低燃燒溫度會降低鍋爐的燃燒效率。因此，必須進一步選用效率更高的新型CFB鍋爐，或進一步改造現(xiàn)有CFB鍋爐，以提高燃燒效率，為進一步降低燃燒溫度創(chuàng)造條件。通過上述辦法，將全廠NOX排放降到了100 mg/NM3以下。如在CFB分離器內(nèi)加入液氨，即可將NOX排放降至50 mg/NM3以下，即降硝率95%以上。
　　其次，CFB鍋爐脫硫率可以提高到95%以上，前提是必須改變爐內(nèi)一級脫硫的“定式”，建設(shè)和投運爐外兩級脫硫系統(tǒng)。按照目前通行的常規(guī)脫硫技術(shù)，最好的爐外脫硫系統(tǒng)的設(shè)計脫硫率為92%，而CFB一級爐內(nèi)脫硫率一般為80—85%，再向上提升難度很大，成本很高，要消耗大量的優(yōu)質(zhì)石灰石粉（鈣硫比2.5以上），而且?guī)礤仩t磨損和熱效率降低（吸熱反應(yīng)）的問題。要改變這種現(xiàn)象，必須改變CFB鍋爐，只實行爐內(nèi)一級脫硫的“定式”，加裝爐外兩級脫硫。并且把爐溫控制在820—880℃的最佳脫硫溫度。公司正在實施的4號爐（130T/h高溫高壓CFB）兩級脫硫改造和新建5號爐（150T/h超高壓CFB項目），以爐內(nèi)（一級）脫硫率80%，爐外（二級）脫硫率90%，即可輕松達到總脫硫率95%的目標｛1－ [（1－80%）×（1－90%）]×100%=98%｝。淘汰落后產(chǎn)能，將1—3號機組改為備用調(diào)峰，全廠SO2排放可減到100 mg/NM3以下（目前國家標準為400 mg/NM3）。
　　三、改變常規(guī)“定式”，使全廠熱效率逼近90%
　　燃煤鍋爐由于存在不完全燃燒，排煙、散熱、排污等損耗，目前世界上最先進的設(shè)計效率，也不足93%。實際運行因往往偏離設(shè)計條件，熱效率一般在85—91%之間。又由于存在汽輪發(fā)電機組的管道損失，散熱損失，循環(huán)冷端損失，汽機內(nèi)效率損失，機械損失，發(fā)電機變壓器等電氣系統(tǒng)的電磁損失，廠用電消耗等損失。目前國內(nèi)外最先進的超超臨界機組全廠熱效率一般在45%左右。相應(yīng)的供電煤耗為272.89克/千瓦時以上（目前國內(nèi)僅上海外高橋二期一家）。而我國超超臨界100萬千瓦機組2009年平均供電煤耗為290.57克/千瓦時，純火電廠機組因為存在巨大的冷端損失，再提高熱效率已非常困難。
　　而熱電聯(lián)產(chǎn)機組由于可以部分或全部避免冷端損失，理論上可以將全廠熱效率逼近90%左右。要做到這樣，就必須改變長期以來國內(nèi)外熱電行業(yè)形成的“常規(guī)定式”。
　　一是“供熱機組為了保證穩(wěn)定運行，必須以抽凝機組為主，適當?shù)嘏渲帽硥簷C”。由于中小機組進汽焓值低，冷凝端焓值往往占60%以上，要將全廠熱效率提到接近90%，就必須把冷凝汽流降至極小甚至零。因此，公司提出公共熱電廠“全背壓運行”的概念，并且于2007年付諸實施，由于避免了冷凝損失，經(jīng)權(quán)威機構(gòu)檢測全廠平均供電煤耗降至160克/千瓦時以下，全廠熱效率提高至78%。2008年起將抽凝機組改為僅作備用和調(diào)峰，全廠熱效率又提高至83%以上。
　　二是“供熱機組初參數(shù)必須與容量匹配，按常規(guī)定型系列選型，小機組不能配高參數(shù)”。我國供熱機組的起步是按蘇聯(lián)模式發(fā)展起來的，機組參數(shù)與容量有一個固定的匹配系列，小機組只能是選低參數(shù)。因此，根據(jù)幾十年來的“定型”系列，2.5萬千瓦以下的火電（熱電）機組只能采用中溫中壓，5—10萬千瓦采用高溫高壓；12.5—30萬千瓦采用超高壓。這樣全國火電（ 熱電）機組，2003年以前2.5萬千瓦以下沒有高溫高壓機組，5萬千瓦（全國最大的背壓機組）以下至今沒有超高壓機組。而提高初參數(shù)，增加主蒸汽焓，不但增加的初參數(shù)焓幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能，而且提高主蒸汽壓力后，在同樣排汽壓力下，可以進一步降低排汽溫度，也就降低排汽焓，大幅度提高汽輪機內(nèi)的有效焓降，從而提高機組效率。以同容量同排汽壓力（0.8MPa絕壓）的中小型背壓熱電機組（12MW）為例，汽耗率（每發(fā)1千瓦時的耗汽量）和供電煤耗的變化十分明顯。
　　之所以熱電機組小容量不能配高參數(shù)的通常理由是，容量小的機組葉片小，相對動靜葉片間隙大，參數(shù)過高應(yīng)力過大，小葉片強度不夠會出危險；漏汽、磨擦、鼓風損失會增加。其實，隨著我國材料技術(shù)和工藝水平的提高，這些已都不是問題。漏汽、鼓風、磨擦損失的結(jié)果是排汽溫度的提高，排汽溫度的提高送至熱用戶，并沒有損失。而較高高壓力機組的同壓力排汽溫度低于較低壓力機組（見表3）。
　　所以公司在全國最早將“小機組高參數(shù)”概念用于中小型區(qū)域熱電廠，于2004年投產(chǎn)首臺高溫高壓18MW背壓機組，大幅度地降低了供電煤耗提升了熱效率。正在實施的18MW超高壓背壓機組即將在明年投產(chǎn)，屆時全廠供電煤耗將降至140克/千瓦時左右，熱效率十分接近90%。
　　
　　三是“一個廠只能有同參數(shù)的機爐并聯(lián)運行，否則系統(tǒng)復(fù)雜，不安全”。按照這種常規(guī)“定式”，熱電廠提高參數(shù)的技術(shù)改造，除非是整廠拆建或異地重建，否則不可能。而正在生產(chǎn)中的公用熱電廠要整廠拆建或異地重建，由于規(guī)劃、土地、投資、審批種種原因，難度極大。實踐證明，數(shù)套供熱機組采用不同參數(shù)，單元制運行，適當互聯(lián)是完全可以的，安全的。公司從2004年就已經(jīng)實現(xiàn)了中壓、高壓兩種參數(shù)機組的并聯(lián)供熱，正在實施的超高壓機組（5號機組）投產(chǎn)后，將實現(xiàn)中壓、高壓、超高壓三種參數(shù)機組并聯(lián)供熱。不但投資省、調(diào)度靈活，而且發(fā)揮了高參數(shù)大機組帶基本熱負荷，低參數(shù)小機組起停方便，帶備用和調(diào)峰負荷，發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。
　　四、改變常規(guī)“定式”，將火用效率提高到超超臨界機組水平
　　熱電聯(lián)產(chǎn)雖然熱效率高，剛剛達標的熱效率ridg0f8/6z6efP+lmvgF/hA/Es/tpK6LXRiBzoVSxXs=（45%）就達到了超超臨界機組的水平。但也常常遭到詬病，因為熱和電是兩種不同品位的能源，電可以遠距離輸送，使用十分方便，做功能力幾乎為100%，而熱（蒸汽、熱水），不能遠距離輸送，使用不方便，只有用在合適的場合（如采暖、用熱生產(chǎn)工藝）才是清潔高效的，其做功能力極低。以供熱為主的熱效率是不能與以發(fā)電為主的火電廠僅僅進行單純的熱效率比較的。
　　這就引出一個工質(zhì)做功能力的概念——“火用”，即工質(zhì)單位質(zhì)量的做功能力。1千瓦時的電能熱當量為3600千焦，做功能力也為3600千焦。而3600千焦的熱量（以壓力0.8MPa，溫度250℃的蒸汽計），做功能力為1253.73千焦，僅為同樣熱值的1千瓦時電能的三分之一。因此，熱電聯(lián)產(chǎn)不能不提火用效率的問題。以目前浙江省熱電上網(wǎng)電價不含稅價為0.4594元/千瓦時，折算到1吉焦的熱當量電價為（10×106÷3600）×0.4594=127.61元/吉焦。而目前浙江省平均供熱不含稅價為53.09元/吉焦左右，同樣1吉焦的熱當量，熱價僅及電價的41.6%。因此無論從社會效益和經(jīng)濟效益看，都必須重視熱電廠的火用效率。這也是熱電聯(lián)產(chǎn)行業(yè)存在的依據(jù)。如果鍋爐效率相同，集中鍋爐房的供熱效率肯定高于熱電聯(lián)產(chǎn)供熱熱效率。因為熱電聯(lián)產(chǎn)的效率遠遠高于集中鍋爐房，而集中鍋爐只消耗廠用電，白白丟掉了利用差壓生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)能源——電的機會，國家才倡導(dǎo)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)政策。
　　表4是國家發(fā)改委節(jié)能技術(shù)推廣中心，依據(jù)浙江省電力試驗研究院和浙江省能源利用監(jiān)測中心的測試結(jié)果，請中山大學做的2007年全國大火電、集中鍋爐房、嵊州新中港熱電有限公司三種類型的熱效率，火用效率比較情況，當時，嵊州熱電三臺中壓抽凝機組仍在運行（調(diào)峰），拖了全廠效率的后腿。2009年，2號機（7.5MW）已經(jīng)改為背壓，3號機（15MW）已停運，1號機只用調(diào)峰。正在建設(shè)的5號機（150T/h超高壓CFB配20MW超高壓背壓機組）投產(chǎn)后，將1號、3號機停運，2號背壓機作調(diào)峰，不但熱效率將十分接近90%，全廠火用效率也將超越超超臨界機組。
　　
　　（作者單位：浙江越盛集團董事長）