燃煤與燃?xì)鉄嵩醇夹g(shù)在熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中比選應(yīng)用

董 智

(1.煤科院節(jié)能技術(shù)有限公司，北京 100013； 2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013； 3.國(guó)家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

0 引 言

繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)位于安徽省蕪湖市繁昌縣內(nèi)，功能定位為蕪湖市龍湖新城重要組成部分，是以高端裝備、大健康產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主導(dǎo)的臨港產(chǎn)業(yè)新城。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，目前繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)沒(méi)有大型的集中供熱中心，用熱量較大的企業(yè)因生產(chǎn)需要均配有自備小鍋爐(小鍋爐，特別是燃煤鍋爐效率低，能耗大，除塵效果差，鍋爐所產(chǎn)生的三廢嚴(yán)重污染環(huán)境，對(duì)大氣環(huán)境形成了較大的影響)，其中燃煤鍋爐蒸發(fā)量最大，占五成以上。實(shí)際使用中，燃煤鍋爐作為主要供熱熱源，平均熱負(fù)荷占目前平均熱負(fù)荷總量近七成。可以看出，目前繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)集中供熱建設(shè)與園區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展極不相適應(yīng)，新的工業(yè)項(xiàng)目、公共建筑要求集中供熱與其配套，如無(wú)集中供熱，只能新建更多的小鍋爐來(lái)解決供熱問(wèn)題，由此會(huì)進(jìn)一步加重城市污染，且加重了城市交通的負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重制約了城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)保建設(shè)。根據(jù)《蕪湖市環(huán)境質(zhì)量狀況公報(bào)》，城市環(huán)境空氣中二氧化硫和氮氧化物年平均濃度要達(dá)到國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總懸浮顆粒物濃度達(dá)到三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。城市環(huán)境空氣質(zhì)量全面達(dá)到國(guó)家二級(jí)環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。隨著城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，進(jìn)一步增加了環(huán)境治理和保護(hù)的壓力，防治任務(wù)十分艱巨。因此控制中小供熱鍋爐的發(fā)展，加快實(shí)施繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)集中供熱工程的建設(shè)十分必要和迫切[1]。

鑒于我國(guó)嚴(yán)峻的能源形勢(shì)以及嚴(yán)格的環(huán)保排放要求，熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中供熱技術(shù)的選擇對(duì)項(xiàng)目可行性及經(jīng)濟(jì)性有著至關(guān)重要的作用。以下針對(duì)繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)現(xiàn)有及近期規(guī)劃熱負(fù)荷情況，對(duì)以天然氣為原料的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組和以煤粉為原料的現(xiàn)代煤粉鍋爐機(jī)組熱源技術(shù)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境影響對(duì)比分析，為用戶(hù)項(xiàng)目立項(xiàng)提供參考[2]。

1 熱負(fù)荷分析

1.1 熱負(fù)荷的確定

根據(jù)調(diào)查，繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)目前熱負(fù)荷均為工業(yè)熱負(fù)荷，同時(shí)根據(jù)開(kāi)發(fā)區(qū)實(shí)際用地規(guī)劃，開(kāi)發(fā)區(qū)絕大部分用地為工業(yè)用地，民用用地較少。結(jié)合繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)實(shí)際情況，僅考慮工業(yè)熱負(fù)荷，不考慮民用熱負(fù)荷。

1.1.1現(xiàn)狀(2019)熱負(fù)荷

根據(jù)對(duì)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)的小鍋爐統(tǒng)計(jì)，此部分的用熱作為現(xiàn)狀熱負(fù)荷，現(xiàn)狀用熱的熱負(fù)荷情況詳見(jiàn)表1。

表 1 現(xiàn)狀熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)Table 1 Current heat load statistics

1.1.2近期發(fā)展熱負(fù)荷

近期(2019—2022)發(fā)展熱負(fù)荷為已建未投產(chǎn)和待建企業(yè)的發(fā)展熱負(fù)荷。

近年來(lái)，繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)發(fā)展速度較快，企業(yè)不斷增多，部分在建和待建企業(yè)有用熱需求。根據(jù)調(diào)查，部分企業(yè)將擴(kuò)建新廠或增加新的生產(chǎn)線，以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，已建未投產(chǎn)和待建企業(yè)發(fā)展最大熱負(fù)荷為33 t/h，平均熱負(fù)荷為25 t/h。

1.1.3熱負(fù)荷匯總表

經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)現(xiàn)狀熱負(fù)荷、近期熱負(fù)荷情況詳見(jiàn)表2。

表2 熱負(fù)荷匯總Table 2 Heat load summary table

1.2 折合電廠出口熱負(fù)荷

電廠本期規(guī)模按現(xiàn)狀(2019)熱負(fù)荷及近期(2019—2022)發(fā)展熱負(fù)荷設(shè)置。由于企業(yè)用熱一般多為飽和蒸汽，而市政供熱蒸汽出口均為過(guò)熱蒸汽，以熱電廠出口蒸汽1.0 MPa/260 ℃參數(shù)進(jìn)行折算。最大熱負(fù)荷乘以0.75的折算系數(shù)，平均熱負(fù)荷乘以0.90的折算系數(shù)，最小熱負(fù)荷均乘以0.80的折算系數(shù)。對(duì)表2中熱負(fù)荷折算成熱電廠出口熱負(fù)荷，現(xiàn)狀和近期合計(jì)折合電廠出口最大熱負(fù)荷116 t/h、平均熱負(fù)荷105 t/h、最小熱負(fù)荷74 t/h，折算結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 折合電廠出口負(fù)荷統(tǒng)計(jì)表Table 3 Equivalent power plant export load statistics table

1.3 供熱技術(shù)確定

根據(jù)繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)實(shí)際熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)以及燃料供應(yīng)情況，本項(xiàng)目可采用 122 MW“2+2+1”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，或2×75 t/h高溫高壓現(xiàn)代煤粉鍋爐+2×10 MW高溫高壓背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組。兩種裝機(jī)方案供熱能力均能夠滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)區(qū)內(nèi)現(xiàn)有及近期發(fā)展企業(yè)用熱。同時(shí)場(chǎng)地內(nèi)應(yīng)留有擴(kuò)建場(chǎng)地，以滿(mǎn)足遠(yuǎn)期熱負(fù)荷的增加，適時(shí)擴(kuò)建機(jī)組，增加供熱能力[3-6]。

2 2種機(jī)組熱源技術(shù)分析

2.1 燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組

若選擇122 MW“2+2+1”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組(即燃?xì)鉄犭姍C(jī)組)，其技術(shù)分析如下:燃?xì)廨啓C(jī)通過(guò)進(jìn)氣系統(tǒng)從外部環(huán)境吸入空氣，然后通過(guò)與燃?xì)馔钙酵S轉(zhuǎn)動(dòng)的壓氣機(jī)將其進(jìn)行壓縮，同時(shí)被壓縮的空氣溫度也隨著升高。經(jīng)過(guò)壓縮之后達(dá)到一定壓力和溫度的空氣進(jìn)入燃燒室與噴入的燃料混合燃燒，燃燒產(chǎn)生的高溫燃?xì)庠龠M(jìn)入透平內(nèi)做功， 同時(shí)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。經(jīng)過(guò)在燃?xì)馔钙脚蛎涀龉蟮母邷責(zé)煔庋刂紮C(jī)排煙 通道進(jìn)入余熱鍋爐依次通過(guò)各級(jí)受熱面，通過(guò)與進(jìn)入余熱鍋爐系統(tǒng)的給水進(jìn)行換熱，最終產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入蒸汽輪機(jī)做功,從而構(gòu)成了一套完整的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)[7]。

2.1.1燃?xì)廨啓C(jī)選型

燃機(jī)是以天然氣為燃料的熱電聯(lián)產(chǎn)電站之核心設(shè)備，提高聯(lián)合循環(huán)電廠效率的首要途徑是選擇透平初溫較高的燃?xì)廨啓C(jī)，且應(yīng)優(yōu)先選擇重型燃機(jī)[8]。

重型燃機(jī)的特點(diǎn)是專(zhuān)門(mén)為陸用發(fā)電開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的，其設(shè)備體積和重量較大，對(duì)燃料適應(yīng)性也較強(qiáng)，燃用天然氣時(shí)其供氣壓力為3.2～3.46 MPa左右，與我國(guó)目前城市電站供氣通用標(biāo)準(zhǔn)相吻合[8]。聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行時(shí)，其配置的余熱鍋爐產(chǎn)汽量較大，能夠提高蒸汽輪機(jī)出力及供熱量。另外，設(shè)備的檢修周期也較長(zhǎng)[9]。

本項(xiàng)目運(yùn)行的安全、可靠性非常重要。因此，能源站主機(jī)選擇時(shí)除優(yōu)先考慮單機(jī)容量適中、技術(shù)比較先進(jìn)外， 還須考慮燃機(jī)天然氣供應(yīng)系統(tǒng)的通用性、主機(jī)運(yùn)行的可靠性、大中修的方便性、環(huán)保要求的適應(yīng)性。

綜上，根據(jù)項(xiàng)目的建設(shè)規(guī)模和熱負(fù)荷用量，從目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)燃機(jī)市場(chǎng)情況分析，適合本工程的代表性燃機(jī)有2種機(jī)型，即美國(guó)GE公司生產(chǎn)的 6F.01 型燃機(jī)、德國(guó)SIEMENS 司生產(chǎn)的SGT-800 燃機(jī)。

美國(guó)通用電氣公司(GE)在 20 世紀(jì) 50～90 年代相繼發(fā)展了用于發(fā)電的系列產(chǎn)品，在并購(gòu)了英國(guó)約翰·布朗(JohnBrown)和法國(guó) Alstom 公司的燃?xì)廨啓C(jī)部門(mén)后成為目前世界上最大的燃?xì)廨啓C(jī)制造廠商，占有全世界 50%的市場(chǎng)份額。GE現(xiàn)在制造的燃?xì)廨啓C(jī)最大聯(lián)合循環(huán)功率可以達(dá)到 48 萬(wàn)千瓦(9H),效率可達(dá) 60%[10]。

德國(guó)西門(mén)子公司也是世界上最著名的電器公司之一，在兼并了 WESTINGHOUSE 公司(西屋)后于 1984 年生產(chǎn)出 114 MW 的 V94.2 型燃?xì)廨啓C(jī)組成聯(lián)合循環(huán)裝置并形成了西門(mén)子燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組的基本型號(hào)。目前SIEMENS 公司生產(chǎn)的燒天然氣 50 Hz 的燃?xì)廨啓C(jī)包括V64.3A、V94.2A和 V94.3A[11]。

2種代表性燃機(jī)的性能指標(biāo)比較見(jiàn)表4。

表4 2種型號(hào)燃機(jī)性能指標(biāo)表(ISO 工況) Table 4 Performance index table of two types of gas turbine(ISO Working Condition)

從表4可看出，2種機(jī)型的發(fā)電出力較為接近，單循環(huán)效率也相差不多，但由于6F.01 型燃機(jī)的排煙溫度高，所以 6F.01 聯(lián)合循環(huán)出力比 SGT-800 略大，且各項(xiàng)指標(biāo) 6F.01 較好，項(xiàng)目燃機(jī)按 6F.01 型燃機(jī)考慮。

2.1.2余熱鍋爐選型

余熱鍋爐按壓力級(jí)數(shù)、循環(huán)方式和布置方式可設(shè)計(jì)成多種形式。經(jīng)驗(yàn)證明采取低壓爐自帶除氧功能、余熱爐尾部增設(shè)凝水加熱箱的雙壓余熱鍋爐既能達(dá)到高余熱回收率、同時(shí)又能簡(jiǎn)化系統(tǒng)減低造價(jià)。因?yàn)楸酒诠こ唐啓C(jī)額定抽汽量已能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)供熱需求，為了盡可能提高煙氣余熱回收率，工程余熱爐的低壓蒸汽參數(shù)可低于供熱參數(shù)，按汽輪機(jī)回注級(jí)參數(shù)要求而定。同時(shí)自然循環(huán)無(wú)需循環(huán)泵系統(tǒng)簡(jiǎn)單，考慮到余熱爐的啟動(dòng)速度遠(yuǎn)高于汽輪機(jī)完全滿(mǎn)足聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)啟動(dòng)速率要求[12-13]，因此工程可選取自然循環(huán)方式。而余熱鍋爐布置方式通常根據(jù)場(chǎng)地條件來(lái)進(jìn)行選取。綜上分析:本工程余熱鍋爐采用無(wú)補(bǔ)燃、雙壓、臥式、自然循環(huán)余熱鍋爐。

2.1.3裝機(jī)方案

根據(jù)熱負(fù)荷特點(diǎn)、燃機(jī)輪機(jī)、余熱鍋爐的選型，裝機(jī)方案可以定為:燃?xì)廨啓C(jī)采用6F級(jí)重型燃?xì)廨啓C(jī)；余熱鍋爐采用雙壓、臥式、自然循環(huán)、無(wú)補(bǔ)燃型；蒸汽輪機(jī)采用雙壓、可調(diào)整 抽汽、凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組；共同構(gòu)成1套206F級(jí)“2+2+1”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，總裝機(jī)容量122 MW。

2.2 現(xiàn)代煤粉鍋爐供熱機(jī)組

若選擇2×75 t/h高溫高壓現(xiàn)代煤粉鍋爐+2×10 MW高溫高壓背壓式汽輪發(fā)電機(jī)組(即燃煤熱電機(jī)組)， 其技術(shù)分析如下:

根據(jù)我國(guó)富煤、貧油、少氣的能源結(jié)構(gòu)，可以預(yù)見(jiàn)短期內(nèi)我國(guó)工業(yè)能源消費(fèi)還是以煤炭為主。在燃煤熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目中傳統(tǒng)大型或超大型煤粉稀相室燃煤粉鍋爐技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但該技術(shù)需要設(shè)置煤場(chǎng)、渣場(chǎng)，無(wú)組織排放不可控因素較多，與項(xiàng)目所在園區(qū)醫(yī)藥、食品、大健康產(chǎn)業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)定位不一致。

基于實(shí)際情況，項(xiàng)目燃煤機(jī)組的熱源技術(shù)選用煤科院自主研發(fā)的區(qū)別于電廠煤粉鍋爐(設(shè)置獨(dú)立濃相供料，燃料與配風(fēng)的固氣比>1)的現(xiàn)代煤粉鍋爐系統(tǒng)。煤粉鍋爐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全密閉運(yùn)行，廠區(qū)不設(shè)煤場(chǎng)、渣場(chǎng)，燃料統(tǒng)一配送、集中排灰，系統(tǒng)占地面積小。配套成熟環(huán)保設(shè)設(shè)施后系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)超低排放，具有良好的技術(shù)及環(huán)保性；煤粉鍋爐系統(tǒng)操作便捷，可實(shí)現(xiàn)即開(kāi)即停，同時(shí)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，可在額定負(fù)荷30%～110%區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。項(xiàng)目選用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)安全環(huán)保中不見(jiàn)塵、不見(jiàn)煤、不見(jiàn)渣、不見(jiàn)煙的要求，并可節(jié)煤30%、節(jié)電20%、節(jié)水10%、節(jié)約人工50%、節(jié)約場(chǎng)地40%。1 t煤的產(chǎn)汽量由傳統(tǒng)鍋爐5.5 t提高9～10 t，熱效率從60%提高到90%以上，燃盡率從80%左右提高到98%以上，煤耗減少1/3，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益，符合園區(qū)產(chǎn)業(yè)定位[14-15]。

2.2.1鍋爐

鍋爐本體由煤科院設(shè)計(jì)，委托國(guó)內(nèi)某生產(chǎn)制造商進(jìn)行加工制造。煤粉鍋爐系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全密閉運(yùn)行，操作便捷，可實(shí)現(xiàn)即開(kāi)即停，同時(shí)鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍廣，可在額定負(fù)荷30%～110%區(qū)間內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。75 t/h鍋爐可在25 t/h負(fù)荷不添加助燃劑的情況下穩(wěn)定運(yùn)行。

鍋爐本體采用單鍋筒、集中下降管，自然循環(huán)∏型布置的固態(tài)排渣煤粉爐。半露天布置。鍋爐前部為爐膛，四周布滿(mǎn)膜式水冷壁。爐膛出口處布置屏式過(guò)熱器，水平煙道裝設(shè)了兩級(jí)對(duì)流過(guò)熱器。爐頂、水平煙道兩側(cè)及轉(zhuǎn)向室設(shè)置頂棚管和包墻管。尾部交錯(cuò)布置兩級(jí)省煤器及兩級(jí)空氣預(yù)熱器。上級(jí)省煤器及上級(jí)空預(yù)器布置在鍋爐本體框架內(nèi)，下級(jí)空氣預(yù)熱器及下級(jí)省煤器布置在脫硝設(shè)備下的煙道內(nèi)。

鍋爐構(gòu)架采用框架全鋼結(jié)構(gòu)，按7度地震烈度Ⅲ類(lèi)場(chǎng)地設(shè)防。爐膛水冷壁、過(guò)熱器均懸吊在頂板梁上，上級(jí)省煤器、下級(jí)省煤器和空氣預(yù)熱器支承在后部柱和梁上。

型式:鍋爐，自然循環(huán)半露天布置;臺(tái)數(shù):2臺(tái);額定蒸汽壓力(表壓):9.81 MPa(a);鍋筒工作壓力(表壓):10.7 MPa(a);高壓蒸汽溫度:540 ℃;高壓蒸汽流量:75 t/h;給水溫度:215 ℃;空氣預(yù)熱器進(jìn)風(fēng)溫度:20 ℃;排煙溫度:130 ℃;設(shè)計(jì)效率:91.1%;排污率:1%。

2.2.2汽輪機(jī)

型式:B10-8.83/1.0型;臺(tái)數(shù):2臺(tái);額定功率:10 MW;最大功率:11.5 MW;主蒸汽進(jìn)汽壓力:8.83 MPa(a);主蒸汽進(jìn)汽溫度:535 ℃;最大進(jìn)汽流量:75 t/h;排汽壓力:1.0 MPa(a);排汽溫度:260 ℃;排汽流量:56 t/h;最大工況排氣流量:60 t/h。

2.2.3系統(tǒng)核心設(shè)備

供料器是高效煤粉鍋爐系統(tǒng)最核心的設(shè)備之一，煤科院煤粉濃相供料“泵”采用“星鳥(niǎo)”耦合文丘里供料來(lái)實(shí)現(xiàn)區(qū)別于傳統(tǒng)煤粉鍋爐的濃相燃燒技術(shù)。煤粉通過(guò)大粉倉(cāng)底部的星型卸料閥均勻的進(jìn)入到中間粉倉(cāng)中，中間倉(cāng)設(shè)計(jì)有多點(diǎn)通氣裝置，使進(jìn)入的煤粉不斷活化，增強(qiáng)流動(dòng)性。活化且密度均勻的煤粉通過(guò)容積式喂料進(jìn)入到文丘里閥組中。文丘里中的煤粉與高壓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的一次風(fēng)混合后通過(guò)引射流(或機(jī)械動(dòng)密封)發(fā)送，風(fēng)粉流經(jīng)粉管進(jìn)入燃燒其中進(jìn)行燃燒。

“星鳥(niǎo)”耦合文丘里供料器可形成高固氣比供料，為濃相燃燒提供良好保障。經(jīng)試驗(yàn)及生產(chǎn)中測(cè)試，在工況情況供料濃度3.0 kg(煤粉)/m3(空氣)以上，偏差在±1%以?xún)?nèi)[15]。“星鳥(niǎo)”耦合文丘里供料器主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 “星鳥(niǎo)”耦合文丘里供料器Fig.1 Standard and zigzag coupling feeder

燃燒器是煤粉鍋爐燃燒系統(tǒng)中的核心設(shè)備。中心逆噴雙錐燃燒器由點(diǎn)火倉(cāng)、二次風(fēng)倉(cāng)、導(dǎo)流葉片、煤粉噴管、回流帽、雙錐穩(wěn)燃室等多組件構(gòu)成。煤粉噴管穿過(guò)點(diǎn)火倉(cāng)及導(dǎo)流葉片，布置于雙錐燃燒室的中心線上，回流帽與雙錐平面重合。雙錐穩(wěn)燃室前錐擴(kuò)散，后錐收斂，強(qiáng)化煤粉的燃燒組織。煤粉通過(guò)高壓風(fēng)經(jīng)煤粉管告訴噴至回流帽后進(jìn)行逆噴，通過(guò)二次風(fēng)及助燃風(fēng)在燃燒室內(nèi)進(jìn)行預(yù)燃燒后進(jìn)入爐膛完成燃燒。

中心逆噴雙錐通過(guò)濃相供粉燃燒、分級(jí)配風(fēng)，采用與傳統(tǒng)電廠煤粉鍋爐不同的濃相室燃技術(shù)，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的濃相逆噴雙錐燃燒器結(jié)構(gòu)及通過(guò)改變?nèi)紵鞯娘L(fēng)煤比例，盡可能地降低著火氧的濃度，適當(dāng)?shù)亟档椭饏^(qū)的溫度，控制燃料型氮氧化物的產(chǎn)生，較大限度抑制NOx的生成實(shí)現(xiàn)低氮燃燒[16-18]。燃燒器結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。

圖2 中心逆噴雙錐燃燒器 Fig.2 Centric inverse double-cone spray burner

2.2.4裝機(jī)方案

根據(jù)熱負(fù)荷特點(diǎn)，在保證供熱可靠性的前提下，方案可以定為:2×75 t/h高溫高壓鍋爐+2×10 MW高溫高壓背壓式汽輪機(jī)，總裝機(jī)容量為125 MW。

3 2種機(jī)組環(huán)境影響對(duì)比分析

3.1 空氣環(huán)境影響分析

3.1.1有組織排放

熱電廠有組織排放的環(huán)境空氣污染物主要為燃?xì)廨啓C(jī)或燃煤鍋爐燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣，煙氣量一般較大，所含煙氣污染物主要有煙塵、二氧化硫和氮氧化物。

燃?xì)鉄犭姍C(jī)組以天然氣為燃料，天然氣為清潔能源，煙氣中煙塵和SO2含量非常低，煙氣中主要污染物為NOx。燃?xì)鉄犭姍C(jī)組煙氣排放執(zhí)行《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223—2011)天然氣燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于5、35、50 mg/Nm3(基準(zhǔn)氧含量15%)[19]。

燃煤熱電機(jī)組按現(xiàn)行的國(guó)家政策文件發(fā)改能源[2014]2093號(hào)文規(guī)定，新建燃煤發(fā)電機(jī)組大氣污染物排放濃度基本達(dá)到燃?xì)廨啓C(jī)組排放限值(即在基準(zhǔn)氧含量6%條件下，煙塵、二氧化硫、氮氧化物排放濃度分別不高于10、35、50 mg/Nm3)。目前,煤粉鍋爐機(jī)組采取先進(jìn)高效的煙氣污染治理措施，如高效煙氣布袋除塵器、NGD半干法脫硫工藝、高效SNCR+SCR脫硝工藝等，可保證煙氣污染物排放持續(xù)穩(wěn)定的滿(mǎn)足燃機(jī)排放限值。

3.1.2無(wú)組織排放

燃?xì)鉄犭姍C(jī)組在運(yùn)行期間基本沒(méi)有無(wú)組織排放的污染物。

燃煤熱電機(jī)組無(wú)組織排放主要來(lái)自運(yùn)煤系統(tǒng)、灰渣系統(tǒng)、脫硫系統(tǒng)等。項(xiàng)目煤粉由市場(chǎng)采購(gòu)煤粉直接入爐燃燒，煤粉密封運(yùn)輸，廠內(nèi)不設(shè)置煤場(chǎng)和運(yùn)煤系統(tǒng)，粉塵無(wú)組織排放可大幅降低。灰渣、脫硫劑等無(wú)組織排放污染源均采取有效措施，密閉貯存、密閉輸送、密閉運(yùn)輸，基本不向大氣排放。

根據(jù)以上初步分析可知，經(jīng)采取有效的大氣污染物治理措施后，燃?xì)鉄犭姍C(jī)組和煤粉鍋爐熱電機(jī)組對(duì)大氣環(huán)境的影響基本相當(dāng)。

3.2 水環(huán)境影響分析

燃?xì)鉄犭姍C(jī)組運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢水主要有化學(xué)制水系統(tǒng)廢水、生活污水、沖洗廢水等，燃煤機(jī)組除以上廢水外，一般還有脫硫廢水、含煤廢水等。循環(huán)冷卻水排水按“清潔下水”考慮。

燃?xì)饣蛉济簾犭姀S均按照“清污分流、雨污分流、一水多用”的原則設(shè)計(jì)和建設(shè)廠區(qū)供排水系統(tǒng)，產(chǎn)生的工業(yè)廢水在廠內(nèi)集中或分散處理，達(dá)標(biāo)后回收重復(fù)利用，做到“一水多用”。多余部分處理達(dá)標(biāo)后可排入市政污水管網(wǎng)。由于燃煤熱電機(jī)組系統(tǒng)較復(fù)雜，用水點(diǎn)較多，水的回收利用率較高，可考慮實(shí)施“廢水零排放”。

根據(jù)以上初步分析可知，采取有效的水污染物治理及回收利用措施后，燃?xì)鉄犭姀S多余廢水可排入市政污水管網(wǎng)，燃煤熱電廠可考慮實(shí)施“廢水零排放”，均不會(huì)直接外排環(huán)境水體，對(duì)水環(huán)境影響較小。

3.3 聲環(huán)境影響分析

燃?xì)鉄犭姀S噪聲源主要有燃機(jī)進(jìn)風(fēng)口、燃機(jī)罩殼通風(fēng)機(jī)、燃機(jī)過(guò)渡段、燃?xì)庹{(diào)壓站、天然氣前置模塊、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、煙囪、冷卻塔等。

燃煤熱電機(jī)組噪聲源主要有鍋爐區(qū)域、汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組、脫硫區(qū)域、冷卻塔等。本項(xiàng)目燃煤來(lái)源為直接采購(gòu)煤粉，因此無(wú)碎煤、磨煤等運(yùn)煤系統(tǒng)噪聲源。

燃?xì)饣蛉济簾犭姀S均需要采取一定的噪聲控制措施才能保證廠界噪聲達(dá)標(biāo)，但由于燃?xì)鉄犭姍C(jī)組噪聲源較多、噪聲源強(qiáng)等級(jí)高，且廠區(qū)較小，噪聲自然衰減作用降低，因此一般來(lái)講，燃?xì)怆姀S的噪聲治理費(fèi)用高于燃煤電廠。

3.4 固廢處置影響分析

燃?xì)鉄犭姍C(jī)組運(yùn)行期間，基本無(wú)固體廢物產(chǎn)生，僅有部分運(yùn)行人員生活垃圾等。

燃煤熱電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生大量的灰渣和脫硫石膏，因而燃煤電廠運(yùn)行過(guò)程中需妥善處理大量灰渣和脫硫石膏的暫存和處置工作。廠內(nèi)一般設(shè)置一定容積密閉的灰?guī)臁⒃鼈}(cāng)、脫硫石膏庫(kù)等設(shè)施，確保不產(chǎn)生環(huán)境污染。由于煤粉鍋爐灰渣和脫硫石膏是1種優(yōu)質(zhì)的建筑材料或水泥制造原料，用途十分廣泛，因此灰渣和脫硫石膏一般都可得到綜合利用，由相應(yīng)的建材企業(yè)購(gòu)買(mǎi)，不但不會(huì)造成環(huán)境污染，還可循環(huán)利用，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，經(jīng)過(guò)對(duì)燃?xì)夂兔悍蹮犭姍C(jī)組水、氣、聲、渣4個(gè)方面環(huán)境污染及相應(yīng)治理措施的分析可知，通過(guò)采取先進(jìn)高效的技術(shù)手段控制污染物的產(chǎn)生及排放，無(wú)論是燃?xì)膺€是燃煤熱電機(jī)組，對(duì)環(huán)境的影響程度均可控制在可接受的范圍內(nèi)。

4 2種機(jī)組主要經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)比較

主要從2種技術(shù)的工程建設(shè)總投資、燃料成本、燃料耗量、投資回收年限、內(nèi)部收益率等主要經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)方面進(jìn)行比較分析(原始數(shù)據(jù)由相關(guān)設(shè)備廠家提供或參考已投項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù))。主要數(shù)據(jù)分析見(jiàn)表5。

表 5 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表Table 5 Table of main technical and economic indicators

從表5可看出，投產(chǎn)后兩種技術(shù)內(nèi)部收益率(稅后)均大于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8%的要求，方案可行。但由于燃料成本差異明顯，煤粉鍋爐經(jīng)濟(jì)效益明顯好于燃機(jī)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié) 論

(1)近年來(lái)，繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)高速發(fā)展，城市也在加快建設(shè)，用熱、用電需求有較大的增長(zhǎng)，特別是對(duì)用熱的要求不斷增多，直接影響到投資方的投資傾向，加快推進(jìn)繁昌經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)熱電聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)集中供熱，提高了能源綜合利用效率，同時(shí)提高了供熱的質(zhì)量和可靠性，符合國(guó)家能源產(chǎn)業(yè)政策、城市總體規(guī)劃及經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的要求。

(2)本項(xiàng)目無(wú)論采取燃?xì)鈾C(jī)組還是采用燃煤機(jī)組，總投資收益率(稅后)均大于電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)8%的要求，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(3)現(xiàn)代煤粉鍋爐機(jī)組技術(shù)具有更好的經(jīng)濟(jì)性。總投資收益率(稅后)約14.24%，全部投資回收期約6.66年，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。