基于分析法的燃煤機組供熱大氣污染物排放計算

白尊亮

(上海市節能減排中心有限公司，上海 200003)

1 計算基礎及方法

燃煤機組往往有完善的排放監測設施，其單位煤量的粉塵、二氧化硫和氮氧化物的排放率都有實時監測數據。在計算機組對外供熱部分的大氣污染物排放量時，所采用的方法是先根據供熱量及鍋爐效率，折算出因供熱所消耗的煤量，然后根據機組單位煤量的污染物排放率計算出因供熱所產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──年對外供熱量，GJ；B──年鍋爐煤炭消耗量，t；H──煤炭平均低位發熱量，kJ/kg；ηb──鍋爐效率，%。

這種計算方法主要采用熱力學第一定律的熱效率法，直接將對外供熱蒸汽品質等同于鍋爐主蒸汽的品質，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的蒸汽品質并不相同，大部分已經參與做功發電，因此供熱蒸汽的實際排放量應小于主蒸汽的等效排放量。

e=h-T0s

(2)

ei=hi-T0Si

(3)

式中i——汽輪機汽缸的第i級抽汽。

從汽缸抽取的供熱蒸汽已經參與部分做功過程，其做功能力僅相當于主蒸汽的一部分，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，計算公式：

ai=ei/em

(4)

式中m——汽輪機主蒸汽。

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)

若燃煤熱電聯產機組對外供應j種參數的蒸汽，則在計算得到每種參數蒸汽的排放因子后，總排放因子采用加權平均方法計算：

(7)

因此，集中供熱蒸汽產生的大氣污染物排放量Mx′：

Mx′=atotalMx

(8)

2 供熱需求及熱源概況

某石化企業主要為乙烯生產配套，生產工藝需要超高壓蒸汽(SHS)和高壓蒸汽(HS)，年運行時間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。總計年需求蒸汽387萬t，折合1 281萬GJ。蒸汽參數見表1。

表1 某石化企業供熱需求

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

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

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

3 算例計算及分析

圖1 不同計算方法的排放因子對比圖

按照電廠的供熱運行方式，在單機機組負荷低于600 MW時，石化企業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。單臺機組在600 MW負荷以上運行時，從汽輪機高壓缸抽汽，其中零抽供240 t/h超高壓蒸汽，一抽供220 t/h高壓蒸汽。為滿足電網調度要求，燃煤機組負荷基本上大于600 MW，僅在電網調峰困難的每年5～6月、9～10月期間約有90天的時間全廠一臺機組運行，且有部分時段機組負荷低于600 MW(每天約4 h，全年折合約15天)。匹配供熱需求的機組全年供汽方式見表2。

表2 機組供汽方式

燃煤機組全年主蒸汽抽汽8.28萬t，高壓缸零級抽汽200.91萬t，高壓缸一級抽汽177.20萬t。結合運行方式進行加權平均計算，集中供熱的整體排放因子為0.819。

該燃煤機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。對石化企業集中供熱后，年原煤消耗量增加72萬t。采用傳統方法計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 計算結果對比圖

4 結語

從計算結果可以看出，基于本文分析法的燃煤熱電聯產機組的污染物排放計算結果小于傳統計算方法的計算結果。該方法計算結果能夠區分供熱蒸汽的品質及做功水平，可更為真實、準確地反應集中供熱的正向環保效益，因此采用熱電聯產形式的集中供熱應值得大力推廣。