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干貨丨如果都采用這樣的現代化電站設備 霧霾天將不會再現!

2016-11-17 14:09:42
4233次

      近年來, 以迅猛態勢席卷全國的霧霾讓廣大民眾“談霾色變”?!跋F霾,重塑藍天”已成為民生改善的當務之急。


     霧霾是霧和霾的組合詞。霧霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入顆粒物這三項組成。它們與霧氣結合在一起,讓天空瞬間變得灰蒙蒙的。城市霧霾主要來源于火電廠、煉鋼、化工制造和有色金屬冶煉企業的排放,機動車尾氣、燒煤供暖所產生的廢氣以及建筑工地和道路交通產生的揚塵等。在2012年全世界燃燒的70萬億t標準煤中,中國就燒了36萬億t,占了51%,排放出的廢氣可想而知。


強力治霾,減煤、脫硝、除塵及控車成為關鍵詞,大氣污染防治成為熱議話題,也成為各級政府和相關制造企業環保工作的重中之重。


1. 燃煤發電機組


  2014年9月12日,國家發改委、環境保護部和國家能源局聯合發布《煤電節能減排升級與改造行動計劃(2014~2020年) 》, 在行動目標中規定:“全國新建燃煤發電機組平均供電標準煤耗低于300g/kW·h;100萬千瓦級濕冷、空冷機組設計供電煤耗分別不高于282g/kW·h、299g/kW·h,60萬千瓦級濕冷、空冷機組分別不高于285g/kW·h、302g/kW·h?!边@是政府對燃煤發電機組具體的剛性指標。


  該行動計劃列舉了燃煤電廠34項節能減排的技術,其中最主要的2項是提高蒸汽參數和二次再熱技術。


  (1)提高蒸汽參數??梢哉f,一部燃煤發電發展的歷史就是不斷提高蒸汽參數的歷史。通常的燃煤電廠是通過產生高溫高壓的水蒸氣來推動汽輪機發電。


  在374.15℃、22.115MPa壓力下,水蒸氣的密度會增大到與液態水一樣,這個條件便是水的“臨界參數”,比這還高的參數便叫作“ 超臨界” , 如將溫度升高到600℃,壓力到25~28MPa,蒸汽就進入“超超臨界”狀態。從表1可見,隨著進汽參數的逐步提高,機組功率也相應增大。同時蒸汽的溫度和壓力越高,發電效率就越高。一般來說,超臨界機組的熱效率比亞臨界機組高2%~3%,超超臨界機組的熱效率比超臨界機組又要高約4%。


表1 燃煤發電機組蒸汽參數表


  

     熱效率提高的直接效果就是煤耗的降低。上海外高橋第三電廠的百萬超超臨界機組2010年的供電煤耗降至279.39g/kW·h,成為世界上首個沖破煤耗280g/kW·h整數關口的機組。據測試,如果每度電節省1g煤,該廠全年2臺機組就能省下近1.2萬t標準煤。這意味著,與全國平均能耗(335g)相比,外高橋第三電廠2010年節煤達到了67萬t左右,折合人民幣約6.7億元;同時可減排二氧化碳48萬t、二氧化硫0.36萬t和煙塵2.85萬t,達到了整體節能減排。


  (2)采用二次再熱技術。在常規一次再熱的基礎上,汽輪機排汽二次進入鍋爐進行再熱。汽輪機增加超高壓缸(VHP),超高壓缸排汽為經過鍋爐一次再熱器加熱后進入高壓缸(HP),高壓缸排汽經過鍋爐二次再熱器加熱后進入中壓缸(IP),這就是世界上最新的二次再熱技術(見圖1、圖2)。

 

 


  2015年9月25日,世界首臺百萬千瓦超超臨界二次再熱燃煤發電機組在江蘇泰州電廠正式投入運營。2016年6月,山東萊蕪電廠6號機百萬超超臨界二次再熱機組完成各項性能考核試驗,在機組發電效率、發電煤耗等指標均刷新了世界紀錄(見表2),機組各項環保指標全面優于國家超低排放限額,成為世界上效率最高、能耗最低、指標最優且環保最好的燃煤機組。


表2 常規百萬超超臨界一次再熱與二次再熱機組指標比較表



  截止2014年末,全國發電裝機容量達13.601 9kW,居世界第一。我國大陸總人口13億人,我國人均發電裝機已經歷史性達到1kW。其中,煤電8.3kW,占61%,仍占絕對優勢地位。因此,中國的電站設備制造行業并不滿足上述指標, 仍在不斷創新,不斷優化機組參數。目前,先進的700℃超超臨界發電技術已正在緊鑼密鼓地研發中,使燃煤機組朝著大容量、高參數、排放少、煤耗低的發展方向闊步前進。


2. 燃氣發電機組


  天然氣是產生于油氣田的一種無色無臭的可燃氣體。其主要組分是甲烷(CH4),大約占80%~99%,因此燃燒充分。天然氣作為一種清潔能源,既可減少煤和石油的用量,又能減少二氧化硫和粉塵排放量近100%,減少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,并有助于減少酸雨形成,舒緩地球溫室效應,因而大大改善環境污染問題。


  燃氣發電機組由于效率高、排放少、可調峰的優點,建造燃氣發電機組將成為我國中東部大型城市發電的主導機組,特別是北京、上海等特大型城市今后基本不上燃煤發電機組,改上燃氣發電機組,如北京西三環的鄭常莊、東部的京橋和高安屯、西五環的西北熱電、北六環的未來城以及西北部的上莊燃機電廠;上海除石洞口3 臺F級燃機外,臨港電廠上了4 臺F級燃機(見圖3),接下來,閔行、奉賢及崇明等燃機電廠也在規劃中。


圖3 上海臨港燃機電廠夜景


  燃氣發電機組的工作原理:壓氣機壓縮后的高壓空氣和燃料在燃燒室內燃燒,將化學能轉變成熱能,高溫高壓燃氣帶動燃氣透平旋轉,從而帶動發電機,將機械能轉化為電能(見圖4)。

圖4 燃氣輪機工作原理圖


 


  由于它以空氣為工作介質而不是水蒸氣,從而省去了鍋爐、冷凝器、給水處理等設備, 目前燃氣輪機裝置單循環效率已經達到了40%。


  燃氣-蒸汽聯合循環是廢熱回收的一種有效措施。燃機的排氣溫度為500~600℃,直接廢氣排空將造成巨大的能源浪費,單機熱效率只有36%~40%。采用聯合循環,利用余熱加熱蒸汽,再驅動汽輪機作功,可充分提高機組的整體熱效率(見圖5),最新產品熱效率可達60%。


  燃氣輪機根據透平進氣溫度和壓比分為E級、F級和H級(見表3),機組效率和功率也隨之增加。世界上最先進的H級燃氣輪機的聯合循環效率可達60%,功率可達570MW。


  此外, 燃氣發電機組還具有單位投資少(500~600美元/kW),調峰性能好、啟??旖?,占地少(約為燃煤電廠的30%~40%),耗水量少(約為燃煤電廠的1/3),建廠周期短(石洞口15個月建成3臺機組),自動化程度高等特點。


  截至到2013年年底,我國天然氣發電裝機達4 309萬kW,僅占總裝機容量的3.45%;發電量達1 143kWh,僅占總發電量的2.19%。與發達國家相比,我國天然氣發電裝機比重仍非常低。據了解美國、日本和歐盟的燃氣機組已分別占到全部裝機的23.28%、27.42%、23.47%。到2020年,我國天然氣發電裝機規模將達1億kW,而即便如此,也僅占總裝機容量的4.71%。任重而道遠,還需我們繼續努力!


3. 核電機組


  核電廠用的燃料是鈾。用鈾制成的核燃料在“反應堆”內發生裂變而產生大量熱能,再用冷卻劑( 水或氣體) 將熱能帶出,在蒸汽發生器內產生蒸汽,蒸汽推動汽輪機帶著發電機一起旋轉,電就源源不斷地產生出來(見圖6),并通過電網送到四面八方。


  核電是一種清潔低碳能源,燃料成本低,二氧化碳零排放,經濟性好,持續供應能力強,代表著能源優質化方向。目前世界上已有30多個國家或地區建有核電站。根據國際原子能機構(IAEA)統計,截至2013年12月,共有436臺核電機組在運行,總裝機容量約3.7億kW。核電站主要分布在北美的美國、加拿大;歐洲的法國、英國、俄羅斯、德國和東亞的日本、韓國等一些工業化國家。核電約占全球總發電量的15%,其中法國高達74.8%,韓國為30.4%,美國為19%。

  圖5 燃氣-蒸汽聯合循環基本原理


圖6 核電機組工作原理


表3 燃氣輪機E級、F級和H級各項參數比較表


  中國大陸核電發展主要經歷了核電起步、適度發展、積極發展和安全高效發展階段。20世紀70年代初,我國大陸核電開始起步。1984年第一座自主設計和建造的核電站--浙江秦山核電站破土動工,至1991年12月15日成功并網(見圖7)。2000年召開的黨的十五屆五中全會提出了“適度發展核電”的方針。我國相繼建成了秦山二期核電站、廣東嶺澳一期核電站、秦山三期核電站等,使我國核電設計、建造、運行和管理水平得到了很大提高,為我國核電加快發展奠定了良好的基礎。進入新世紀,中國核電邁入批量化、規?;目焖侔l展階段。2010年10月,黨的十七屆五中全會確定我國“在確保安全的基礎上高效發展核電”的方針。我國核電也由此進入了安全高效、穩步發展的新階段。

圖7 秦山核電站一期發電紀念極限明信片


  截止至2015年6月底,中國投入商業運行的核電機組共25臺,總裝機容量為2 357萬kW,占總裝機容量的1.73%。2011年日本福島核事故的陰影正在淡去,我國在2015年正式重啟沿海核電項目審批,在建核電機組達到了26臺,在全球各核電國中,核電機組在建數量位居第一。根據中國的核電發展目標,到2020年,中國的核電裝機容量將從當前的2 357萬kW增加到5 800萬kW。


  我國當前建設的核電站除秦山第三核電站采用重水堆外,其余核電站均采用壓水堆。壓水堆由(核)蒸汽供應系統(核島或一回路) 和汽輪發電機系統(常規島或二回路)組成(見圖8),結構緊湊,經濟性好,安全性也好,在蒸汽發生器中產生的推動汽輪機轉動的蒸汽不帶放射性。安全殼高約60m,內部直徑約40m,厚約1m。而日本福島第一、第二核電站共10臺機組均為沸水堆,安全性差,其蒸汽帶有放射性。

 

 

圖8 壓水堆核電機組結構圖


  從核電安全標準上,國務院討論并通過《核電安全規劃》和《核電中長期發展規劃》要求,“按照全球最高安全要求新建核電項目。新建核電機組必須符合三代安全標準?!蔽覈哂凶灾髦R產權的三代核電技術目前有華龍一號和CAP1400。其中中核和中廣核合作開發的“ 華龍一號”將落地福清和防城港二期。


  “華龍一號”成熟性、安全性和經濟性可滿足三代核電技術要求,設計技術、設備制造和運行維護技術等領域的核心技術具有自主知識產權,是目前國內可以自主出口的核電機型。


  自2014年以來,中國核電加快“出?!蹦_步。國家能源局原局長張國寶曾這樣形容:“出口一個核電站,相當于出口100萬輛桑塔納轎車?!敝袊暮穗姵隹谡蔀槔^高鐵之后的又一大名圖6 秦山核電站一期發電紀念極限明信片片。中國核電主管部門與核電企業先后與法國、阿根廷、意大利及西班牙等國簽署了合作文件,特別是巴基斯坦卡拉奇核電項目2號、3號機組和英國布拉德韋爾核電站將使用“華龍一號”技術,這意味著“華龍一號”將正式走出國門。


4. 可再生能源發電機組


  按照國務院《能源發展戰略行動計劃(2014-2020年)》要求,加快發展可再生能源。到2020年,非化石能源占一次能源消費比重達到15%。其中力爭常規水電裝機達到3.5億kW左右;風電裝機達到2億kW,風電與煤電上網電價相當;太陽能光伏裝機達到1億kW左右,光伏發電與電網銷售電價相當;地熱能利用規模達到5 000萬t標準煤。同時要提高可再生能源利用水平,加強電源與電網統籌規劃,科學安排調峰、調頻、儲能配套能力,切實解決棄風、棄水及棄光問題。


  環境保護部于7月17日向媒體發布了2016年上半年全國空氣和地表水環境質量狀況,338個地級及以上城市空氣質量總體呈改善趨勢,重點區域大氣顆粒物濃度持續下降,78個城市空氣質量達標,同比提高6.5個百分點;平均優良天數比例為76.7%,同比提高4.0個百分點??梢哉f,城市空氣質量總體呈改善趨勢與電站設備制造業近幾年研發的高效、低耗和環保的現代化電站設備密不可分。我們要為祖國的天更藍,水更清,空氣更清新而繼續加倍努力。

金屬加工原創,轉載請注明

作者:上海電氣電站設備有限公司汽輪機廠高級工程師 吳天明

本文發表在《金屬加工》(冷加工)2016年16期2-5頁

本文編輯:索兒

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環保部出臺散煤治理路線圖 


逐步用電能、天然氣等替代民用煤


(來源:經濟日報 作者:曹紅艷)


  民用煤燃燒排放是造成重污染天氣的重要原因之一。北方采暖區域的民用煤使用量大面廣、煤質超標現象普遍,導致民用煤燃燒的污染物排放量大。


  相關部門的分析結果表明,民用煤燃燒排放是造成重污染天氣的重要原因之一。 東方IC 資料


  《民用煤燃燒污染綜合治理技術指南(試行)》提出了“民用煤污染治理應以環境空氣質量改善為核心,采取因地制宜、綜合治理、多措并舉、分步推進的步驟實施”的治理總體思路,還為各地提供了全面、適用的民用煤燃燒污染治理工具包,包含了更多、更有效的民用煤治理政策和技術選項。


  優質煤替換是當前經濟社會環境下的過渡性措施,長遠來看,需要逐步用電能、天然氣和太陽能等清潔能源替代民用煤。


  再過幾天,我國北方地區將全面進入采暖季,燃煤的污染排放致霾又會成為一個重要的環保話題。日前,環保部出臺《民用煤燃燒污染綜合治理技術指南(試行)》,旨在為各地開展民用煤燃燒污染治理,以及冬季污染防治提供總體思路、技術手段和政策建議,加強民用煤燃燒污染治理有了“路線圖”。


  很多人對去年入冬以來京津冀及周邊地區連續出現的多次重污染天氣還記憶猶新。究其原因,除受極端不利氣象條件影響外,冬季大氣污染防治措施力度不夠、針對性不強是重要原因。相關部門的分析結果表明,民用煤燃燒排放是造成重污染天氣的重要原因之一。


  就此,環保部科技司有關負責人分析,京津冀等北方采暖區域的民用煤使用量大面廣,而且煤質超標現象普遍,導致民用煤燃燒的污染物排放量大?!叭紵瑯右粐嵜?,民用爐具排放的大氣污染物可能是擁有高效大氣污染控制措施的燃煤鍋爐的數倍甚至十幾倍?!?/span>


  以北京為例,2014年北京市電力行業煤炭消耗量為714萬噸,SO2、NOX、PM10和PM2.5排放量分別為0.8萬噸、1.8萬噸、0.4萬噸和0.3萬噸,脫硫效率為85%至93%,脫硝效率為60%至86%,除塵效率達98%以上。民用燃煤量328萬噸,SO2、NOX、PM10和PM2.5排放量分別為2.8萬噸、0.7萬噸、1.9萬噸和0.9萬噸,民用燃煤集中在采暖季,采暖季民用燃煤的SO2、NOX、PM10、PM2.5日排放強度是電力行業的7倍、1.2倍、8倍和5倍左右。


  記者了解到,近年來伴隨對民用煤燃燒造成的空氣質量影響認識加深,各地相繼采取了一些控制措施。北京開展了城區“煤改電”工作,啟動“減煤換煤、清潔空氣”行動,實施優質型煤“供應、配送、質量監督”等配套措施,重點治理城鄉接合部地區外來人口和小散工商企業用煤;在天津,實現民用煤潔凈化全替代,修訂了《工業和民用煤質量》煤質地方標準,在生產、配送、存儲環節嚴厲打擊劣質燃煤,劃定高污染燃料禁燃區,加大對農村無煙型煤和先進民用爐具的補貼投入,推進清潔能源替代。


  山西省太原市推進民用潔凈焦炭應用,構建民用潔凈焦炭質量指標框架,通過燃煤置換措施等方法減少居民燃煤污染物排放;甘肅省蘭州市通過地方立法治理散煤燃燒,對居民生活散煤采取地方立法、市場整合、流程管控,制定城區民用無煙塊煤和城區民用型煤地方標準,出臺《蘭州市煤炭經營使用監督管理條例》,鼓勵使用清潔能源。


  該負責人表示,盡管上述種種努力也取得了一定成效,但由于經濟、技術、認識、人力等方面的差異,管理辦法千差萬別,其科學性、適用性、針對性還需要進一步加強。


  “治理民用煤燃燒污染是一項系統工程。除了管理外,還包括煤炭、爐具、房屋、集中供暖、清潔能源(電、氣、太陽能等)、經濟承受力等因素?!边@位負責人強調。


  根據《民用煤燃燒污染綜合治理技術指南(試行)》,其在依據目前的大氣污染形勢以及我國社會發展的現狀基礎上,提出了“民用煤污染治理應以環境空氣質量改善為核心,采取因地制宜、綜合治理、多措并舉、分步推進的步驟實施”的治理總體思路。提出了摸清底數、因材施治的民用煤污染治理技術路線。


  結合近年來的新認識、新技術、新資源,《指南》還為各地提供了全面、適用的民用煤燃燒污染治理工具包。這一工具包提供了更多、更有效的民用煤治理政策和技術選項。主要技術措施包括:在充分考慮地區經濟條件、自然資源、電網、電價(峰谷電價)、燃氣管網等現實的基礎上,選擇電采暖、燃氣采暖、太陽能采暖、沼氣采暖、生物質成型燃料采暖以及組合采暖方式(如太陽能+電、太陽能+燃氣、太陽能+沼氣等)等組合采暖技術替代原有燃煤取暖方式;對劣質民用散煤實施優質煤替換,保證低揮發分、低灰、低硫的優質煤炭和潔凈型煤的供應,積極推進潔凈煤加工技術的發展,建立并完善民用煤供應體系;推廣符合國家或地方標準的節能環保型燃煤采暖爐具,規范爐具的安裝和使用,鼓勵采暖和炊事功能分開,鼓勵居民燃用與爐灶配套的優質煤炭和潔凈型煤;以及鼓勵在城鄉接合部、城中村和居住較為集中的村鎮發展集中供熱,大力推動農村建筑節能改造及節能新民居建設,提高室內舒適性等。


  此外,主要政策措施包括:加快民用煤質量標準、民用爐具產品標準以及民用煤燃燒排放測試和監測方法標準等相關文件的制定和完善;利用互聯網、遙感等新技術,建立民用煤生產、經營、使用全過程質量監控體系;完善民用煤供求及煤質信息共享機制;建立網格化管理制度等。


  “優質煤替換是當前經濟社會環境下的過渡性措施,長遠來看,需要逐步用電能、天然氣和太陽能等清潔能源替代民用煤?!杯h保部科技司有關負責人說。

  (本文主要信息來源:金屬加工 作者:吳天明)

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