燃煤電廠機(jī)組調(diào)峰與供熱節(jié)能減排降碳改造探討

尹華雷，張振

（1.中石化勝利石油管理局有限公司勝利發(fā)電廠市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)部；2.東營(yíng)勝利國(guó)電有限公司，山東 東營(yíng) 257087）

隨著低碳綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型步伐加快，水電、核電、風(fēng)電、太陽能發(fā)電等清潔能源以及大容量、低能耗、超超臨界的600MW、1000MW級(jí)煤電機(jī)組的投產(chǎn)，我國(guó)電力市場(chǎng)供大于求的現(xiàn)象已成為新常態(tài)。據(jù)國(guó)家能源局統(tǒng)計(jì)，“2021年1～8月份，全國(guó)發(fā)電設(shè)備累計(jì)平均利用2560h，特別是火電廠，設(shè)備利用小時(shí)數(shù)連續(xù)幾年下降，已低于3000h/年?！背耸⑾挠秒姼叻搴投竟嵩路萃?，近一半機(jī)組常年閑置。運(yùn)行機(jī)組經(jīng)常只帶60%～75%的負(fù)荷，此區(qū)間運(yùn)行機(jī)組運(yùn)行能效和污染物控制能力明顯降低，經(jīng)濟(jì)效益下降。特別是2021年以來煤炭?jī)r(jià)格暴漲（年內(nèi)煤炭?jī)r(jià)格漲了1倍多，5500大卡的電煤已經(jīng)漲到了1600元/t左右），成本倒掛，燃煤電廠的日子越來越難過，尤其是300MW以下機(jī)組的電廠舉步維艱，連續(xù)虧損，到了破產(chǎn)或即將破產(chǎn)的境地。那么，如何應(yīng)對(duì)這些多重困難和挑戰(zhàn)尋找生存之路？鑒于我國(guó)要在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)及燃煤電量仍占60%的現(xiàn)實(shí)，煤電企業(yè)要想生存發(fā)展，亟需因地制宜、因機(jī)制宜實(shí)施對(duì)機(jī)組的靈活性調(diào)峰改造、機(jī)組擴(kuò)容長(zhǎng)距離供熱改造、機(jī)組節(jié)能降耗及減排降碳改造。這些技術(shù)改造互相關(guān)聯(lián)，相輔相成，牽一發(fā)而動(dòng)全身，必須高瞻遠(yuǎn)矚、統(tǒng)籌謀劃。下面就三大技改應(yīng)遵循的原則和如何把握技術(shù)方向路線談一些粗淺看法，供相關(guān)人員參考。

1 機(jī)組調(diào)峰靈活改造，兼顧安全經(jīng)濟(jì)兩相宜

機(jī)組靈活性改造直接關(guān)系著安全生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行，與節(jié)能降耗、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)密不可分。實(shí)施前要針對(duì)機(jī)組自身的特性和系統(tǒng)以及調(diào)峰幅度，統(tǒng)籌制定集設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能降耗、減排環(huán)保四位一體的相互匹配的技術(shù)方案。目前，比較成熟可靠的調(diào)峰靈活性改造實(shí)用技術(shù)主要有：

（1）鍋爐專業(yè)方面。鍋爐加裝等離子點(diǎn)火穩(wěn)燃裝置，油槍改為微油槍；燃燒器改為穩(wěn)燃型；采用富氧燃燒技術(shù)等；空預(yù)器改造采用東方電氣公司研發(fā)的“三改二”技術(shù)，可解決漏風(fēng)率高的問題；在本爐2臺(tái)送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)之間加裝聯(lián)絡(luò)風(fēng)煙道及擋板，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)初期和低負(fù)荷時(shí)采用單套系統(tǒng)運(yùn)行；在兩鄰爐相近的2臺(tái)空氣預(yù)熱器煙道出口加1個(gè)聯(lián)絡(luò)煙道及擋板，將臨爐熱煙氣引至送風(fēng)機(jī)入口，用熱煙氣對(duì)冷爐進(jìn)行點(diǎn)火前的烘爐暖爐；直吹式鍋爐，在磨煤機(jī)熱一次風(fēng)管道裝設(shè)加熱系統(tǒng)（旁路暖風(fēng)器），使磨煤機(jī)早制粉、早向爐內(nèi)送粉，中間儲(chǔ)倉(cāng)式煤粉爐則可采用鄰爐輸粉，調(diào)峰深度主要取決于鍋爐低負(fù)荷時(shí)的燃燒穩(wěn)定性和助燃用油量及鍋爐啟停燃油量。以上改造技術(shù)大都圍繞這個(gè)根本問題開發(fā)應(yīng)用。

（2）汽機(jī)專業(yè)方面。凝結(jié)水泵和凝汽器真空系統(tǒng)節(jié)能改造；循環(huán)水系統(tǒng)改造，如在2臺(tái)機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)的母管上加1個(gè)聯(lián)絡(luò)管及聯(lián)絡(luò)門，并在各自的水塔進(jìn)水管上加1個(gè)旁路及隔絕門，可實(shí)現(xiàn)由“一機(jī)一塔”變?yōu)椤皟蓹C(jī)一塔”運(yùn)行，節(jié)水、節(jié)電效果顯著。

（3）電氣專業(yè)方面。主要是對(duì)鍋爐、汽機(jī)、灰硫、燃料等專業(yè)的輔機(jī)設(shè)備實(shí)施變頻、變速改造。如引風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)（排粉機(jī)）、氧化風(fēng)機(jī)等6kV設(shè)備變頻改造，燃油泵、污水泵等400V設(shè)備變頻改造，循環(huán)水泵變頻、變速改造。

上述改造項(xiàng)目，多為局部改造和公用系統(tǒng)通聯(lián)改造，技術(shù)成熟、風(fēng)險(xiǎn)小，機(jī)組中、小修中就可實(shí)施完成，投資相對(duì)小、回收期不長(zhǎng)，既利于機(jī)組深度調(diào)峰安全運(yùn)行，又減少機(jī)組啟動(dòng)和調(diào)峰費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，企業(yè)比較容易接受。

2 機(jī)組供熱擴(kuò)容改造，長(zhǎng)遠(yuǎn)供熱需搶占先機(jī)

冬季供熱采暖是關(guān)乎社會(huì)穩(wěn)定、百姓安居樂業(yè)的民生工程，是我國(guó)北方地區(qū)千家萬戶冬季的必需，對(duì)于燃煤電廠來說仍有較大的潛在市場(chǎng)，因?yàn)槟切┻h(yuǎn)離火電廠的社區(qū)住戶、商場(chǎng)、影院多數(shù)用的是參數(shù)低、高能耗、高污染、分散的小容量鍋爐供熱，或是電耗高的空調(diào)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)保指標(biāo)日趨嚴(yán)格和民用電的漲價(jià)，由火電廠集中供熱成為必然趨勢(shì)。2021年11月3日,國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局對(duì)外發(fā)布《全國(guó)煤電機(jī)組改造升級(jí)實(shí)施方案》中指出在供熱改造方面，鼓勵(lì)現(xiàn)有燃煤發(fā)電機(jī)組替代供熱，積極關(guān)停采暖和工業(yè)供汽小鍋爐，對(duì)具備供熱條件的純凝機(jī)組開展供熱改造，在落實(shí)熱負(fù)荷需求的前提下，“十四五”期間改造規(guī)模力爭(zhēng)達(dá)到5000萬kW。因此，對(duì)于周邊有熱用戶（包括潛在熱用戶）的燃煤電廠應(yīng)積極申請(qǐng)延壽，將其改為供熱機(jī)組。一可使電廠產(chǎn)能有固定消費(fèi)用戶保障；二可使電廠總效率由35%～38%提高到80%以上，煤耗大幅度下降，增收節(jié)支效果顯著；三可減少環(huán)境污染，凈化空氣質(zhì)量，降低了環(huán)保減排壓力（由于集中供熱可替代原有大片供熱燃煤小鍋爐）。這樣做既替代了新增規(guī)模，又節(jié)省了大量煤電投資，還降低了投資收益風(fēng)險(xiǎn)，成為存量火電資產(chǎn)處置的一條可行出路。隨著長(zhǎng)距離供熱技術(shù)迅速的發(fā)展，l5～20km以上的長(zhǎng)距離供熱已經(jīng)常態(tài)化，為大批遠(yuǎn)離城市的煤電機(jī)組改為供熱取代分散的燃煤供熱鍋爐提供了有利條件。煤電企業(yè)（尤其是地處城市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)和郊區(qū)的煤電廠），應(yīng)積極主動(dòng)與當(dāng)?shù)卣陀脩簦ú徽撌敲裼眠€是工業(yè)用）聯(lián)系溝通，通過對(duì)電廠存量機(jī)組的供熱改造，滿足不斷增長(zhǎng)的熱用戶需求。

煤電機(jī)組供熱改造的先進(jìn)工藝技術(shù)和案例較多，可供借鑒參考技術(shù)改造的主要有：熱電機(jī)組切除低壓缸進(jìn)汽及凝、抽、背工況在線實(shí)時(shí)切換技術(shù)；燃煤電廠低位能供熱技術(shù)、節(jié)能技術(shù)改造；熱電機(jī)組冷端近零損失供熱與電力調(diào)峰協(xié)同的技術(shù)；汽輪機(jī)旁路供熱技術(shù)；汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子光軸供熱改造低品位蒸汽供熱改造技術(shù)；“太古”長(zhǎng)遠(yuǎn)距離供熱等技術(shù)，推進(jìn)集中供熱，逐步替代燃煤小鍋爐，為國(guó)家政策落實(shí)提供了有力的技術(shù)支撐，值得研究學(xué)習(xí)借鑒。

3 超低排放改造與降碳，技術(shù)方法亟待新突破

燃煤電廠是煙塵、二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)和氮氧化物(NOX)等大氣污染物的主要排放源。超低排放就是通過多污染物高效協(xié)同控制技術(shù)，使火電機(jī)組對(duì)大氣主要污染物排放標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到天然氣燃?xì)鈾C(jī)組的排放標(biāo)準(zhǔn)。隨著環(huán)保監(jiān)管工作趨嚴(yán)，環(huán)保工作將進(jìn)入后超低排放時(shí)代，雖然目前暫未出臺(tái)能耗底限的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，但預(yù)計(jì)，污染物超低排放限值有望成為火電廠未來大氣污染物排放的新標(biāo)準(zhǔn)，能耗限值有望出臺(tái)，能效與環(huán)?！坝布s束”帶來的“去產(chǎn)能”將逐步開展。除政策明確規(guī)定淘汰的機(jī)組容量目標(biāo)外，能效與環(huán)保有可能成為煤電落后產(chǎn)能淘汰的最大推動(dòng)力。然而，煤電企業(yè)減排空間越來越小，難度越來越大，成本越來越高。路在何方？從國(guó)家能源、環(huán)保政策和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展大局看，應(yīng)因地制宜采取不同的布局策略和措施：（1）在液化氣具備儲(chǔ)運(yùn)條件，能夠保障充分供應(yīng)的港口地區(qū)和一線城市應(yīng)考慮發(fā)展燃?xì)廨啓C(jī)組發(fā)電供熱，燃?xì)廨啓C(jī)組具備投產(chǎn)工期短、啟動(dòng)速度快、調(diào)峰性能好、效率高、清潔環(huán)保等性能優(yōu)勢(shì)。（2）對(duì)在役鍋爐進(jìn)行摻燒生物質(zhì)、摻燒沼氣耦合發(fā)電技術(shù)改造。在超高壓大容量鍋爐中耦合燃燒部分生物質(zhì)原料，既可以提高生物質(zhì)原料在電力系統(tǒng)中的利用率，也可以減少溫室氣體排放。由于現(xiàn)代燃煤電廠規(guī)模較大、性能優(yōu)越，與新建或改造100%的生物質(zhì)發(fā)電廠相比較，燃煤電廠生物質(zhì)耦合發(fā)電具有投資成本低、生物質(zhì)燃料利用效率高、規(guī)模經(jīng)濟(jì)性好、發(fā)電成本低等優(yōu)點(diǎn)。與其他可再生能源相比，生物質(zhì)耦合燃燒發(fā)電是一種建設(shè)周期短、改造成本低的選擇。通過用生物質(zhì)原料作為大型燃煤發(fā)電廠鍋爐的部分替代燃料，高效、清潔地將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為電能。（3）浙能集團(tuán)與浙江大學(xué)產(chǎn)學(xué)研用合作研發(fā)的“燃煤機(jī)組超低排放關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)及應(yīng)用”項(xiàng)目一系列技術(shù)對(duì)燃煤機(jī)組具有普適性，進(jìn)一步完善后值得在燃煤電廠廣泛推廣應(yīng)用。

另外，碳排放的減少和控制問題也需著重探討，眾所周知，我國(guó)要在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)，能源行業(yè)是主戰(zhàn)場(chǎng)，煤電企業(yè)是主力軍，鍋爐是重中之重。當(dāng)前和今后8年乃至30年，“雙碳”達(dá)標(biāo)是我國(guó)一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)，壓力非常大，好在我國(guó)的科研院所已經(jīng)做了大量的前期研究，國(guó)有大型企業(yè)集團(tuán)公司也在不停地探索試驗(yàn)，并取得了可喜的成績(jī)。如早在2010年中石化就曾在勝利油田自備電廠—?jiǎng)倮姀S實(shí)施過二氧化碳捕集純化先導(dǎo)試驗(yàn)工程項(xiàng)目，從煙氣中捕集高純度二氧化碳每年達(dá)到100多萬t，用于3次采油提高采收率，積累了一些有益經(jīng)驗(yàn)。2021年7月5日，中石化又宣布開啟我國(guó)首個(gè)百萬噸級(jí)CCUS項(xiàng)目建設(shè)——齊魯石化勝利油田CCUS項(xiàng)目。將煉化企業(yè)產(chǎn)生的二氧化碳捕集提純后運(yùn)輸注入油井地下，可實(shí)現(xiàn)二氧化碳驅(qū)油與減排的雙贏。該工程竣工投產(chǎn)后，為地處油田和周邊的燃煤電廠的未來發(fā)展打開了希望之門，將會(huì)爭(zhēng)取到更多的煤炭指標(biāo)和發(fā)電量指標(biāo)，在碳交易市場(chǎng)上會(huì)有更多話語權(quán)、主動(dòng)權(quán)。近期又有好消息傳來，由大連化物所研究團(tuán)隊(duì)和珠海市福田能源科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的全球首套1000t/年二氧化碳加氫氣油中試裝置，在山東鄒城工業(yè)園區(qū)開車成功，生產(chǎn)出符合VI標(biāo)準(zhǔn)的清潔汽油產(chǎn)品。該技術(shù)于今年3月4日在上海通過了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定評(píng)價(jià)，認(rèn)為整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平，該技術(shù)為后續(xù)萬噸級(jí)工業(yè)裝置的運(yùn)行提供了有力支撐。二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化制液體燃料和化學(xué)品，不僅可實(shí)現(xiàn)溫室氣體二氧化碳的資源化利用，還有利于可再生能源的儲(chǔ)運(yùn)。筆者認(rèn)為，只有將二氧化碳捕集回收利用、變廢為寶才是標(biāo)本兼治、一勞永逸的長(zhǎng)久根本之計(jì)。

4 把握改造基本原則，統(tǒng)籌謀劃防決策失誤

首先要認(rèn)清全國(guó)電力市場(chǎng)現(xiàn)狀和發(fā)展大勢(shì)，了解國(guó)家能源、環(huán)保政策和新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的內(nèi)涵，學(xué)習(xí)研究國(guó)家能源新政策和電力、供熱市場(chǎng)及技術(shù)進(jìn)步方面的前沿信息，找準(zhǔn)方向定位。對(duì)即將達(dá)到服役年限暫未列入關(guān)停拆除名單的機(jī)組，改造應(yīng)遵守以下3項(xiàng)基本原則：一是要對(duì)改造的必要性、可行性、費(fèi)效比、可用年限等充分論證，對(duì)在役機(jī)組進(jìn)行延壽評(píng)估；二是改造要因地、因廠、因機(jī)施策，區(qū)別對(duì)待，不能簡(jiǎn)單照搬，盲目硬套；三是改造要保證安全低耗、清潔環(huán)保、高質(zhì)量。

尤其是投資較大的技改項(xiàng)目立項(xiàng)實(shí)施前，一定要科學(xué)決策、統(tǒng)籌謀劃，不可顧此失彼。要針對(duì)機(jī)組自身的特性和系統(tǒng)以及調(diào)峰幅度，統(tǒng)籌制定集設(shè)備安全、穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能降耗、減排環(huán)保四位一體的相互匹配的技術(shù)方案。如對(duì)現(xiàn)有和潛在的用戶及用電量、用熱量、年限、可供煤量等指標(biāo)考察調(diào)研，并測(cè)算投入產(chǎn)出比和投資回收期，以免因前瞻性、預(yù)見性不夠，做出不合當(dāng)?shù)貙?shí)際發(fā)展需要的錯(cuò)誤決策。

只有通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、資產(chǎn)評(píng)估、法律等各方面的專家會(huì)診，科學(xué)、全面、審慎的論證，共同把脈給出良方，才可能有效防止決策失誤，防止改前感情用事、興致勃勃的“拍腦袋”，改后捶胸頓足“拍大腿”。十幾年前北方的某坑口電廠，曾斥資2億元對(duì)1臺(tái)30萬kV發(fā)電機(jī)組進(jìn)行技A級(jí)檢修改造，1年后被關(guān)停拆除，投資打了水漂，這種“雞飛蛋打”勞民傷財(cái)?shù)纳羁探逃?xùn)不能不引以為戒。

5 結(jié)語

我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入電力供應(yīng)寬松常態(tài)化、電源結(jié)構(gòu)清潔化、電力系統(tǒng)智能化、電力發(fā)展國(guó)際化、體制機(jī)制市場(chǎng)化的新時(shí)代?！笆奈濉逼陂g，將圍繞“清潔低碳安全高效”8個(gè)字推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)綠色低碳轉(zhuǎn)型。煤電行業(yè)的熱點(diǎn)、重點(diǎn)是大容量高參數(shù)燃煤發(fā)電技術(shù)、靈活發(fā)電技術(shù)、二氧化碳捕集利用和封存技術(shù)、二氧化碳加氫轉(zhuǎn)化制液體燃料和化學(xué)品技術(shù)、IGF發(fā)電技術(shù)、煤與可再生能源進(jìn)行耦合發(fā)電技術(shù)、超臨界二氧化碳發(fā)電技術(shù)。對(duì)煤電企業(yè)來說，不論進(jìn)行哪方面的技術(shù)改造，都應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)刭Y源條件和用電、用熱分布需求，因地、因機(jī)制宜實(shí)施推行，決不可一刀切、一陣風(fēng)，盲目從事。