近年来,以迅猛态势席卷全国的雾霾让广大民众“谈霾色变”。“消除雾霾,重塑蓝天”已成为民生改善的当务之急。
雾霾是雾和霾的组合词。雾霾主要由二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物这三项组成。它们与雾气结合在一起,让天空瞬间变得灰蒙蒙的。城市雾霾主要来源于火电厂、炼钢、化工制造和有色金属冶炼企业的排放,机动车尾气、烧煤供暖所产生的废气以及建筑工地和道路交通产生的扬尘等。在2012年全世界燃烧的70万亿t标准煤中,中国就烧了36万亿t,占了51%,排放出的废气可想而知。
强力治霾,减煤、脱硝、除尘及控车成为关键词,大气污染防治成为热议话题,也成为各级政府和相关制造企业环保工作的重中之重。
1.燃煤发电机组
2014年9月12日,国家发改委、环境保护部和国家能源局联合发布《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014~2020年)》,在行动目标中规定:“全国新建燃煤发电机组平均供电标准煤耗低于300g/kW·h;100万千瓦级湿冷、空冷机组设计供电煤耗分别不高于282g/kW·h、299g/kW·h,60万千瓦级湿冷、空冷机组分别不高于285g/kW·h、302g/kW·h。”这是政府对燃煤发电机组具体的刚性指标。
该行动计划列举了燃煤电厂34项节能减排的技术,其中最主要的2项是提高蒸汽参数和二次再热技术。
(1)提高蒸汽参数。可以说,一部燃煤发电发展的历史就是不断提高蒸汽参数的历史。通常的燃煤电厂是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电。
在374.15℃、22.115MPa压力下,水蒸气的密度会增大到与液态水一样,这个条件便是水的“临界参数”,比这还高的参数便叫作“超临界”,如将温度升高到600℃,压力到25~28MPa,蒸汽就进入“超超临界”状态。从表1可见,随着进汽参数的逐步提高,机组功率也相应增大。同时蒸汽的温度和压力越高,发电效率就越高。一般来说,超临界机组的热效率比亚临界机组高2%~3%,超超临界机组的热效率比超临界机组又要高约4%。
表1燃煤发电机组蒸汽参数表
热效率提高的直接效果就是煤耗的降低。上海外高桥第三电厂的百万超超临界机组2010年的供电煤耗降至279.39g/kW·h,成为世界上首个冲破煤耗280g/kW·h整数关口的机组。据测试,如果每度电节省1g煤,该厂全年2台机组就能省下近1.2万t标准煤。这意味着,与全国平均能耗(335g)相比,外高桥第三电厂2010年节煤达到了67万t左右,折合人民币约6.7亿元;同时可减排二氧化碳48万t、二氧化硫0.36万t和烟尘2.85万t,达到了整体节能减排。
(2)采用二次再热技术。在常规一次再热的基础上,汽轮机排汽二次进入锅炉进行再热。汽轮机增加超高压缸(VHP),超高压缸排汽为经过锅炉一次再热器加热后进入高压缸(HP),高压缸排汽经过锅炉二次再热器加热后进入中压缸(IP),这就是世界上最新的二次再热技术(见图1、图2)。
图1江苏泰州电厂百万超超二次再热机组各汽缸的蒸汽参数
图2百万超超二次再热机组各汽缸结构图
2015年9月25日,世界首台百万千瓦超超临界二次再热燃煤发电机组在江苏泰州电厂正式投入运营。2016年6月,山东莱芜电厂6号机百万超超临界二次再热机组完成各项性能考核试验,在机组发电效率、发电煤耗等指标均刷新了世界纪录(见表2),机组各项环保指标全面优于国家超低排放限额,成为世界上效率最高、能耗最低、指标最优且环保最好的燃煤机组。
表2常规百万超超临界一次再热与二次再热机组指标比较表
截止2014年末,全国发电装机容量达13.6019kW,居世界第一。我国大陆总人口13亿人,我国人均发电装机已经历史性达到1kW。其中,煤电8.3kW,占61%,仍占绝对优势地位。因此,中国的电站设备制造行业并不满足上述指标,仍在不断创新,不断优化机组参数。目前,先进的700℃超超临界发电技术已正在紧锣密鼓地研发中,使燃煤机组朝着大容量、高参数、排放少、煤耗低的发展方向阔步前进。
2.燃气发电机组
天然气是产生于油气田的一种无色无臭的可燃气体。其主要组分是甲烷(CH4),大约占80%~99%,因此燃烧充分。天然气作为一种清洁能源,既可减少煤和石油的用量,又能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%,减少二氧化碳排放量60%和氮氧化合物排放量50%,并有助于减少酸雨形成,舒缓地球温室效应,因而大大改善环境污染问题。
燃气发电机组由于效率高、排放少、可调峰的优点,建造燃气发电机组将成为我国中东部大型城市发电的主导机组,特别是北京、上海等特大型城市今后基本不上燃煤发电机组,改上燃气发电机组,如北京西三环的郑常庄、东部的京桥和高安屯、西五环的西北热电、北六环的未来城以及西北部的上庄燃机电厂;上海除石洞口3