东方电气:“近零排放”并不难

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  随着我国雾霾污染的猖獗,燃煤污染屡屡被口诛笔伐。造成雾霾的原因很多,包括汽车尾气排放、城市建设污染、地形构造等,但大量能源消费和以煤为主的能源结构是主要原因。大名鼎鼎的PM2.5是雾霾的直接成因,而二氧化硫、氮氧化物及烟尘又是形成PM2.5最重要的三大污染物。在中国,煤炭消费正是这三大污染排放的主要来源。
  但是,对中国这样“多煤、少油、缺气”的国家来说,工业化、城市化发展进程以及煤炭资源的价格优势,决定了即便我们坚持“减煤压煤”的能源战略,在较长一段时期内,中国经济发展的主要能源还是煤。我国煤炭消费比重近三年来以每年1%的速度下降,但由于煤炭消费基数大,直到2013年煤炭消费仍占能源消费的近66%。
  在这种现实之下,中国需要在“减煤压煤”的同时,尽可能降低燃煤的排放。由于在我国每年约40亿吨原煤使用中,50%左右为电力所用,因此让燃煤电厂减排,就等于牵住了燃煤减排的牛鼻子。
  对此,东方电气董事长王计有明确的认识:“人们在充分享受电能带来便利的同时,有了新的需求,蓝天白云,清新空气,需要低碳,需要绿色。所以,能源装备企业要改变自己的追求方向。怎么把煤电降到低排放,甚至降到零排放,是我们需要去做的事情。”
  2014年7月18日,广州市政府组织实施的“50355”工程试点项目、恒运电厂9号燃煤热电联产机组“超洁净排放”改造项目正式投入运行。现场机组显示的实时排放数据二氧化硫、氮氧化物、烟尘排放值,分别为1、23、1.7毫克/标准立方米,远低于燃气发电机组的排放标准,达到目前国内同类机组环保改造的最好水平,实现了煤的超洁净燃烧,是国内首个30万千瓦“超洁净”燃煤改造机组。
  作为中国最大的发电设备制造企业之一,东方电气参与了恒运电厂9号机组的锅炉、汽轮机、发电机和脱硝(氮氧化物排放控制)的改造。业内人士称:“东方电气改造后的发电机组,不仅排放指标达到了目前国内同类机组环保改造的最好水平,而且节能。东方电气为燃煤电厂立了新标准。”


  近零排放
  东方电气以“绿色动力,驱动未来”为愿景,发展清洁能源早已上升为企业战略。公司早在10多年前就先后进入核电、风电等清洁能源领域,并于2003年开始探路烟气治理市场,先后引进和自主开发了一系列环保技术和产品,为燃煤机组的清洁排放打下了坚实的基础。
  几年前,恒运电厂领导访问东方电气洽谈电站改造事宜时,集团公司总经理斯泽夫首度为客户抛出了“近零排放”的理念,推介了东方电气在这个领域拥有的技术条件和系统集成能力,双方一拍即合。近零排放,是指燃煤机组的烟气排放达到天然气机组标准,即二氧化硫不超过35毫克/标准立方米、氮氧化物不超过50毫克/标准立方米、烟尘不超过5毫克/标准立方米(广州市“50355”工程由此而来)。
  2012年3月,东方电气签署恒运电厂8号、9号汽轮发电全机组增容降耗工程及低氮燃烧器改造合同,随后又签署了脱硝优化合同,以火电机组综合系统优化、技术集成、升级改造商身份参与到国内首个“近零排放”机组改造项目中。
  根据合同要求,恒运电厂9号机组脱硝改造采用“低氮燃烧+SCR(选择性催化还原法)烟气脱硝”技术。脱硝主要从两个渠道着手。一是通过优化改进锅炉的燃烧系统,控制燃煤NOX(氮氧化物)排放;二是通过改进优化脱硝装置,最终实现尾部烟气NOX减排指标的控制。由于东方电气提供主机设备,较其他仅做脱硝技术的企业更能从整个系统上去统筹考虑。
  通过低氮燃烧改造,氮氧化物的产生量应控制在300毫克/标准立方米以下,同时优化SCR烟气脱硝工艺,使氮氧化物的最终排放浓度在45毫克/标准立方米以下,低于燃气机组氮氧化物50毫克/标准立方米的排放控制标准。按照最终实时排放数据测试,NOX排放浓度达到了23毫克/标准立方米,远低于45毫克/标准立方米的目标值。其中,东方电气自主开发的DBC-MDSS多维深度分级燃烧系统表现出燃烧稳定性好、炉膛负压波动小、燃尽程度高等优良特性;通过制粉系统和燃烧优化调整,保障了锅炉各项指标全面达标,特别是各负荷段下NOX排放显著降低,额定负荷下脱硝前实测NOX排放从350~450毫克/标准立方米降到180~220毫克/标准立方米,远低于合同规定的NOX排放量小于300毫克/标准立方米的保证值。
  2003年进入烟气治理市场后,东方电气所属企业东方锅炉经过多年发展,已成长为国内最大的SCR供应商,拥有完整、全自主和领先的SCR脱硝技术,脱硝效率可实现大于90%,最高达92.5%,实现全负荷SCR投用。拥有完整全自主和领先的SNCR+SCR技术,实现不低于90%的脱硝效率,能全面满足CFB锅炉NOX近零排放要求。
  节能降耗
  为了提高恒运发电厂运行的经济性,在汽轮机通流改造上,东方电气所属企业东方汽轮机采用了目前汽轮机设计的先进技术。这是东方电气经过近20年研究和技术创新研发的具有自主知识产权的汽轮机通流设计先进技术,包括调节阀分析优化技术、调节级分析优化技术、压力级3D流场优化技术、末级长叶片技术、动叶整体围带阻尼结构技术、动叶片安全可靠性设计技术、排气缸优化技术、密封技术等。
  改造后的恒运电厂9号机组供电煤耗比改造前降低了20.68克/千瓦时。虽然煤耗值较超临界或超超临界机组还有一定差距,但在“五年磨一克”的煤耗领域,且在机组背压较高的情况下,这是个了不起的成绩。按年利用小时5500小时计算,300MW机组一年可以节约燃煤3.3万吨,进而带动减排二氧化碳8.6万吨,在同类机组中已经走在了前列。
  伴随着国家能源结构的调整,优化老机组性能,节能降耗的压力不断加大。东方电气以满足用户需求为目标,近年持续优化和改进技术,进一步提升产品的经济性和环保性,并积极向用户推介新技术,与客户合作对机组进行改造升级,以降低能耗,提高出力,保障机组安全可靠性,为用户提供“全生命周期”的服务。


  效益诱人
  在恒运电厂9号机组“超洁净排放”改造项目正式投运现场,恒运集团有关负责人介绍,两台300MW机组改造累计需投入3亿元,按机组年利用小时5500小时计算,预计增加成本0.019元/千瓦时(按10年固定资产折旧、综合考虑了运营成本增加等因素)。相比煤改气仅燃料成本就增加4角钱而言,2分钱只是其1/20。
  据悉,广州市改造一台机组政府奖励500万元。广州市长陈建华在投运现场向在场的发电企业和包括东方电气在内的制造商激情承诺:“广州人民欢迎燃煤企业推进改造工作,今年都开工也没问题。政府说话算话,不管财政超多少预算,我们照顾解决。”陈建华的决心不仅代表广州市政府,也代表了许多地方政府的心声。“近零排放”已逐渐成为发电企业必须面对的方向和环保趋势。
  吸引恒运电厂积极投入“超洁净排放”改造的还有两个更诱人的好处:一是获得政府的支持,新上更高容量的机组,将企业做大做强;二是对于改造电厂,政府将给予清洁发电优先上网的政策。政府的支持鼓励无疑激发了电企改造的热情,也给东方电气等设备制造企业带来了更多的机遇和挑战。
  而优先上网,无疑清洁发电量越多越有优势,于是发电机的增容改造优势显露出来。东方电气旗下东方电机负责9号机组的发电机增容改造。通过对发电机通风系统中的部分元件进行更换、改进和优化,并将旧冷却器更换为新型高效大容量的冷却器,提高了发电机的通风冷却效果,从而实现了将发电机的额定出力由300MW提高到330 MW,让机组发电上网有保障的情况下多发电,获得更高的效益。
  系统集成
  尽管参与了恒运电厂9号机组包括发电机、汽轮机、锅炉和脱硝等“近零排放”的大部分项目改造,东方电气仍然紧盯着未来的目标——独立为各类电站提供“近零排放”的整体解决方案。
  目前,二氧化硫、氮氧化物、烟尘等的排放控制都还处于单一设备处理单一污染物的“各自为政”状态。这样做在某种程度上虽也能解决问题,但给电厂的集成带来了更多的麻烦,同时单项技术面临代价高昂和无法满足指标要求的窘况。科学的办法应是通过各装置的协同合作,前一环节为后续环节创造有利条件,后续环节弥补前一环节的不足,协同脱除污染物以达到排放要求。
  在拥有成熟、领先的技术和产品基础上,东方锅炉与高校、科研院所合作持续提高产品性能,优化协同控制技术,为此提出了单一污染物高效脱除与多环节整体协同控制技术方案,对改造机组提出了技术路线:根据污染物排放情况开展超低NOX燃烧系统改造、SCR优化、加装低低温省煤器、电除尘器改造、FGD改造、加装WESP、加装或改造WGGH等。
  恒运电厂9号燃煤机组的投运,是对东方电气机组改造综合能力的一次检验,也为“近零排放”系统集成奠定了坚实的基础。而恒运电厂“超洁净排放”效应,也为在中心城市周边建设高效清洁火电做了一次示范。正如广州市长陈建华所说:“这不仅在广州,在全省乃至全国都具有里程碑的意义。”
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