史彩菊

(北京京橋熱電有限責(zé)任公司，北京 100067)

隨著環(huán)保要求的進(jìn)一步嚴(yán)格，清潔能源裝機(jī)容量不斷提高。燃?xì)鈾C(jī)組由于其環(huán)保、節(jié)能、啟?？斓葍?yōu)點(diǎn)，發(fā)展速度較快，截止2017年8月底，京津唐燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)容量達(dá)到11 174.58 MW，占全部裝機(jī)容量的15.07%，特別是在北京地區(qū)，隨著四大熱電中心的建成投產(chǎn)，燃煤機(jī)組已經(jīng)全部退出運(yùn)行。現(xiàn)在北京地區(qū)燃?xì)庋b機(jī)容量已達(dá)到8 197 MW，全部為供熱機(jī)組。保證燃?xì)夤釞C(jī)組的清潔、高效、低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，是發(fā)電行業(yè)的重要工作內(nèi)容之一。

1 北京地區(qū)能源供應(yīng)現(xiàn)狀

1.1 裝機(jī)規(guī)模及分布

隨著節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)壓力的增大，北京市“十二五”規(guī)劃提出了“1+4+N”的供熱體系，即建成東南、東北、西南和西北四大天然氣熱電中心，形成“1+4+N”中心供熱體系。 東北熱電中心位于朝陽區(qū)高安屯，供熱能力為2 400×104m2；東南熱電中心 位于朝陽區(qū)王四營，供熱能力為3 900×104m2；西南熱電中心位于豐臺(tái)區(qū)草橋，供熱能力為2 100×104m2；西北熱電中心 位于石景山區(qū)高井，供熱能力為3 600×104m2。

目前四大熱電中心已全部建成投產(chǎn)，原有的燃煤機(jī)組也逐步退出市場(chǎng)，北京市的裝機(jī)類型全部為燃機(jī)清潔供熱發(fā)電，并以9F為主流機(jī)型。

1.2 燃?xì)鈾C(jī)組主要特性

以某電廠“二拖一”機(jī)組為例對(duì)燃?xì)鈾C(jī)組進(jìn)行分析。該機(jī)組安裝2臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)、2臺(tái)余熱鍋爐、1臺(tái)蒸汽輪機(jī)，同步建設(shè)脫硝裝置。整套機(jī)組選型先進(jìn)，能源利用率高，污染物排放少，主要有以下特點(diǎn)。

a. 機(jī)組采用“二拖一+3S離合器+大旁路”的配置方案，可實(shí)現(xiàn)2臺(tái)燃機(jī)+兩臺(tái)余熱鍋爐+蒸汽輪機(jī)的“二拖一”運(yùn)行和一臺(tái)燃機(jī)+一臺(tái)余熱鍋爐+蒸汽輪機(jī)的“一拖一”運(yùn)行；還可以根據(jù)供熱需求實(shí)現(xiàn)純凝、抽凝、背壓甚至汽輪機(jī)全切工況等多種運(yùn)行方式。

b. 抽凝工況的最大供熱面積為1 000×104m2，背壓工況的最大供熱面積為1 200×104m2，設(shè)計(jì)有汽機(jī)全切工況，汽機(jī)全切工況下，供熱面積可達(dá)1 400×104m2，以應(yīng)對(duì)極端天氣或市政供熱特殊情況的需求，更好地?fù)?dān)負(fù)供熱企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。

c. 采用降噪消音型設(shè)計(jì)，廠界噪聲控制在45 dB，達(dá)到了噪音控制最高等級(jí)；同步建設(shè)高效脫硝裝置，氮氧化物排放質(zhì)量濃度7.3 mg/ m3，遠(yuǎn)低于北京市30 mg/m3要求；二氧化硫和粉塵接近零排放；二氧化碳年排放約140×104t，與全國火電平均水平相比，減排約130 t。

d. 機(jī)組采用燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)技術(shù)，通過“熱電聯(lián)產(chǎn)”的工藝方式，將高品位能源用于發(fā)電，低品位能源用于供熱；通過鍋爐尾部加裝煙氣換熱裝置等能源梯級(jí)利用技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了清潔優(yōu)質(zhì)天然氣能源的高效利用，機(jī)組供熱季發(fā)電氣耗可低至0.136 m3，供熱工況下能源利用率最高可達(dá)89.74%。

e. 整套機(jī)組實(shí)現(xiàn)了“全程智能化控制”，自動(dòng)控制水平國內(nèi)領(lǐng)先，真正實(shí)現(xiàn)了全過程無斷點(diǎn)的一鍵式啟停，大大提高了系統(tǒng)操作的準(zhǔn)確性、規(guī)范性，減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了機(jī)組啟停時(shí)間。

2 低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

2.1 采暖期低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

機(jī)組冬季供熱運(yùn)行設(shè)計(jì)有3種工況。全切工況為事故緊急情況下的特殊運(yùn)行工況，不做詳述。冬季供熱量除了受環(huán)境氣溫變化而影響外，基本保持穩(wěn)定，因此，選擇滿足不同環(huán)境氣溫變化的供熱需求，以保供熱、保民生、提高外購電比例的能源供給原則，保持供熱量不變，分析背壓和抽凝2種方式運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。相同供熱量不同供熱工況機(jī)組運(yùn)行參數(shù)見表1。

從表1 可以看出，無論在供暖初期、中期、還是晚期，在各種穩(wěn)定的供熱需求下，背壓運(yùn)行的供電碳排放強(qiáng)度、發(fā)電氣耗、單位燃?xì)饬康挠芰鶅?yōu)于抽凝供熱運(yùn)行，因此機(jī)組背壓運(yùn)行無論在能源消耗、二氧化碳排放和單位燃?xì)饬坑芰Ψ矫?，均表現(xiàn)出極高的低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)勢(shì)，因此冬季供熱，機(jī)組擬采用背壓供熱運(yùn)行。

2.2 非采暖期低碳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析

每年3月下旬到5月初，9月初到11月上旬，是年度電力需求低迷階段，此階段，機(jī)組經(jīng)常處于“二拖一”低負(fù)荷(50%～60%)和“一拖一”運(yùn)行的選擇中，本文通過實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)，從氣耗水平、碳排放強(qiáng)度和單位供電量盈利能力等方面綜合分析低碳環(huán)境下，非采暖期機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方式?！岸弦弧迸c“一拖一”不同運(yùn)行方式參數(shù)見表2。

比較“二拖一”低負(fù)荷(50%負(fù)荷)和“一拖一”(40%負(fù)荷)運(yùn)行，“二拖一”低負(fù)荷碳排放強(qiáng)度高、單位供電量盈利能力低，因此“二拖一”低負(fù)荷運(yùn)行無論從能耗水平、碳排放強(qiáng)度和單位供電量盈利能力方面均不及“一拖一”運(yùn)行。就利潤(rùn)而言，“二拖一”低負(fù)荷(50%負(fù)荷)運(yùn)行，優(yōu)于“一拖一”(40%～45%負(fù)荷)，但這種優(yōu)勢(shì)隨著碳排放成本的增加不斷降低，當(dāng)碳排放成本升高至85元以上時(shí)，“二拖一”低負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)量高帶來的利潤(rùn)優(yōu)勢(shì)將不復(fù)存在，因此在爭(zhēng)取機(jī)組運(yùn)行方式時(shí)，盡量“二拖一”較高負(fù)荷率(60%負(fù)荷以上)運(yùn)行，否則應(yīng)權(quán)衡能耗水平、利潤(rùn)和碳成本各方，平衡擇優(yōu)。

表1 相同供熱量不同供熱工況機(jī)組運(yùn)行參數(shù)

表2 “二拖一”與“一拖一”不同運(yùn)行方式數(shù)據(jù)

3 結(jié)束語

通過機(jī)組供暖季背壓抽凝不同運(yùn)行方式、不同負(fù)荷純凝運(yùn)行、年度機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)量安排等常態(tài)運(yùn)行工況的分析比較，提出了在非供暖期負(fù)荷低迷時(shí)期，盡量避免“二拖一”低負(fù)荷運(yùn)行(50%負(fù)荷)，采取“一拖一”40%以上負(fù)荷運(yùn)行；供熱季采取背壓運(yùn)行的燃?xì)鈾C(jī)組清潔、高效濟(jì)運(yùn)行建議。