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燃气热电联产技改可行性分析
作者:林世杰    发布时间:2015-12-14   点击率:1
 

一、概述

用天然气为原料,采用“燃气—蒸汽联合循环”技术来发电的电厂称为燃气—蒸汽联合循环发电厂。燃气热电联产就是利用燃气轮机做功后的高温排气在余热锅炉中产生蒸汽,再送到汽轮机中做功,最后将做完功的蒸汽通过热网管道送至热用户。

天然气是高效清洁能源,燃气—蒸汽联合循环机组燃用天然气将极大地改善环境污染问题。燃用天然气没有粉尘、没有灰渣。天然气几乎不含硫,因而几乎没有SO2排放。由于采用低NOx燃烧器,NOx的排放也降到极低的程度。又由于天然气成分中主要是CH4,烟气中CO2的排放也大大减少。

20131月,国务院发布的《能源“十二五”规划》提出,要重点发展天然气发电。在电力工业十二五规划中,提出到2015年全国天然气发电装机达6000万千瓦的目标。较2010年的2800万千瓦装机量翻番。

浙江省能源消费结构以煤炭为主,优质的清洁能源比重偏低,对环境产生较大的压力。因此,经济增长带来的环境污染代价不容忽视。随着宁波市对大气污染治理进一步深入,我公司作为北仑西片区无煤区唯一集中供热企业,承担宁波经济技术开发区联合开发区域、江南出口加工贸易区及青峙化工区的供热任务。因此,我公司进行以天然气作为清洁能源“燃气热电联产”技术增容、增效改造,减少对大气环境污染的有害气体排放促进大气污染现状的治理工作有着责无旁贷的责任,也是提高我公司生存空间的有效途径。

二、我公司进行燃气热电联产技改的方案

利用燃气—蒸汽联合循环技术对我公司现有两套高温高压机组进行增容、增效改造,在西方一些发达国家这种系统配置改造是比较普遍的。结合我公司机组的实际情况,可采用如图1所示的系统配置改造方案。

1所示的技术改造方案可适用于燃煤机组。我公司现有的锅炉、汽轮机和整个系统基本保持不变,锅炉及DCS控制系统需做少量的改造,另增两套燃用天然气的单循环燃气轮机发电机组:燃气轮机排出的550℃左右的尾气进入现有的#1#2炉,作为补燃燃料的燃烧气体,一部分排气用于加热锅炉给水,可以大大减少自用汽,现有锅炉的燃煤供给系统将保留,作为补充燃烧系统的一部分,以使整个锅炉能达到经济出力。这样整个联合循环系统只需投资一套燃气轮机发电机组,就能实现容量增加50%60%,效率增加10%左右的效果。就我公司现有两台15MW高温高压机组来说,每台搭配一台西门子公司生产的SGT-60025MW燃机,即高温高压系统容量可增至80MW,这样能使一套容量较小、效率较低的老系统真正跨入高效率的先进机组行列。

三、改造的可行性

1、有足够的场地布置联合循环设备

我公司位于北仑区戚家山街道金鸡路与江滨路交叉区,公司面积呈不规则多边形,南北长度310米。东西平均宽度235米,总占地面积约7.3万平方米,已建设备、厂房占地面积3.2万平方米,建筑密度45%,已比较拥挤。二期工程所建的275t/h中温中压循环流化床锅炉(#5#6炉)已属于国家明令淘汰设备,不能继续投入生产。因此,可以拆除这两台不用的锅炉及其辅助设施.拆除后的场地完全可以容纳下两套SGT-60025MW燃机。

2、地理位置优越、交通十分便利

我公司此处北仑西片区,北临甬江,东距北仑港仅10余公里,交通十分便利。宁波经济技术开发区联合开发区域、江南出口加工贸易区及青峙化工区均在公司周围5Km范围内,是实现北仑西片区集中供热比较理想的厂址。

3、现有机组及其他设备尚可利用

电厂汽轮机使用寿命一般为30年,我公司两台杭汽EHNG40/32/40型抽背机组从2009年投产至今才运行7年,还有很长的生命周期。若对其进行适当改造可满足联合循环机组运行要求。公司原有热网系统可保留不做改动。公司原有配电等设备也能满足改造后联合循环系统辅机用电要求。

4、施工组织非常灵活,工程可分批建设

改造所需要增加燃气轮机发电机组、旁通烟囱及相关的DCS控制系统都是成熟的;现有的汽轮机系统基本保持不变,锅炉系统作一些必要的改动,现有的控制系统经过改造以后,并入联合循环的DCS系统。工程可逐步施工:先拆除275t/h中温中压循环流化床锅炉(#5#6炉),接着建造燃气单循环机组,锅炉改造及DCS可最后上。

四、改造后我公司具有的优势

1、对环境的污染小,具有良好的节能减排、环保性

燃气轮机CO2NoxSO2排放少,燃烧生成产物没有灰渣,几乎没有SO2排放;加上燃烧完全,燃烧生成产物中虽亦有一定量的Nox存在,但可以采用注水、注汽、低NOX燃烧器等方法,将Nox的含量降低到国家排放标准以下;又由于天然气成分中主要是CH4,烟气中CO2的排放也大大减少。燃气轮机尾气进入现有锅炉对煤进行补燃,在锅炉出力与原来保持一致的情况下,可以减少煤的用量,并能优化锅炉内燃烧环境,有助于抑制Nox的生成。因此,燃气热电联产可以大大减少CO2NoxSO2的排放。

当前,国家对发电厂污染物排放量要求日益严格,常规火电站为了满足国家环保规定,需花费大量资金、场地,用于环保治理,如烟气脱硫、脱硝等。据统计,我公司目前生产系统中烟气脱硫、脱硝设备的投资占比为20%,脱硫、脱硝设备运行费用占生产成本约4%。在这一方面,燃气热电联产是有其明显的优点,有助于缓解我公司现有环保设备较难满足国家环境保护部规定的《火电厂大气污染物排放标准》的问题,并能适用即将出台的更加严苛的排放标准。

2、增强了供电能力,具有高的发电效率,降低厂用电率

燃气—蒸汽联合循环由燃气轮机单循环和汽轮机朗肯循环构成,实现了能源阶梯利用,发电效率高达56%以上,这是常规燃煤机组根本无法比拟的。

改造后燃气热电联产系统厂用电率约为8%,而我公司现有厂用电率一般为16.5%,可大大降低全公司厂用电率,节约能源。

3、增强供热能力,保障区内供热安全

改造后可减少自用汽30/小时,即能增加我公司供热能力30/小时,以年运行7200小时计,则能增加供热能力21.6万吨/年。我公司目前两套高温高压系统运行最大供热量为200/小时,而区内最大热负荷可达240/小时,可见改造后能有效缓解冬季热网负荷大增而我公司供热能力不足的矛盾。

五、技术经济分析

1、我公司生产区域内设备布置紧密,主厂房周围已无足够场地安装燃机系统。要实施燃气热电联产技改,势必要拆除老设备(#5#6炉)。而这些老设备在生产系统包围中,拆除时可能会影响正常生产活动,施工存在一定难度。燃机系统建造完成后,轮流改造#1#2炉,期间我公司供热能力减弱,必须合理安排改造时间,避开供热高峰期。开工前必须制定周密的施工方案,以确保各部门紧密合作顺利完成技改。

2、燃气轮机造价高昂,单套25MW燃气单循环系统投资费用在1.5亿元左右。参考宁波科丰燃机热电有限公司燃气热电联产项目投资情况,我公司燃气热电联产技改投资估算4亿元。

3、燃气技改后虽然可以提升我公司发电效率,然而等量热值的天然气价格比煤炭的价格高的多,致使燃气—蒸汽联合循环发电、供热成本可能会高于燃煤机组。但是,联合循环发电SO2CO2排放少,是清洁电,电价应优质优价。

六、总结

“燃气—蒸汽联合循环”技术改造我公司现有机组是一种增加容量、提高效率、减轻污染的切实可行的途径。我公司进行燃气热电联产技改,具有进一步节约能源、改善环境、增加电力供应,稳定地方输气管网压力等综合效益,工程建设的同时也是城市治理大气污染和提高能源利用率的重要措施,是提高人民生活质量的公益性基础设施,符合国家可持续发展战略,同时可以解决我公司现阶段机组热效率低、容量小、环保压力大等一系列矛盾,从长远看能避免被淘汰的命运。因此,我公司进行燃气热电联产技改前景是非常光明的。

 
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