双碳目标下A 电厂减碳对策研究

2022-12-02庞岳红PANGYuehong王豆WANGDou

价值工程 2022年32期

庞岳红PANG Yue-hong；王豆WANG Dou

（①湖州职业技术学院，湖州 313000；②浙江浙能数字科技有限公司，杭州 311100）

1 国家相关政策及A 电厂近期减碳对策

我国于2020 年9 月向全世界宣告将力争于2030 年前实现碳达峰和2060 年前实现碳中和的双碳目标。为按期实现双碳目标，我国于2020 年12 月出台《碳排放权交易管理办法（试行）》并于2021 年7 月启动全国碳排放权交易市场。发电企业首批参与试点交易。

国家每年组织一次碳排放数据核查，核查依据主要是《企业温室气体排放核算方法与报告指南（发电设施）》（以下简称《指南》）。燃煤发电企业只有通过核查后才可交易。

根据《指南》，A 电厂减碳路径主要有：减少供电耗煤的碳排放、减少供热耗煤的碳排放、减少锅炉燃油的碳排放和减少外购电的碳排放，如图1 所示。

减少供电耗煤和供热耗煤的碳排放主要对策有二：一是通过运行优化、精细检修、敏捷消缺等降低供电煤耗和供热煤耗；二是在城市生活污泥来量充足的情况下尽量增加其掺烧比例（污泥不属于化石燃料）。

减少锅炉燃油的碳排放主要对策是降低开机油耗和机组运行期间高低负荷下的助燃油耗。影响油耗大小的最主要因素是机组设备的可靠运行水平高低和入炉煤质优劣。通常情况下入炉煤质不太容易受控，所以降低油耗的最有效手段是通过提高机组设备运行维护质量以进一步提高机组设备的可靠运行水平。

按《指南》要求A 电厂启备变电量应统计为外购电。减少外购电的碳排放就要减少机组开停机过程和停运期间的厂用电量。

辩证地看，增加A 电厂碳配额和减少其碳排放的结果一样。增加A 电厂碳配额的路径有增加供电碳配额和增加供热碳配额两种。在发电量一定的条件下，循泵双速改造等降低厂用电措施可以增加供电量进而增加供电碳配额。

2 A 电厂减碳有关调研及长期减碳对策

2.1 A 电厂减碳相关内部环境

A 电厂长期多年以来一直坚持走绿色低碳循环发展之路，主要体现在机组输出的废弃物再利用和机组输入的原燃料中对城市中水、污泥的再利用两个方面。不仅将机组在运行中产生的飞灰、炉渣和脱硫石膏销售作建筑材料，还充分发挥地理位置优势向县城集中供热、将城市中水处理后用作机组的循环冷却水或锅炉补给水、将县城生活污泥干化后送进锅炉炉膛燃烧，等等。不过，目前该公司还没有全部实现对锅炉烟气和汽轮机乏汽的余热利用，也没有实现对锅炉烟气中二氧化碳的捕集、储存和利用。

2.2 A 电厂节能减碳问卷调查

减碳与节能有密切联系，为此A 电厂在2022 年全国节能宣传周活动期间编制了节能减碳调查问卷。绝大多数员工在厂自媒体平台积极作答，对自己电厂如何节能减碳提出了不少好的建议。建议内容可梳理为以下三个方面：深挖机组节能减碳潜力、大力发展循环经济和做好“三改联动”改造。

深挖机组节能减碳潜力。主要包括：

①降低厂用电。应用变频调速技术尤其是循泵双速改造技术；将厂区路灯等露天照明更换为太阳能灯；优化机组快速启停方案和停运时辅机运行方式；机组启动时，尝试单侧风机启动；采用更好的增效剂以减少浆液再循环泵运行台数。

②提高机组检修质量，优化机组疏水放水管路，强化消缺质量，减少汽水泄漏。

③选用新型材料，按经济厚度对损坏、裸露的管道及阀门进行保温。

大力发展循环经济。主要包括：

①继续做好飞灰、炉渣、脱硫石膏再利用，废水梯级利用和重复利用。

②对一、二期城市中水系统进行扩容，保证机组在满发状态下也不取用地表水。

③拓展城市生活污泥进货渠道，增加掺烧比例。

④尝试将公司及所在地区产生的废机油、废布料送入锅炉进行燃烧发电。

⑤加强与所在地区可再生能源企业合作。

做好“三改联动”改造。主要包括：

①节能减碳改造。比如：机组升温改造，如将主、再热汽温提升至600℃；上大压小；燃煤机组部分拆除，改建为高效H 级燃机；二氧化碳捕集与封存，并将其作为工业原料出售；采取新能源和可再生能源等替代技术。

②供热改造。比如：扩大供热市场，必要时将一台机组改成背压式供热机组；回收4 台机组的汽轮机乏汽余热，实现对周边城市热水热汽双供。

③灵活性改造。比如新建氢气储能、压缩空气储能或电化学储能项目。

3 A 电厂减碳相关外部环境

与循环经济发展相对应，A 电厂减碳相关的外部环境调查主要涉及其机组原燃料、产品和排放物。具体包括：中水、污泥、生物质、供热、储能和二氧化碳捕集、利用和封存（CCUS）。排放物中飞灰、炉渣和脱硫石膏已得到利用，故本文对排放物调查只限于CCUS。（图1）

①中水。目前A 电厂一、二期城市中水满足不了其机组用水需求，以致于不得不取用地表水。目前A 电厂附近污水厂共有13 家，A 电厂所用城市中水仅来自其中1 家。其余12 家污水厂没有与A 电厂之间的管道连接，也没有相关的供水协议。

②污泥。A 电厂一期燃煤耦合污泥发电项目的湿污泥处理量是200 吨/天。考虑到二期项目扩建需要，预留了扩建200 吨/日处理能力的干化机位置。目前附近13 家污水厂中有9 家污水厂的污泥送往A 电厂。

③生物质。燃煤锅炉掺烧农林生物质燃料是减少化石燃料消耗和二氧化碳排放的有效办法。目前A 电厂所在地区的生物质供货企业较多但价格接近于燃煤。锅炉掺烧生物质发电的企业虽有数家，但据了解由于补贴没有到位，生物质发电企业处于亏损状态。

④供热。目前A 电厂所在地区有6 个供热用户区域。除A 电厂外还有4 家集中供热企业。A 电厂主要向其中一个区域供热。据有关预测：2025 年该区块热负荷需求在338.51 至773.54t/h，而A 电厂今年前8 月实际供热为120.38t/h，可见A 电厂还有较大的供热市场空间。

⑤储能。A 电厂所在地区已有电厂建成大型储能示范项目。该项目采用盐酸铁锂电池，配置储能容量为100MWh，最高可存储10 万度电，既可参与电网AGC 频率调节，又可以削峰填谷。不过该项目除一次性成本高外，日常的运维成本也比较高。从A 电厂附近两大国内著名的蓄电池厂家了解到：它们都可以做电厂储能业务。

⑥CCUS。全国首个煤电碳捕集与矿化利用全流程耦合示范项目在A 电厂所在集团的一家兄弟电厂开建。该项目所捕集的二氧化碳一方面用于矿化养护制加气砌块，另一方面为二氧化碳资源化利用技术开发提供条件。不过，该项目设计规模为每年捕集1.5 万吨二氧化碳，对大中型燃煤发电企业而言可谓杯水车薪。另据A 电厂所在地区生态环境部门人员介绍：A 电厂所在地区已有企业拟将二氧化碳资源化利用。

4 国内燃煤发电机组“三改联动”进展

2021 年10 月国家发改委和能源局在发出《关于开展全国煤电机组改造升级的通知》、《全国煤电机组改造升级实施方案》后，如何对燃煤发电机组实施“三改联动”改造开始被纳入各燃煤发电企业的重要议事日程。目前掌握的主要进展情况如下：

节能减排改造。主要有以下几种情况：

①高温亚临界改造。保持300MW 亚临界机组的主汽压力设计值基本不变，将主蒸汽温度和再热蒸汽温度设计值由537℃提升至600℃，结合广义回热循环等节能技改，使机组供电煤耗下降30 克/千瓦时左右，实施厂家为徐州华润电力股份有限公司[1]。

②煤粉炉改为循环流化床锅炉。循环硫化床锅炉可掺烧劣质煤、污泥、垃圾、生物质等，可有效降低电厂对优质化石能源的依赖[2]。2011 年大唐鸡西第二热电有限公司已建成300MW 等级循环流化床机组，循环流化床锅炉的运维技术在国内已经十分成熟[3]。

③生物质耦合燃煤发电改造。生物质耦合方式有直接、间接和并联三种。直接耦合实施机组有国电宝鸡二电300MW 机组；间接耦合实施机组有大唐长山热电600MW机组；并联耦合实施机组有丹麦的Avedore 430MW 机组[4]。

④二氧化碳捕集、封存和利用。由于存在泄露与成本限制的缺点，现阶段无法大规模利用二氧化碳[5]。

供热改造。主要有汽轮机高背压改造、低压缸零出力改造、低温余热利用改造三种：

①汽轮机高背压改造采用高背压乏汽+抽汽加热方式。实施机组有国能宁夏灵武发电有限公司600MW 机组和1000MW 机组[6]。

②低压缸零出力改造将进入低压缸的蒸汽全部用于供热，发电量大幅减少，供热量明显提升。实施机组如华能上安电厂#3 号330MW 亚临界湿冷机组[7]。

③低温余热利用改造即利用热泵技术将锅炉烟气和汽轮机低压缸乏汽余热回收再用。实施厂家有大唐鸡西第二热电有限公司和大唐保定热电厂[8-9]。

灵活性改造。主要有传统燃烧器改预热燃烧器、储能改造和发电机改调相机三种：

①传统燃烧器改为预热燃烧器：让入炉煤粉全部通过预热燃烧器，形成高温气体和高温活化颗粒混合的类气体燃烧以增加反应活性，锅炉最低不投油稳燃负荷可达15%。属中科院推广应用成果，但目前只是在工业锅炉上有应用案例[10-11]。

②储能改造：在电网低谷时储能，在电网高峰时释能。实施机组如广州中电荔新电力公司两台330MW 机组[12]。

③发电机改调相机运行：在电网高峰时机组发电运行提供有功支撑，在电网低谷时机组调相运行发出有无功功率以解决特高压跨区直流输电和风光新能源大规模接入电网带来的无功电压稳定问题，实施电厂为鸭河口电厂[13]。

5 A 电厂长期减碳对策

根据A 电厂减碳相关的调查结果以及国内燃煤发电机组“三改联动”进展情况，本文提出A 电厂长期减碳对策如下：

煤粉锅炉改造为循环流化床锅炉。随着实现双碳目标战略日期逐渐临近，国家对化石能源发电机组的要求会越来越高。对燃煤机组“上大压小”和将燃煤机组改造为高效燃机机组均不能太长久。虽然A 电厂所在地区农林生物质燃料来源不断，但生物质燃料价位偏高且目前发电补贴暂不到位以致全生物质发电企业处于亏损状态。将煤粉锅炉改为循环流化床锅炉属于国家支持的节能减碳项目，既可以减少优质化石能源消耗，又可以为今后条件成熟时大比例掺烧农林生物质打下基础。

亚临界升温改造。亚临界升温改造项目实施后可降低机组供电煤耗30g/kWh 左右，已成为国家对300MW 等级亚临界燃煤发电机组节能减碳改造的推广项目。

锅炉排烟和汽轮机乏汽余热利用。目前A 电厂机组烟气脱硫后进入烟囱的平均烟气温度在70℃以上，机组凝汽器循环冷却水进入冷却塔的平均温度在35℃左右，若利用热泵等技术将这些余热加以利用，可在一定程度上助推A 电厂减碳。

建设储能项目。储能项目可增加燃煤发电机组顶峰填谷能力。目前国内已有电厂已建成储能项目。

锅炉烟气二氧化碳捕捉、收集和利用。对排放的二氧化碳进行捕捉、收集和利用是最有前途的减碳办法。目前还处于探索阶段，需时时关注。