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(1.上海电力学院,上海 200090; 2.上海外高桥第三发电有限责任公司,上海 200137)

中国是世界第一碳排放量大国,其中燃烧发电是最大的CO2排放源。鉴于我国“富煤、缺油、少气”的能源结构,在未来相当长的一段时期内,煤炭仍将作为我国的主力能源[1-2]。因此,我国CO2减排的主战场之一是燃煤电厂CO2的减排。

2015年10月,美国电力研究协会(Electric Power Research Institute,EPRI)在报告中提出,煤电机组减排CO2的方法有3种,分别为:碳捕捉与封存(Carbon Capture and Storage,CCS)技术;提高蒸汽初温;采用热电联产供热的方法[3]。鉴于碳封存技术的安全性不高、成本高昂且能耗较大,因此CCS技术普及度很低[4]。提高蒸汽初温的实质就是通过提高机组循环效率来减少CO2的排放量,而蒸汽温度的提高受到金属材料的制约,且目前蒸汽循环的最高温度只能达到620 ℃[5],因此这一方法难以推广。综上所述,煤电机组的热电联产供热势必成为CO2减排的一个重要手段。

热电联产供热方式分为背压式机组供热和抽汽凝汽式机组供热。其中,抽汽凝汽式机组可从高压缸到抽汽供热口进行虚拟切分,将其“切割”成一台虚拟背压机组和一台虚拟纯凝汽式机组。根据热力学原理可知,背压式供热机组的理论发电热效率高达100%。但比较上述两种背压机发现,常规背压机组的进汽参数低(一般<9 MPa,540 ℃)、流量小,汽缸内效率低,汽轮机的焓降小;而虚拟背压机的进汽参数高(16.7～30 MPa,540～600 ℃),为再热机组,焓降大且汽缸内效率高。虽然两种背压机都有着100%的理论发电热效率,但在相同的供热量下,更高参数的虚拟背压机有更高的发电量。与目前全国煤电机组平均热效率约40%相比,在相同的总热负荷和总电负荷下,采用更高参数的机组进行热电联产,相当于用效率达100%的背压机替代效率仅40%的常规凝汽机组,必然能取得更好的发电节能收益和减排CO2的成效。为衡量热电联产机组的节能收益,期望在同等的供热量下获得更多的发电量,本文引入电热比的概念。

1 电热比

假设有两台热电联产机组a#和b#,a#机组的进汽压力和温度分别为p1和t1,b#机组的进汽压力和温度分别为p2和t2,p1>p2,t1>t2,两台机组的排汽压力和温度均为p3和t3,机组的排汽供给相同的热用户,供热蒸汽在a#机组中的焓降为ΔH1,在b#机组中的焓降为ΔH2,蒸汽在两台机组中的做功示意图和h-s图如图1所示。由图……