燃气供热机组低碳运行方式分析

史彩菊

(北京京桥热电有限责任公司，北京 100067)

随着环保要求的进一步严格，清洁能源装机容量不断提高。燃气机组由于其环保、节能、启停快等优点，发展速度较快，截止2017年8月底，京津唐燃气机组装机容量达到11 174.58 MW，占全部装机容量的15.07%，特别是在北京地区，随着四大热电中心的建成投产，燃煤机组已经全部退出运行。现在北京地区燃气装机容量已达到8 197 MW，全部为供热机组。保证燃气供热机组的清洁、高效、低碳经济运行，是发电行业的重要工作内容之一。

1 北京地区能源供应现状

1.1 装机规模及分布

随着节能减排和环境保护压力的增大，北京市“十二五”规划提出了“1+4+N”的供热体系，即建成东南、东北、西南和西北四大天然气热电中心，形成“1+4+N”中心供热体系。 东北热电中心位于朝阳区高安屯，供热能力为2 400×104m2；东南热电中心 位于朝阳区王四营，供热能力为3 900×104m2；西南热电中心位于丰台区草桥，供热能力为2 100×104m2；西北热电中心 位于石景山区高井，供热能力为3 600×104m2。

目前四大热电中心已全部建成投产，原有的燃煤机组也逐步退出市场，北京市的装机类型全部为燃机清洁供热发电，并以9F为主流机型。

1.2 燃气机组主要特性

以某电厂“二拖一”机组为例对燃气机组进行分析。该机组安装2台燃气轮机、2台余热锅炉、1台蒸汽轮机，同步建设脱硝装置。整套机组选型先进，能源利用率高，污染物排放少，主要有以下特点。

a. 机组采用“二拖一+3S离合器+大旁路”的配置方案，可实现2台燃机+两台余热锅炉+蒸汽轮机的“二拖一”运行和一台燃机+一台余热锅炉+蒸汽轮机的“一拖一”运行；还可以根据供热需求实现纯凝、抽凝、背压甚至汽轮机全切工况等多种运行方式。

b. 抽凝工况的最大供热面积为1 000×104m2，背压工况的最大供热面积为1 200×104m2，设计有汽机全切工况，汽机全切工况下，供热面积可达1 400×104m2，以应对极端天气或市政供热特殊情况的需求，更好地担负供热企业的社会责任。

c. 采用降噪消音型设计，厂界噪声控制在45 dB，达到了噪音控制最高等级；同步建设高效脱硝装置，氮氧化物排放质量浓度7.3 mg/ m3，远低于北京市30 mg/m3要求；二氧化硫和粉尘接近零排放；二氧化碳年排放约140×104t，与全国火电平均水平相比，减排约130 t。

d. 机组采用燃气蒸汽联合循环技术，通过“热电联产”的工艺方式，将高品位能源用于发电，低品位能源用于供热；通过锅炉尾部加装烟气换热装置等能源梯级利用技术，实现了清洁优质天然气能源的高效利用，机组供热季发电气耗可低至0.136 m3，供热工况下能源利用率最高可达89.74%。

e. 整套机组实现了“全程智能化控制”，自动控制水平国内领先，真正实现了全过程无断点的一键式启停，大大提高了系统操作的准确性、规范性，减轻了运行人员的劳动强度，缩短了机组启停时间。

2 低碳经济运行分析

2.1 采暖期低碳经济运行分析

机组冬季供热运行设计有3种工况。全切工况为事故紧急情况下的特殊运行工况，不做详述。冬季供热量除了受环境气温变化而影响外，基本保持稳定，因此，选择满足不同环境气温变化的供热需求，以保供热、保民生、提高外购电比例的能源供给原则，保持供热量不变，分析背压和抽凝2种方式运行的经济性。相同供热量不同供热工况机组运行参数见表1。

从表1 可以看出，无论在供暖初期、中期、还是晚期，在各种稳定的供热需求下，背压运行的供电碳排放强度、发电气耗、单位燃气量的盈利能力均优于抽凝供热运行，因此机组背压运行无论在能源消耗、二氧化碳排放和单位燃气量盈利能力方面，均表现出极高的低碳经济运行优势，因此冬季供热，机组拟采用背压供热运行。

2.2 非采暖期低碳经济运行分析

每年3月下旬到5月初，9月初到11月上旬，是年度电力需求低迷阶段，此阶段，机组经常处于“二拖一”低负荷(50%～60%)和“一拖一”运行的选择中，本文通过实际运行数据，从气耗水平、碳排放强度和单位供电量盈利能力等方面综合分析低碳环境下，非采暖期机组的经济运行方式。“二拖一”与“一拖一”不同运行方式参数见表2。

比较“二拖一”低负荷(50%负荷)和“一拖一”(40%负荷)运行，“二拖一”低负荷碳排放强度高、单位供电量盈利能力低，因此“二拖一”低负荷运行无论从能耗水平、碳排放强度和单位供电量盈利能力方面均不及“一拖一”运行。就利润而言，“二拖一”低负荷(50%负荷)运行，优于“一拖一”(40%～45%负荷)，但这种优势随着碳排放成本的增加不断降低，当碳排放成本升高至85元以上时，“二拖一”低负荷运行，产量高带来的利润优势将不复存在，因此在争取机组运行方式时，尽量“二拖一”较高负荷率(60%负荷以上)运行，否则应权衡能耗水平、利润和碳成本各方，平衡择优。

表1 相同供热量不同供热工况机组运行参数

表2 “二拖一”与“一拖一”不同运行方式数据

3 结束语

通过机组供暖季背压抽凝不同运行方式、不同负荷纯凝运行、年度机组运行产量安排等常态运行工况的分析比较，提出了在非供暖期负荷低迷时期，尽量避免“二拖一”低负荷运行(50%负荷)，采取“一拖一”40%以上负荷运行；供热季采取背压运行的燃气机组清洁、高效济运行建议。