燃煤电厂机组调峰与供热节能减排降碳改造探讨

尹华雷，张振

（1.中石化胜利石油管理局有限公司胜利发电厂市场运营部；2.东营胜利国电有限公司，山东 东营 257087）

随着低碳绿色经济转型步伐加快，水电、核电、风电、太阳能发电等清洁能源以及大容量、低能耗、超超临界的600MW、1000MW级煤电机组的投产，我国电力市场供大于求的现象已成为新常态。据国家能源局统计，“2021年1～8月份，全国发电设备累计平均利用2560h，特别是火电厂，设备利用小时数连续几年下降，已低于3000h/年。”除了盛夏用电高峰和冬季供热月份外，近一半机组常年闲置。运行机组经常只带60%～75%的负荷，此区间运行机组运行能效和污染物控制能力明显降低，经济效益下降。特别是2021年以来煤炭价格暴涨（年内煤炭价格涨了1倍多，5500大卡的电煤已经涨到了1600元/t左右），成本倒挂，燃煤电厂的日子越来越难过，尤其是300MW以下机组的电厂举步维艰，连续亏损，到了破产或即将破产的境地。那么，如何应对这些多重困难和挑战寻找生存之路？鉴于我国要在2030年前实现碳达峰和2060年前实现碳中和目标及燃煤电量仍占60%的现实，煤电企业要想生存发展，亟需因地制宜、因机制宜实施对机组的灵活性调峰改造、机组扩容长距离供热改造、机组节能降耗及减排降碳改造。这些技术改造互相关联，相辅相成，牵一发而动全身，必须高瞻远瞩、统筹谋划。下面就三大技改应遵循的原则和如何把握技术方向路线谈一些粗浅看法，供相关人员参考。

1 机组调峰灵活改造，兼顾安全经济两相宜

机组灵活性改造直接关系着安全生产平稳运行，与节能降耗、经济指标密不可分。实施前要针对机组自身的特性和系统以及调峰幅度，统筹制定集设备安全、稳定运行、节能降耗、减排环保四位一体的相互匹配的技术方案。目前，比较成熟可靠的调峰灵活性改造实用技术主要有：

（1）锅炉专业方面。锅炉加装等离子点火稳燃装置，油枪改为微油枪；燃烧器改为稳燃型；采用富氧燃烧技术等；空预器改造采用东方电气公司研发的“三改二”技术，可解决漏风率高的问题；在本炉2台送风机、引风机之间加装联络风烟道及挡板，以实现机组启动初期和低负荷时采用单套系统运行；在两邻炉相近的2台空气预热器烟道出口加1个联络烟道及挡板，将临炉热烟气引至送风机入口，用热烟气对冷炉进行点火前的烘炉暖炉；直吹式锅炉，在磨煤机热一次风管道装设加热系统（旁路暖风器），使磨煤机早制粉、早向炉内送粉，中间储仓式煤粉炉则可采用邻炉输粉，调峰深度主要取决于锅炉低负荷时的燃烧稳定性和助燃用油量及锅炉启停燃油量。以上改造技术大都围绕这个根本问题开发应用。

（2）汽机专业方面。凝结水泵和凝汽器真空系统节能改造；循环水系统改造，如在2台机循环水系统的母管上加1个联络管及联络门，并在各自的水塔进水管上加1个旁路及隔绝门，可实现由“一机一塔”变为“两机一塔”运行，节水、节电效果显著。

（3）电气专业方面。主要是对锅炉、汽机、灰硫、燃料等专业的辅机设备实施变频、变速改造。如引风机、送风机、一次风机（排粉机）、氧化风机等6kV设备变频改造，燃油泵、污水泵等400V设备变频改造，循环水泵变频、变速改造。

上述改造项目，多为局部改造和公用系统通联改造，技术成熟、风险小，机组中、小修中就可实施完成，投资相对小、回收期不长，既利于机组深度调峰安全运行，又减少机组启动和调峰费用，经济实惠，企业比较容易接受。

2 机组供热扩容改造，长远供热需抢占先机

冬季供热采暖是关乎社会稳定、百姓安居乐业的民生工程，是我国北方地区千家万户冬季的必需，对于燃煤电厂来说仍有较大的潜在市场，因为那些远离火电厂的社区住户、商场、影院多数用的是参数低、高能耗、高污染、分散的小容量锅炉供热，或是电耗高的空调。随着国家对环保指标日趋严格和民用电的涨价，由火电厂集中供热成为必然趋势。2021年11月3日,国家发改委、国家能源局对外发布《全国煤电机组改造升级实施方案》中指出在供热改造方面，鼓励现有燃煤发电机组替代供热，积极关停采暖和工业供汽小锅炉，对具备供热条件的纯凝机组开展供热改造，在落实热负荷需求的前提下，“十四五”期间改造规模力争达到5000万kW。因此，对于周边有热用户（包括潜在热用户）的燃煤电厂应积极申请延寿，将其改为供热机组。一可使电厂产能有固定消费用户保障；二可使电厂总效率由35%～38%提高到80%以上，煤耗大幅度下降，增收节支效果显著；三可减少环境污染，净化空气质量，降低了环保减排压力（由于集中供热可替代原有大片供热燃煤小锅炉）。这样做既替代了新增规模，又节省了大量煤电投资，还降低了投资收益风险，成为存量火电资产处置的一条可行出路。随着长距离供热技术迅速的发展，l5～20km以上的长距离供热已经常态化，为大批远离城市的煤电机组改为供热取代分散的燃煤供热锅炉提供了有利条件。煤电企业（尤其是地处城市经济开发区和郊区的煤电厂），应积极主动与当地政府和用户（不论是民用还是工业用）联系沟通，通过对电厂存量机组的供热改造，满足不断增长的热用户需求。

煤电机组供热改造的先进工艺技术和案例较多，可供借鉴参考技术改造的主要有：热电机组切除低压缸进汽及凝、抽、背工况在线实时切换技术；燃煤电厂低位能供热技术、节能技术改造；热电机组冷端近零损失供热与电力调峰协同的技术；汽轮机旁路供热技术；汽轮机转子光轴供热改造低品位蒸汽供热改造技术；“太古”长远距离供热等技术，推进集中供热，逐步替代燃煤小锅炉，为国家政策落实提供了有力的技术支撑，值得研究学习借鉴。

3 超低排放改造与降碳，技术方法亟待新突破

燃煤电厂是烟尘、二氧化硫(SO2)、二氧化碳(CO2)和氮氧化物(NOX)等大气污染物的主要排放源。超低排放就是通过多污染物高效协同控制技术，使火电机组对大气主要污染物排放标准达到天然气燃气机组的排放标准。随着环保监管工作趋严，环保工作将进入后超低排放时代，虽然目前暂未出台能耗底限的相关标准，但预计，污染物超低排放限值有望成为火电厂未来大气污染物排放的新标准，能耗限值有望出台，能效与环保“硬约束”带来的“去产能”将逐步开展。除政策明确规定淘汰的机组容量目标外，能效与环保有可能成为煤电落后产能淘汰的最大推动力。然而，煤电企业减排空间越来越小，难度越来越大，成本越来越高。路在何方？从国家能源、环保政策和国民经济发展大局看，应因地制宜采取不同的布局策略和措施：（1）在液化气具备储运条件，能够保障充分供应的港口地区和一线城市应考虑发展燃气轮机组发电供热，燃气轮机组具备投产工期短、启动速度快、调峰性能好、效率高、清洁环保等性能优势。（2）对在役锅炉进行掺烧生物质、掺烧沼气耦合发电技术改造。在超高压大容量锅炉中耦合燃烧部分生物质原料，既可以提高生物质原料在电力系统中的利用率，也可以减少温室气体排放。由于现代燃煤电厂规模较大、性能优越，与新建或改造100%的生物质发电厂相比较，燃煤电厂生物质耦合发电具有投资成本低、生物质燃料利用效率高、规模经济性好、发电成本低等优点。与其他可再生能源相比，生物质耦合燃烧发电是一种建设周期短、改造成本低的选择。通过用生物质原料作为大型燃煤发电厂锅炉的部分替代燃料，高效、清洁地将生物质转化为电能。（3）浙能集团与浙江大学产学研用合作研发的“燃煤机组超低排放关键技术研发及应用”项目一系列技术对燃煤机组具有普适性，进一步完善后值得在燃煤电厂广泛推广应用。

另外，碳排放的减少和控制问题也需着重探讨，众所周知，我国要在2030年前实现碳达峰和2060年前实现碳中和目标，能源行业是主战场，煤电企业是主力军，锅炉是重中之重。当前和今后8年乃至30年，“双碳”达标是我国一项非常艰巨的任务，压力非常大，好在我国的科研院所已经做了大量的前期研究，国有大型企业集团公司也在不停地探索试验，并取得了可喜的成绩。如早在2010年中石化就曾在胜利油田自备电厂—胜利电厂实施过二氧化碳捕集纯化先导试验工程项目，从烟气中捕集高纯度二氧化碳每年达到100多万t，用于3次采油提高采收率，积累了一些有益经验。2021年7月5日，中石化又宣布开启我国首个百万吨级CCUS项目建设——齐鲁石化胜利油田CCUS项目。将炼化企业产生的二氧化碳捕集提纯后运输注入油井地下，可实现二氧化碳驱油与减排的双赢。该工程竣工投产后，为地处油田和周边的燃煤电厂的未来发展打开了希望之门，将会争取到更多的煤炭指标和发电量指标，在碳交易市场上会有更多话语权、主动权。近期又有好消息传来，由大连化物所研究团队和珠海市福田能源科技有限公司联合开发的全球首套1000t/年二氧化碳加氢气油中试装置，在山东邹城工业园区开车成功，生产出符合VI标准的清洁汽油产品。该技术于今年3月4日在上海通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定评价，认为整体技术处于国际领先水平，该技术为后续万吨级工业装置的运行提供了有力支撑。二氧化碳加氢转化制液体燃料和化学品，不仅可实现温室气体二氧化碳的资源化利用，还有利于可再生能源的储运。笔者认为，只有将二氧化碳捕集回收利用、变废为宝才是标本兼治、一劳永逸的长久根本之计。

4 把握改造基本原则，统筹谋划防决策失误

首先要认清全国电力市场现状和发展大势，了解国家能源、环保政策和新旧动能转换的内涵，学习研究国家能源新政策和电力、供热市场及技术进步方面的前沿信息，找准方向定位。对即将达到服役年限暂未列入关停拆除名单的机组，改造应遵守以下3项基本原则：一是要对改造的必要性、可行性、费效比、可用年限等充分论证，对在役机组进行延寿评估；二是改造要因地、因厂、因机施策，区别对待，不能简单照搬，盲目硬套；三是改造要保证安全低耗、清洁环保、高质量。

尤其是投资较大的技改项目立项实施前，一定要科学决策、统筹谋划，不可顾此失彼。要针对机组自身的特性和系统以及调峰幅度，统筹制定集设备安全、稳定运行、节能降耗、减排环保四位一体的相互匹配的技术方案。如对现有和潜在的用户及用电量、用热量、年限、可供煤量等指标考察调研，并测算投入产出比和投资回收期，以免因前瞻性、预见性不够，做出不合当地实际发展需要的错误决策。

只有通过技术、经济、资产评估、法律等各方面的专家会诊，科学、全面、审慎的论证，共同把脉给出良方，才可能有效防止决策失误，防止改前感情用事、兴致勃勃的“拍脑袋”，改后捶胸顿足“拍大腿”。十几年前北方的某坑口电厂，曾斥资2亿元对1台30万kV发电机组进行技A级检修改造，1年后被关停拆除，投资打了水漂，这种“鸡飞蛋打”劳民伤财的深刻教训不能不引以为戒。

5 结语

我国已经进入电力供应宽松常态化、电源结构清洁化、电力系统智能化、电力发展国际化、体制机制市场化的新时代。“十四五”期间，将围绕“清洁低碳安全高效”8个字推动能源结构绿色低碳转型。煤电行业的热点、重点是大容量高参数燃煤发电技术、灵活发电技术、二氧化碳捕集利用和封存技术、二氧化碳加氢转化制液体燃料和化学品技术、IGF发电技术、煤与可再生能源进行耦合发电技术、超临界二氧化碳发电技术。对煤电企业来说，不论进行哪方面的技术改造，都应根据当地资源条件和用电、用热分布需求，因地、因机制宜实施推行，决不可一刀切、一阵风，盲目从事。