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天然气联合循环热电联产的优越性知多少

信息来源:金联创 2019-02-15 10:55:44
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  天然气热电联产的发展过程中总伴随着争议和不同的声音。近来有关天然气发电是否环保,是否高效,燃机热电联产是否适合北方供暖,以及供热能力如何等一系列话题有较多争论。在接下来几期的“专家面对面”栏目里,我们将和GE产品专家一同探讨天然气联合循环热电联产的优越性,从排放、效率、供热能力、燃料/资源消耗等多个维度,深入分析天然气联合循环热电联产的应用。
  环保是刚需,严格的排放指标似乎为电厂戴上一道“紧箍咒”。对于电厂而言,合适的发电方式不但可以帮助电厂越过环保生死线,还能以此为发展契机,实现低碳转型。内行看门道,今天,GE9F/9H产品经理余旭翔做客GE发电微信,从排放角度与我们一同剖析天然气联合循环热电联产。
  近来一直有一些反对天然气热电联产的观点。实际情况是怎样的呢?
  目前天然气热电联产的确存在诸多争议,从排放,能效,供热能力,资源状况等各方面的数据得出的结论也不相同。但因为数据的来源和假设都有一定的争议性,所以我们尽量不依靠数据,而是从原理上阐释问题。
  有观点指出如果煤电的排放折算到燃机基准15%的含氧量,而不是目前的6%,那么煤电排放指标数值将远远优于燃气轮机,是这样的吗?
  排放的总值是不会改变的。国家规定含氧度是为了防止电厂掺入过量空气稀释来虚假实现浓度达标。而燃机排烟的含氧度比煤电高是由不同的系统结构造成不同空气与燃料的比例决定的。如果煤电的含氧量也折算到15%,相当于煤电烟气中掺入空气稀释直至含氧度与燃机拉平。虽然从浓度上看是被稀释成了燃机排放浓度的40%,但是排烟总量也等比增加,所以在排放的总值上是不会改变的。
  某些文章使用稀释后的浓度和稀释前的烟气量进行乘积,从而得出煤电排放的绝对值优于气电,这种算法明显是错误的。科学的方法是比较每产生1度电所排放的氮氧化物的绝对值,而这个值是不会由于稀释或折算而改变。
  那么从绝对值上看,气电和煤电的排放是怎样的呢?
  从绝对值上看,燃机的排放优于煤电。举个例子来说,9HA.01燃机在不装脱硝时就能实现150毫克/度电的氮氧化物排放(30毫克/立方的氮氧化物烟气浓度),而同样等级的超低排放煤电一般为180毫克/度电(50毫克/立方的氮氧化物烟气浓度)。这里的煤电还使用了超低排放的脱硝装置,脱硝效率达80%以上。
  超低排放所采用的主流技术和主体工艺、设备,近几十年来都没有重大突破,世界范围内采用的基本上都是上世纪中后期开发的成熟技术。严苛的条件也并非一般燃煤电厂都能达到。其初投资及运行过程中所需的运行费用和可能出现的二次排放治理都较为巨大。目前,煤电超低排放中二次污染及固废的处理问题尚未得到解决。湿烟气中可凝结颗粒物是否对环境有影响还存在争议。而且,燃机也可以安装脱硝装置,若使用以上煤电的脱硝效率,甚至可以达到30毫克/度电的氮氧化物排放水平。
  从折算基准和脱硝措施上来看,燃机在氮氧化物排放上确实占有优越性。那么是否只是在氮氧化物的排放上占优呢?
  当然不是,烟气中除了氮氧化物外,还有硫化物、烟尘和二氧化碳等等。燃煤机组用的燃料是煤炭,其产热的成分是碳,其燃烧后排放的大量二氧化碳是不可忽视的。但是燃气机组的燃料主要是甲烷,很大一部分热量是氢和氧反应产生的,所以生成物为水。同等级气电排放的二氧化碳比煤电少58%。同时,天然气都有脱硫和除尘等工艺,所以一般燃机排烟中的硫化物和烟尘接近为零。而煤电即使使用除尘和脱硫工艺,依然有一定的残余,如二氧化硫依然有40毫克/度电以上。
  说了这么多气电的排放优势,这背后的原理又是什么呢?
  有三大原因,首先,燃机联合循环三分之一的发电来自余热锅炉带动的汽机,总厂效率比煤电高35%左右,意味着发同样的电能少消耗35%左右的燃料,自然带来的污染就少;第二,燃机用的燃料为天然气,主要成分为甲烷(CH4),有脱硫除尘等工艺,燃烧生成的硫化物、烟尘和二氧化碳都远远少于煤机;第三,燃机在氮氧化物控制上采用不断进步的干式低氮燃烧器,通过均相预混和缩短燃烧滞留时间,在有效地控制燃机排放的同时,还能达到好的燃机性能。这些都决定了燃机的排放比煤电有着更多的优势,而不是依靠下游的环保装备。有说法是煤电超低排放就像洗衣服,如果一遍洗不干净,那就洗两遍。但这是不经济的,也不是从源头解决问题。
  通过较为全面的和公平的比较,可以看出燃机联合循环排放优于煤电,这是毋庸置疑的。经过刚才一番分析,我们了解到天然气联合循环热电联产这一发电方式可以帮助电厂应对环保需求,不再受困于排放“紧箍咒”。(来源:国内媒体)
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