燃气-蒸汽联合循环区域节能优势

李野

天然气是优质的清洁能源，利用天然气建设燃气－蒸汽联合循环热电联产机组，不仅可以提高一次能源利用效率，而且同步关停燃煤小锅炉实现区域减排，能够大大缓解经济发展对环保带来的压力，可保持和改善地区的环境品质，满足区域发展急需的集中供热和用地需求，提高能源综合利用效率。具有很好的节能、环保效益和社会效益。

1 能源利用现状

（1）能源结构欠合理

目前能源结构以一次矿物能源为主，而其中煤炭约占一次能源总量的60%，可再生能源所占比例偏低。为使能源结构趋于合理，今后应重点发展风力发电、太阳能和核能发电，逐渐减少煤炭在一次能源中所占的比例。

（2）火力发电比例过高，热电联产比例过低

在发电厂中以煤为燃料的火力发电厂所占比例过高，发电用煤占煤炭消费总量的60%以上，在建发电机组也大部分是燃煤机组，这样势必进一步加剧煤炭供应难度。而其中真正意义上的热电联产等高热效率机组比例过低，燃气—蒸汽联合循环供热机组则偏少。

（3）环境影响加剧

由于一次能源结构上的不合理，煤炭所占比例过高，煤炭在燃烧过程中对环境造成污染，如粉尘、SO₂、NOx等，特别是SO₂影响更大。目前酸雨平均发生率较高，经济发展较快的沿江8个城市已经列入国家酸雨和二氧化硫“两控区”，煤烟型污染已相当严重。

（4）煤炭需求快速增长的势头正在得到遏制

目前煤炭需求快速增长的势头正在得到遏制，其主要原因一是政府政策引导得当，关停了部分小锅炉，实现集中供汽供热；关停容量小、能耗高的发电机组，建设高参数、大容量的高效发电机组，有效的降低了能耗，取得了立竿见影的效果。二是市场竞争加剧，高耗能低附加值的企业生存困难，促使企业加快技术改造，节能降耗。三是居民生活质量提高，煤炭逐步退出居民生活，被电和天然气、液化气等洁净能源取代。

2 节约及合理利用能源的措施

发电厂项目是巨大能源消耗和能源产出的特殊产业，所以，在发电厂项目中如何合理用能和节约用能其社会和经济的综合效益都意义非凡。从宏观来看，燃气-蒸汽联合循环，燃机排气余热回收发电的节能工程。在采用高效能发电机组的基础上，进行抽汽供热，进一步降低冷源损失，是更加节能的方式。针对燃气-蒸汽联合循环，各专业在每个环节上研究分析，找出节能点，采取优化措施，降低气耗、电耗、水耗，力求将能耗降低到最低。

2.1 工艺系统设计的节能措施

2.1.1 采用高效率发电设备

在凝汽式发电厂中最大的一项损失为冷源损失，即汽轮机排汽至凝汽器的蒸汽凝结损失，在热负荷较大且稳定地区，选用供热型机组，由于实现了汽轮机抽汽供热，选用大型燃机—蒸汽联合循环供热机组，减少了50%的电厂冷源损失。机组额定供热工况热效率达75%，发电气耗率为0.155 m³/kWh。选择此类发电设备提高了电厂的热效率，降低了发电标准煤耗。采用热电联产本身是节约能源的最有效措施。

2.1.2 选择合理工艺系统

（1） 在天然气进厂、进燃机前设置计量，调压站设取样装置。加强燃料管理，及时提供确切的天然气量和成份，便于运行人员及时进行燃料调整。

（2） 在燃烧控制系统中采用先进的控制算法，使燃烧处于最佳状态，辅机设备运行处于效率最优工况，节约天然气和辅机能耗。

（3） 天然气在进入燃机之前进行预热，强化燃烧，提高燃烧效率，同时回收一部分低品位热量；

（4）汽轮机采用高、中、低三压旁路系统，减少机组起、停及事故情况下的工质损失；

（5）工业水经处理后回收利用；

（6）设备冷却水系统采用闭式循环冷却水系统，这样提高了淡水的利用率，减少淡水损失；

2.2 主辅机设备选择的节能措施

2.2.1采用合理的运行方式

为了保证机组在变动工况或较低负荷运行时有较好效率，机组采用滑压运行及滑参数起动，这样还可以加快机组投运时间，减少启动汽水损失。

采用凝汽器胶球清洗装置，以保证凝汽器的清洁度，从而使汽轮机的真空经常保持在最佳状态，提高凝汽器的传热效率，降低机组的冷源损失。

2.2.2采用合理的辅机调节型式

对连续运行的辅助设备如给水泵、凝结水泵、闭式泵、消防稳压泵、工业水泵等设备拟采用偶合器或变频调节多种节能手段。

2.3 降低电耗措施

通过采取下述节电措施，厂用电率(含供热)可控制在优秀值范围以内。

（1） 按照规程规范及国内其他引进设备电厂运行经验，合理选择辅机备用系数和电动机容量，降低厂用电率，避免大马拉小车的浪费现象。

（2） 凝汽器抽真空设备拟采用双级水环式真空泵以降低功耗节省厂用电。

（3） 采用变频调速给水泵，节省机组启停工况厂用电。

（4） 主变压器、高压厂用变压器、高压起动/备用变压器、低压厂用变压器，采用低损耗变压器，以降低电厂的运行费用。

（5） 充分重视主要辅机分包商的选择，要求其有良好运行实绩，以确保机组有较高的可靠性和可用率。

（6） 在建筑和工艺上采取措施，提高厂房、及建筑物的自然采光和通风率，以节约人工采光和机械通风电耗。

（7）采用节能型灯具选用新型的节能型光源及附件。照明采用LED灯具，并采用智能照明控制系统。在相同的照度下该方案比传统照明方式节电63.6%。

3 节约用水的措施

3.1 节水措施

水务管理设计的主导思想是节水、可靠、经济、便于运行，并在此基础上力争实现厂区废水的不外排。采取的主要节水措施如下：

（1）根据各工艺用水点对水质的不同要求，提高水的梯级复用率，化水专业的超滤反冲洗排水回收送至应沉淀池入口。

（2）净水站过滤装置反冲洗排水回至回水池回收后，再送至反应沉淀池入口。

（3）确定经济合理的循环水处理工艺，选择适宜的循环水浓缩倍率，减少循环水系统排污水量，循环水系统排污考虑利用一级反渗透处理后回用。

（4）净水站设置污泥脱水系统，不但可以解决污泥水的排放问题，而且可以回收反应沉淀池的自用水量。

（5）提高水的重复利用率，采用循序供水方式。根据各用水点对水质的要求，将用水水质要求高的用水系统的排水作为对水质要求低的用水系统的给水，做到一水多用。

（6）废污水按照用水系统的水质要求，尽可能采取简易的处理方案，经处理后回用，有条件时可直接回用，不必进行深度处理，以节约处理成本。

（7）冷却塔设除水器，减少冷却系统风吹损失水量。

（8）对各供水系统主要工艺系统进行监督管理，建立全厂用水监测系统，为电厂水务管理创造条件。

4 节约土地的措施

土地是不可再生的宝贵资源，节约土地是我国长期的基本国策。本次设计过程中响应“节约资源”的原则，通过合理的总平面布置，节约每一寸土地资源。“节约用地”带来的不仅仅是投资方的经济效益，更有着深远的社会效益、环境效益。厂区总平面设计中主要通过以下措施，减少厂区用地面积。

（1）优化主要工艺系统，合理压缩各车间用地面积

电厂是综合性很强的工程，各车间、各模块是组构电厂的基石，因而，优化主要工艺系统，合理压缩各车间、各模块用地面积是减少厂区用地的源头工作。

（2）建筑物联合布置

采用联合布置、合并布置手法，压缩单体建筑面积，是节约用地的又一重要措施。

（4）充分利用条件进行绿化

结合地下循环水供、排水管廊，利用边角地和房屋前后进行绿化，在不多占用地的前提下，使厂区绿化面积达到规定的指标。

5 综述

天然气热电联产工程，其能源消耗主要是天然气和电能，而所需的电能完全由本工程自身产生的电力来供应；项目输出的是热力和电力，由于热电联产项目是巨大能源消耗和能源产出的特殊产业，从宏观来看，燃气-蒸汽联合循环就是一个将燃机排气余热回收供热发电的节能工程，燃气-蒸汽联合循环发电可以大大提高能源利用率。在采用高效能发电机组的基础上，在工程建设运行的每个环节上仔细研究分析，找出节能点，采取优化措施，降低气耗、电耗、水耗，力求将能耗降低到最低。

加强节能工作是深入贯彻科学发展观、落实节约资源基本国策、建设节约型和谐社会的一项重要措施，也是国民经济和社会发展一项长远战略方针和紧迫任务。