“双碳”背景下港区能源中心技术路线研究_厉溟

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可持续发展SustainableDevelopment文章编号：1674-9146（2023）01－038－03“双碳”背景下港区能源中心技术路线研究*厉溟（大连港油品码头公司，辽宁大连116601）摘要：L集团“十四五”绿色港口发展目标中，计划将2025年港口生产CO2排放量约束性目标控制在24.2万t，Y公司是L集团大连区域“双碳”工作的重心，2021年CO2排放指标占到大连区域的61%，占到L集团的38%。基于Y公司热源无法推进实现“双碳”目标，本文结合区域特点及中期远期用能预测，提出能源中心概念，并进行研究。关键词：燃气锅炉；燃气轮机；碳排放；能源中心中图分类号：TU83文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2023.01.038国家发改委等十部门发布《“十四五”全国清11016.34m2，共分两期建设。一期工程主要建设内容洁生产推行方案》，提出“加大清洁能源推广应用，包括1台10t/h蒸汽锅炉（已停用）、1台14MW热水提高工业领域非化石能源利用比重。对以煤炭、石锅炉、60m高烟囱以及锅炉主厂房、风机房、煤仓、油焦、重油、渣油、兰炭等为燃料的工业炉窑、自渣仓等；二期工程主要建设内容包括2台20t/h蒸汽锅备燃煤电厂及燃煤锅炉，积极推进清洁低碳能源、炉、2台35t/h蒸汽锅炉，于2006年12月投产使用。工业余热等替代。因地制宜推行热电联产‘一区一燃煤锅炉房环保设施主要包括布袋除尘设备、双碱法脱热源’等园区集中供能模式，替代小散工业燃煤锅硫塔、PNCR脱硝设备、防风抑尘网等。炉，减少煤炭用量，实现大气污染和二氧化碳排放锅炉房职工人数90人，司炉、除渣、电气、源头削减”。“双碳”目标已升级为国家战略。到输煤等班组实行四班二转运制，管理及其他人员实行2030年，单位国内生产总值CO2排放将比2005年正常工作班制，每班工作均为8h，全年生产365d。下降65%以上。交通运输业是国家节能减排的三大油化品港区管线伴热、储罐维温加热以及远端区域厂重点领域之一，在生态文明建设中肩负着重要责房、办公楼采暖功能，是L集团在该地域唯一自有任。港口作为综合交通运输枢纽，其绿色发展对于热源支撑点。支撑交通行业绿色发展有着重要意义。2019年，1.2电厂供热管线《交通强国建设纲要》和《关于建设世界一流港口电厂供热管线从大孤山区域远端电厂敷设一条的指导意见》发布，为交通绿色发展和绿色港口发DN600蒸汽管线至Y公司罐区，经分气室减温、减展指明了方向；2020年，中共中央关于碳达峰、压后供燃煤锅炉房原有DN500蒸汽管线联网区域碳中和目标的设定对港口低碳发展提出了更高要求[1]。使用。管线供汽约150t/h，介质为过热蒸汽，出口压绿色港口建设已成为推进港口进入世界一流行列、力P=0.9MPa，设计温度T=265℃，总长度约7.1km，港口高质量发展、提升港口竞争力的关键行动。整个管线于2009年12月正式投产。Y公司CO2排放的主要来源是燃煤锅炉房，其1.3热源存在的问题主要功能是为区域日生产供应蒸汽及冬季生活供设备老化及维修费用逐年上升。燃煤锅炉自暖。在周边热源相对固定、远期集中热源规划不明2006年使用至今，主机和辅助设备进入故障多发的前提下，为保证港区用能安全，本文提出能源中期，锅炉房系统的完好率和可靠性逐年下降。每吨心概念，替代原有燃煤热源。蒸汽维修成本达到了9.67元，在其总成本中占比达1港区热源现状到3.3%，且呈逐年上升趋势；电厂供热管线运行1.1燃煤锅炉房近13年，因与周边单位存在沟通协调问题，管线燃煤锅炉房总占地面积22855m2，总建筑面积本身的维修保养工作开展困难，供气量维持在35t/h[基金项目]辽宁港口股份有限公司2021年科技创新项目（2021-1）收稿日期：2022－04－28；修回日期：2022－06－03作者简介：厉溟（1984—），男，辽宁大连人，高级工程师，主要从事能源动力与环境治理研究，E-mail：315115067@qq.com。SCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY-038-No.1Jan.2023，TotalNo.348

1SustainableDevelopment可持续发展以内，仅为设计能力的1/5。的性能有效适应厂区用气负荷变化，尤其重要的是人工成本较高。自2020年以来煤炭价格持续应兼顾夏季低负荷波谷期锅炉机组的运行要求。要上涨，实际价格已超1500元/t，远超过往年同期求燃气锅炉运行中最低效率不低于30%，且不能长水平。经测算，人工成本在总成本中的占比较高，期以低于60%的负荷运行[3]。可达50～60元/t，高于同等规模燃气锅炉房蒸汽锅炉系统的布置按以下原则进行：选用不同额27元/t的人工成本。定蒸发量的锅炉机组不宜超过两种。综合考虑厂区环保压力较大。随着国家环保政策的日益严情况并结合现场实际情况，采用两台主锅炉作为持苛，对燃煤锅炉的排放标准要求也越来越高。现有续供汽用，一台调峰锅炉在故障或调峰时使用，当锅炉虽经多次环保设施的升级改造，但受制于场地其中一台主锅炉发生故障时，另一台主锅炉及调峰空间有限等因素，已无法再安装新的环保设备，目锅炉能满足生产用气最低热负荷量。锅炉机组采用前既有环保治理系统难以达到比烟气特殊排放限值全自动可调节锅炉，燃烧器采用自动比例调节方要求更高的超低排放标准。因此不排除数年之后，式，并具有同时调节燃气量和燃烧空气量的功能。锅炉房面临关停或缴纳巨额罚款的风险[2]。如后续因应急油种或燃气量变化导致总用气负荷量与实施“双碳”目标相悖。燃煤锅炉碳排放量增加时，也应考虑在新建锅炉房预留位置新增锅巨大，根据国家“3060”双碳目标，减少CO2排放炉，新旧锅炉采取并联形式使用，保持系统一致。已是大势所趋。未来企业生产碳排放量将直接与企2.2远期燃气轮机供能系统业利益挂钩，减排任务艰巨。远期采用燃气轮机+余热锅炉组合，一对一替2能源中心配置策略及技术路线换中期建设的40t燃气锅炉，保留10t调峰锅炉，综合区域能源结构，最终考虑采用天然气作为组成新的供汽和发电相结合的能源供应体系。主要能源。天然气具有低碳、清洁、高效、灵活、2.2.1技术原则相对易储的特性，其“清洁低碳”特性决定“燃煤能源中心设置严格执行国家有关设计规范和规替代”，“灵活易储”决定“与新能源融合”，可实程，力求负荷与布局合理，采取可靠、合理的流现以日、月、年为周期的存储，在1h内从启动到程，达到节约能源、节省投资、节约占地的目的，完全运行，同等产出下与煤炭相比减碳50%左右，设计中选用运行可靠的节能产品，采用先进技术，热效率高10%～20%，CO2和粉尘减排100%，氮氧气候补偿系统、设备变频、低氮燃烧、烟气冷凝化物减排50%～80%。器、分时供热、锅炉群控等节能技术。能源中心按2.1中期燃气锅炉供能系统具有先进水平设计，方便运行管理和维护，保证较2.1.1主蒸汽锅炉配置原则高的供热质量，采取有关环保措施，使烟尘排放、燃气锅炉总装机规模以近3年实际用气规模为噪声等达到国家有关标准。依据，并略大于实际用气规模，装机设备负荷可随2.2.2供能技术方式气温变化灵活调节的同时保证极寒天气下港口供热燃气轮机分布式供能系统主要由燃气轮机驱动的安全。燃气锅炉宜采用卧式多级压力蒸汽系统，发电系统和排气余热回收系统组成，排气余热以蒸降低排烟温度，提高废热利用率，台数及容量参数汽形式回收利用，其系统特点如下。根据油品码头蒸汽负荷季节波动情况综合确定，采排气余热可以生产高参数的蒸汽，为区域提供用一级连续排污扩容系统，系统有切换至定期排污生产工艺用汽，经济性较高，尤其采用供热型燃气扩容器的旁路。轮机，可以根据生产用汽和用电需求调节负荷。燃2.1.2调峰设备选型原则气轮机发电机组在无外界电源的情况下可以快速启调峰锅炉在低负荷运行下蒸汽供应连续稳定，动和加载，适合作为紧急备用电源和电网中尖峰负供热介质及参数与主蒸汽锅炉保持一致，台数不超荷的调峰电源，能较好地保障电网的安全运行，其过两台，采用新建以燃气锅炉为蒸汽生产热源的能运行噪声属于高频噪声，较为容易采取防噪防振动源中心替代燃煤锅炉房和电厂外购蒸汽。措施。运行成本、日常维护费用较燃气内燃机组2.1.3燃气锅炉台数和容量确定原则低，余热排放集中，氮氧化物含量较低。根据厂区情况，选用的燃气锅炉容量以及台数燃气轮机分布式系统可以采用双燃料，当天按照所有运行的锅炉在额定最大工况下，可满足厂然气压力参数降低至允许值以下时，机组自动切区最大供热负荷进行计算，同时兼顾最高及最低负换至其他备用燃料（LNG、柴油、重油等）运行模荷情况，同时锅炉台数、额定出力情况和其他辅机式，正常运行时也可手动切换至其他燃料模式，2023年1月总第348期-039-

2可持续发展SustainableDevelopment主要优点是体积小、质量轻。重型燃气轮机单位应范围广，但在低负荷区域运行时，效率下降幅功率的质量为2~5kg/kW，航改机单位功率质量一度较大，出力随环境温度变化而变化，环境温度般小于2kg/kW，功率范围广，种类齐全，负荷适升高，燃气轮机出力下降。供能系统见图1。分汽缸蒸汽去热用户天然气空气过滤器排气燃烧室电力发电机空气压缩机燃气轮机M余热锅炉省煤器转向挡板给水泵冷却水给水图1供能系统2.2.3补燃型余热锅炉量=燃气轮机3年平均发电量×0.308t=4880.19×余热锅炉又被称为热回收蒸汽发生器，是指回104×0.308t=15030.99t。根据国家发改委有关火电收利用各种工业生产过程中的废气显热的装置。对厂耗煤发电数据，工业锅炉每燃烧1t标准煤产生于分布式供能站配套的原动机，做功后排出的烟气CO22620kg，根据中国碳排放交易网数据，标准煤具有较高的温度，在400℃~600℃，可以充分利的碳排放系数为0.682，计算可得：CO2排放量（t）=总用这部分热量生产蒸汽，提高整体热效率。一般情发电折算标煤量×2.62t=15030.99×2.62t=39381.19t。况下原动机燃气轮机排烟中含14%~18%的O2，可以综上，如果考虑将燃气轮机发电量全部消纳，可以在余热锅炉安装补燃燃烧器，补充天然气进行燃烧，减少CO2排放量（60909+39381.19）t=100290.19t。提高烟气温度，从而相应提高蒸汽参数和产汽量，3.2烟气污染物减排改善机组变工况特性的同时满足工艺用汽需求。天然气的主要成分为CH4，其燃烧产物主要为3碳减排及烟气污染防治CO2和H2O。由于天然气中S元素含量极少，因此3.1CO2减排烟气中基本检测不到SO2，SO2排放浓度低于规范3.1.1中期燃气锅炉功能系统要求的排放浓度；天然气完全燃烧后的烟气中只有依据L集团“十三五”期间CO2排放计算公少量的烟尘，其排放浓度亦低于最高允许排放浓式，CO2排放量（t）=原煤质量（实物量，t）×2.493+液度；天然气燃烧过程中会产生少量NOx，采用超低化天然气体积（m3）/1000×2.75，根据燃煤锅炉房燃氮燃烧器可减少NO产生量，使其排放浓度低于最x煤耗量统计数据计算，2020年全年总耗煤量为高允许排放浓度。根据改造后的节约标煤量计算得40316.5t，改造后燃气锅炉全年耗气量1022万到，可减少SO2排放106t，减少NOx排放92.3t，m3，通过以上公式计算可知：改造前，CO排放2减少烟尘排放3.74t。量=40316.5×2.493t=100509.0345t。改造后，CO24结论排放量=1022×104/1000×2.75t=28105t。CO减2能源中心以天然气供热为主要供能形式，中期排量为71404t。采用燃气锅炉替代燃煤锅炉，远期遵循“以热定3.1.2远期燃气轮机供能系统电”的供能原则，采用燃气轮机简单循环工艺，排仅考虑燃料消耗的减排量：改造前，CO2排放气余热生产高参数的蒸汽，为区域生产提供清洁用量=40316.5×2.493t=100509.0345t。改造后，汽，使得油品港区碳排放量、污染物排放量大幅降CO排放量=1440×104/1000×2.75t=39600t。CO低，中期方案供应整个港区蒸汽和采暖负荷，远期22减排量为60909t。方案同时满足整个港区用电需求，节省了电力采购考虑发电产出的减排量：根据近3年用蒸汽和外购蒸汽的费用，人工成本和锅炉烟气处理成本量，全部采用燃气轮机+余热锅炉+燃气调峰锅炉也大为下降，在打造绿色低碳港口的同时保证了区的方式，生产蒸汽的同时燃气轮机3年平均发电量域主要生产功能不受影响，同时燃煤锅炉房与电厂为4880.19万kWh。按照2020年全国燃煤电厂平供热管线设备设施保留，与能源中心形成互为备用均1kWh发电耗标煤量为0.308kg，发电总耗标煤状态，确保区域能源安全。（下转第43页）SCI-TECHINNOVATION&PRODUCTIVITY-040-No.1Jan.2023，TotalNo.348

3SustainableDevelopment可持续发展了减少污染和对大自然的保护作用。可再生能源应参考文献：用技术与建筑设计相结合给现代建筑设计开辟了一[1]周世玉.重庆地区可再生能源建筑应用技术推广及应用研究[D].重庆:重庆大学,2012.个新的设计模式及思路，而新模式以及新思路给可[2]霍艳丽,刘彤.生态经济建设:我国实现绿色发展的路径选再生能源应用技术的发展开辟了一个全新的发展前择[J].企业经济,2011,30(10):63-66.景，为可再生能源往后的发展道路指明了一个全新[3]陈立文,赵士雯,张志静.绿色建筑发展相关驱动因素研究:的方向。两者相互结合、相互促进的同时，也为往一个文献综述[J].资源开发与市场,2018,34(9):1229-1236.后建筑领域的设计理念、设计思路提供了一个全新[4]尹宝泉.绿色建筑多功能能源系统集成机理研究[D].天津:的方向。可再生能源应用技术与建筑设计的相结合天津大学,2014.符合当前时代潮流的发展，同时也符合可持续发展[5]张燕.中国建筑节能潜力及政策体系研究[D].北京:北京理战略要求。两者的结合有利于社会的持续发展，同工大学,2015.时也促进了建筑领域绿色发展，起到了保护环境的[6]江宇婧.从能源发展看人与技术关系[D].大连:东北财经大学,2018.作用，响应了“绿水青山就是金山银山”的号召。[7]张海龙.中国新能源发展研究[D].长春:吉林大学,2014.虽然可再生能源应用技术与建筑设计相结合的过程[8]徐明会.基于多案例对比的居住建筑节能改造成本效益评中还会遇到许多实际问题，但是在国家的大力支持价研究[D].北京:北京交通大学,2019.下、整个社会的号召下以及整个人类的共同响应（责任编辑蔡丽蓉）下，两者结合的发展与应用前景广阔。ResearchonArchitecturalDesignBasedonRenewableEnergyApplicationTechnologyLIDa-yao,LIUFu-jing,LIYing-cai,WANGDan(BeibuGulfUniversity,Qinzhou535011China)Abstract：Inordertofurtherdiscusstheimportanceofthecombinationofrenewableenergyapplicationtechnologyandarchitecturaldesignandeffectivelycombinethetwo,thispapersummarizestheadvantagesofthecombinationofrenewableenergyapplicationtechnologyandarchitecturaldesignandthepracticalproblemsencounteredinthecombinationprocessbasedonthecurrentsituationofthecombinationofthetwo,andputsforwardsolutionsandsuggestions.Keywords：renewableenergy;applicationtechnology;architecturaldesign;integrateddesign（上接第40页）参考文献：氮肥,2018(6):58-62.[1]林宇,刘长兵,张翰林,等.国内外绿色港口评价体系比较与[3]金国辉,杨宇栗,刘强.内蒙古“煤改气”实施中对输配管网借鉴[J].水道港口,2020,41(5):613-618.影响及测算要点[J].内蒙古石油化工,2020,46(10):39-40.[2]高青宇,姚国强,王兆兴.锅炉系统环保技术应用总结[J].中（责任编辑蔡丽蓉）TechnicalRouteofEnergyCenterinPortAreaUndertheBackgroundof"DoubleCarbon"LIMing(DalianPortOilTerminalCompany,Dalian116601China)Abstract：AccordingtothegreenportdevelopmentgoalintheFourteenthFive-YearPlanofLGroup,thebindingtargetofCO2emissionsfromportproductionwillbecontrolledat242000tonsin2025.YCompanyisthefocusof"doublecarbon"workofLGroupinDalian,itsCO2emissionindexaccountsfor61%ofDalianregionand38%ofLGroupin2021.BasedonthefactthattheheatsourceofYCompanycannotpromotetherealizationofthe"doublecarbon"goal,thispaperproposestheconceptofenergycenterincombinationwithregionalcharacteristicsandmedium-termandlong-termenergyconsumptionprediction,andcarriesoutrelatedresearch.Keywords：gasboiler;gasturbine;carbonemission;energycenter2023年1月总第348期-043-