燃煤電廠大宗廢棄物綜合利用和循環經濟效應的應用與探索

何思琪 陳前林 龔尚 李翠芹 何劍平

摘 ?要：隨著我國產業結構轉型升級，城鎮化和工業化進程的加速，國內經濟增速放緩，導致電力需求急劇下降。同時，由能源生產和消費、技術和體制革命，還有國際合作新主張帶來的環境形勢沖擊，讓電力行業這個污染排放大戶在環境治理和全球變暖的雙重壓力下，需要進行全面深化的改革。在這樣的形勢下，如何讓我國電力發展順應當今的經濟發展態勢，在保障經濟建設的同時，也能解決環境污染的問題，實現清潔、高效、可持續性發展顯得尤為重要。該文以貴州盤江電力投資有限公司為例，整合電廠所提出的循環經濟體系，從各方面探討總結該電廠解決實際內容及技術路線。而所提出得相應措施，對燃煤電廠環境保護體系的建立和強化有借鑒作用，為今后火電廠在整個生命周期建設中發揮最大的綜合效益，同時提高火電廠在節能減排方向上的競爭力，具有前瞻性的意義。

關鍵詞：燃煤電廠 ?資源互補利用 ?循環經濟 ?大宗廢棄物綜合利用

中圖分類號：X825 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）10（c）-0001-07

Abstract： With the restructuring and upgrading of the industrial structure that the industrialization and urbanization have been accelerating in our country. Domestic economy slowdown led to the electric power demand is down sharply. Meanwhile， since the energy production and consumption， reform of technological and institutional， and new proposals for international cooperation effect on the environmental situation. Under the dual pressure from environment governing and global warming， electric power industry no longer emits large amount of pollutants and it will be comprehensively deepening reform and opening up. Under this situation， how to make electric power develops for conform to the trend of the development of the nowadays economy. This way ensuring economic construction simultaneous solving the problem of environmental pollution. It important to achieve clean， efficient and sustainable development. Take the example of the Panjiang electricity Investment Company in Guizhou， this article analysis the plan of integrate the circular economy system proposed by the coal-fired power plants. It can gain insights on various aspects and summaries which to solve practical problems and technical route. The achieved results show that the proposed measures are feasible， and it offers certain reference function for establishing and strengthening the environmental protection system of coal-fired power plants. To maximize the overall efficiency coal-fired power plants very important research significance and enhance its competitive powers in the aspect of energy conservation.

Key Words： The coal-fired power plants; Reasonable resource usage; Circular economy mode; Synthetic utilization of solid waste

電力是我國國民經濟發展的命脈。自改革開放以來，我國經濟水平高速增長，人民生活水平不斷提升，這些都離不開電力行業的發展。中國能源政策綜合評價（IPAC）模型研究組對我國電力部門的未來發展進行預測，結果表明，到2030年中國電力裝機容量將繼續增加到12.4億kW，發電量增加到5.95萬億kW。燃煤電廠的裝機容量即將達6.0億kW，其中占發電產業的60%。但燃煤電廠在生產過程中會產生大量的二氧化硫以及廢水、粉塵、氮氧化物、溫室氣體[1]等多種污染物，燃煤電廠[2]環境污染問題日益突出，使其發展與建設都受到環境的嚴重制約，使我國電力工業及能源發展面臨著嚴峻的環境挑戰，因此燃煤電廠的循環經濟發展和大宗廢棄物綜合利用成為了必要。循環經濟[3-4]使以“減量化、再利用、資源化”為原則，以資源的高效循環利用為核心，形成低成本、低能耗、高產出、少排放、可循環、能持續的集約型經濟增長方式，形成“資源—產品—廢物—再生資源”的資源循環經濟利用模式。而推進大宗固體廢物綜合利用促進資源循環利用產業發展。這種將整體防范的環境可持續應用于電廠工業過程、所出產品及后續服務中，保持以減少人類及環境風險和增加生態效率的原則。突出了環境戰略、生態效率、全生命周期、整體預防等重要理念。

貴州盤江電投發電有限公司（曾用名：貴州黔桂發電有限責任公司，以下簡稱盤江電投）（見圖1）始建于1989年，公司按照“減量化—再利用—資源化”的循環經濟發展宗旨，積極策劃電及大宗廢棄物綜合利用，其中煤焦化、建材、貿易、房地產等多元化發展，開創了一條集發電、煤焦化、建材等為一體的獨具特色的循環經濟發展道路。將資源循環利用，污水廢物等嚴格把控，已初步形成盤縣區域循環經濟體系和清潔生產的路線[5]（見圖2）。

1 ?實際運用的循環經濟體系及生產工藝路線領域

1.1 電廠循環水利用過程

目前電廠廢水[6]根據其來源分成3類：（1）低含鹽量廢水，如工業冷卻水系統排水以及生活污水等，經過處理之后可作為新鮮水進行使用，回用時不需要脫鹽處理工作。（2）高含鹽量廢水，如脫硫廢水及樹脂再生廢水[7]，對這種水進行回用，建議進行脫鹽處理工作，除去鹽分滿足用水要求。（3）可循環使用廢水，通常情況下含有很多的懸浮物質，一般采用物理沉淀后再進行高效凈化器處理，過濾合格后的水進行循環利用。國家對于排放水有著嚴格的要求，在廠區排污總退水口加裝在線監測排污裝置，所有污水達到標準后才能排放。循環水一般要通過電廠中水處理系統達到用水的使用標準才可以使用給毗鄰的焦化廠提供工業用水，也可以作為電廠吸收塔的補充水，如圖3所示。

盤江電投2×660MW火力發電機組脫硫系統每年利用200萬t焦化裝置生產過程中產生的100m3/h廢水，焦化廢水采用A2/O（厭氧/缺氧/好氧）生物性脫氮及高級氧化經過深化處理后，合格的水送入發電機組脫硫系統除霧器噴淋沖洗及制漿系統綜合利用，發電機組脫硫系統設計補充耗水量300t/h，每年機組脫硫除霧器沖洗耗水量37萬t，制漿系統耗水量50萬t，經處理后的焦化中水得到利用，達到了節能減排目的，創造了良好的經濟及社會效益。為了進一步優化焦化廢水綜合利用，擬對相關系統進行改造后，將焦化處理后的中水接入發電機組脫硫系統補充水的循環水系統，拓寬用水方式，達到全部利用目的。圖4為盤江電投水系統。

1.2 焦爐煤氣提液化天然氣（LNG）后剩余富氫氣體綜合利用技術（替代燃油）

盤江電投于2004年涉足并成立煤焦化產業（天能公司），與電廠毗鄰，原來焦化廠生產用電直接取自電廠，現在建立配套的自備電廠以滿足天能焦化的內部用電需求。同時，焦化廠每年所產出的煤氣和中泥煤直接供給電廠發電，既對電煤及時進行供應，又使得煤炭資源得到了充分利用，這種互補所形成的循環經濟模式，既有利地降低了生產所需成本，也有效地減少了環境污染。為進一步優化產品結構，提升市場競爭力，盤江電投投資并實行焦爐煤氣提LNG后剩余富氫氣體[8]綜合利用技術成為該循環項目的重要指標之一。其生產工藝路線為通過膜分離裝置得到的焦爐煤氣降溫后，并隨之進入低溫精餾塔，而H2將從精餾塔頂部抽出，經過輸送管道送至發電廠鍋爐燃燒系統，通過鍋爐各層燃燒器的分布將富氫氣體及馳放氣送入爐膛內燃燒，加熱給水，為鍋爐提供熱量，也在制粉一次風系統增加燃氣增壓風機，提高一次風風溫，為制粉系統提供磨制煤粉的足夠的干燥出力，提高制粉出力，以達到充分利用焦爐煤氣及提LNG后的剩余燃氣，達到低負荷穩燃和助燃的目的，從而大大降低生產能耗，降低大宗廢棄物粉煤灰的生產，減少煙道和“四管”的磨損，進一步提高機組得安全性能、經濟效益和其穩定運行。盤江電投充分利用天能焦化產生的富余燃氣，在電廠實現了三項燃氣燃燒方式：第一項是直接在鍋爐爐膛內燃燒，使其爐膛內燃燒旺盛，加熱給水，為鍋爐提供充足的熱量;第二項是加熱一次風，通過一次風干燥和輸送煤粉，方便點燃電煤并啟動汽輪機，但要嚴格控制壓力及其溫度;第三項是加熱鍋爐排除的煙氣溫度，確保煙氣溫度超過300℃，實現脫硝催化劑全過程投入，由于電廠所使用的脫硝催化劑活性溫度在300℃及以上。因此通過設計3種燃燒方式，將焦化廠的焦爐煤氣及提LNG的富余燃氣送入電廠燃燒，是為了清潔生產并產生一定的循環經濟效應，圖5為焦化廠產生的富余燃氣在電廠實際應用的工藝圖。

1.3 電廠粉煤灰、脫硫石膏產業鏈循環過程及水、電、汽、氨產業

盤江電投石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，而產生的副產物為石膏及發電產生的粉煤灰和爐渣。粉煤灰分選商品等級灰，可分為一級灰和二級灰。一級灰售出價格較高甚至可用于國家大型水電站的建設。石膏板及水泥行業都是耗能大戶， 也又都有大量的余熱可重新利用，在政府相關部門要求下成立水泥、石膏資源綜合利用產業的相關企業。而發電所產生的粉煤灰、爐渣、脫硫石膏運輸至附近水泥生產企業，且大部分用于生產水泥、新型墻材、公路筑路及水電站筑壩的建設[9]。而二者結合的好處為能上下游聯動， 并優化資源得配置（其中電廠脫硫工藝所產生的副產物石膏為石膏板廠和水泥廠的原料，而發電所產生的粉煤灰是水泥廠的原料），物流配置和能耗組合， 降低能耗及成本， 減排污染物，打造資源化利用工業副產物的節約型社會。與電廠毗鄰的天能公司原先所有用水、電、汽由電廠提供，現在已建有余熱發電系統，用電可實現自給自足。另外，所產生的無水氨將直接送電廠供給脫硝系統作為原料，圖6為粉煤灰、脫硫石膏產業鏈。

1.4 電廠煤泥的節能減排循環利用

為解決公司產生的大量煤泥無法處置的現狀，其中天能焦化的兩家洗煤廠洗選能力總合達到400萬t，加上周邊有大量的洗煤廠，如此大量的煤泥若沒有完善的處理和利用途徑，不但對環境造成威脅，而且是對資源的極大浪費。公司決定對現有煤粉爐機組摻燒煤泥比例進行具體研究論證并推行，以實現創新與節能環保并舉方式。煤泥輸送系統輸送的煤泥含有30%左右水分，一是輸送至給煤機使用時，經常因煤泥過稀堵塞給煤機，將之改接到磨煤機進口，并適當挺高磨煤機混合風溫，減少堵管現象，煤泥的摻燒減低了電煤的消耗。二是加裝熱一次風管道燃燒器解決磨機所需干燥出力的問題。三是將泥煤輸送系統與磨機進行優化改造，實現系統一體化。其創新點在于：一是泥煤由煤泥輸送系統管道直接進入中速磨煤機，改變了一般煤粉爐燃料通過原煤斗給煤機進入磨機的方式，解決了磨機進入磨機前堵斷的技術難題;二是充分利用循環經濟的優勢，加裝熱一次風管道燃燒器提高熱一次風溫。圖7為煤泥的節能減排循環利用。

2 ?單一發電產業面臨的形勢分析及循環經濟產業項目實施情況分析

盤江電投于2003年的裝機容量占全貴州電網的12%左右，而發電量為80.45億kWh，占當年全貴州電網發電量的17%。按照“西電東送”的整體規劃，同時隨著國家電力體制改革進一步深入，國家能源政策和結構的調整，新能源、水電、核電所占比重必將逐漸增大。而伴隨國家環保節能政策和行業準入的限制深入，燃煤發電所占比例必將下滑。電煤供給不足也已開始逐漸顯現，擺在盤江電投面前的是一道生存與發展、穩定與責任的課題，面對嚴峻的形勢，必須走資源綜合利用發展循環經濟路子，確保公司持續穩定發展。根據盤江電投實際，結合廢棄物排放情況以及盤縣豐富的煤炭資源優勢，以發電、煤化工、建材三大產業銜接為基礎（見圖8），實現產業間的循環利用，構建循環經濟框架，尋求新的經濟增長點，帶動公司的全面發展[12]。

3 ?電廠循環經濟的實際利用情況前后的分析

3.1 循環經濟產業效益成果分析

過去幾年國家鼓勵類產業包含焦化產業[14-15]，從2005—2008年累計減免所得稅5998萬元。中泥煤和煤氣產業鏈共為發電增加經濟效益約10279.5萬元，其中燃油約880萬元、排污費390萬元、減少灰渣運輸費用113.5萬元、節約灰壩庫容11.7萬m3相當于減少生產成本費用655萬元、廠用電約337萬元、減少燃煤成本費用約7904萬元，同時因摻燒焦爐煤氣[11]還提高了鍋爐的燃燒熱穩定性和減少其“四管”磨損，減少非計劃停運次數和非計劃降出力，提高企業經濟效益。而水泥行業投產后，因符合國家政策中規定在生產原料中廢渣摻兌比例不低于30%，將享受增值稅即征即退的優惠政策，盤縣水泥生產線每年按生產120萬t計算可增效約2600萬元，余熱發電間接增效1000萬元以上;修文水泥生產線每年按生產200萬t計算可增效約4600萬元，余熱發電間接增效1800萬以上;同時盤縣水泥生產線每年消耗粉煤灰預計為產業間接增加經濟效益約500萬元（見圖9）。

3.2 設備改進對循環經濟效益的影響及分析

近幾年隨著經濟效益的推進，公司一直秉承著清潔生產及循環利用原則。LNG苯加氫工藝氫氣供氫冷發電機利用技術應用成功后，公司原制氫站設備停運，每年可減少制氫站設備運行維護費用5萬元（不含電解槽大修理費用）;同時該技術自2016年9月開始試運行至2017年3月，創造經濟利潤總計18.46375萬元。解決了焦化廠馳放氣放散燃燒帶來的巨大經濟損失，天能公司每年約提供1.4億m3馳放氣，折標準煤近5.7萬t，合人民幣3705萬元，節能效果十分明顯。而節省燃油費用565萬元;節約粉煤灰運輸和堆放費用157萬元。保障鍋爐低負荷燃燒工況的穩定，降低鍋爐四管泄漏次數（若按照660MW機組啟停一次費用大約200萬元，按年減少1次四管爆漏考慮，節省費用200萬元）。公司實施馳放氣摻燒改造項目后，產生了良好的節能效益和環保效益，總投資約3479.82萬元，可以節約標準煤近5.7萬t/a，節省各種費用約7239萬元/年，同時提高了機組的安全可靠性，有著廣泛而深遠的經濟、社會及環境意義（見圖10）。

在脫硝裝置中利用燃氣燃燒來對煙氣進行加熱;在燃燒室出口位置加裝火焰分流裝置可對煙氣均勻加熱及在省煤器出口設計新型煤氣燃燒器。超臨界燃煤機組配套脫硝裝置，一定達到環保指標氮氧化物排放標準經濟社會效益為不高于100mg/Nm3，脫硝效率大于80%，脫硝裝置投運率亦達到100%。超臨界鍋爐脫硝裝置前加裝燃燒室技術應用后，從根本上解決了公司2×660MW超臨界燃煤鍋爐脫硝投運率低及排放指標短期不達標的狀況，減少NOx排放量，環保效益顯著。減少環保指標考核，為公司爭取到更多的環保電量補貼資金，平均每個月增加發電利潤20萬元（見圖11）。

由于電煤供應愈發緊張，為緩解供煤壓力和資源充分利用，擬對鍋爐進行泥煤摻燒。自2016年9月份開始，當地政府放開煤炭市場，導致煤價大幅度提高，電煤摻配泥煤普遍，煤質質量下滑，嚴重影響鍋爐制粉系統出力，同時盤江電投年內必須完成摻配20萬t泥煤目標，提高制粉系統熱一次風風溫，提高制粉系統出力，降低成本，提質增效。自2016年9月開始研究應用中速磨煤泥輸送技術（電煤摻配泥煤）年節約成本約176.4萬元，新增利潤52萬元。并配合超臨界鍋爐脫硝裝置前加裝燃燒室技術的應用，增加摻配泥煤約40t/h，提高泥煤綜合利用率，降低燃煤成本（如降低燃煤成本120元/t，創造發電利潤44.4萬元）。在過去幾年中，公司一直在嘗試經濟效益與循環環保相結合，僅2015—2016年公司申請科技進步申報項目7項。目前對于部分機組改造，公司憑借區域循環經濟優勢，在貴州省內電力企業是第一家實施改造成功的項目，技術水平在省內走在前列，具有較強的競爭優勢，在國內同類型機組亦屬先進行列（見圖12）。

4 ?結語

隨著中國經濟繼續向全球化的縱深推進及人民所需日益增加，電力的使用量也將大幅度增加。由于盤江電投是燃煤電廠，那么所生產的廢渣、廢水、廢氣等廢棄物的循環利用和物質的排放問題會成為第一要考慮的要素，而其單一產業受各方面因素限制轉型成為必需。而環境保護戰略由被動反應向主動行動的一種轉變，是工業生產實現綠色可持續發展的必要途徑。因此，該文以盤江電投為例，通過闡述燃煤電廠的循環利用模式和大宗廢棄物綜合利用以實現節能減排，展示該電廠在面對現階段國家政策所做的改變，在大力生產電力能源的同時，促使電力工業在資源節約中實現節能、節水、節電煤、綜合利用與生態環境保護的互動發展。該電廠以大宗廢棄物綜合利用為基礎的循環經濟實踐利用的模式能為企業及社會帶來意想不到的經濟效益。

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