燃煤机组节能减排绩效综合评价方法研究

孙栓柱，代家元，周春蕾，李春岩，王其祥，杨晨琛

(江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211102)

燃煤机组节能减排绩效综合评价方法研究

孙栓柱，代家元，周春蕾，李春岩，王其祥，杨晨琛

(江苏方天电力技术有限公司，江苏南京211102)

为了全面定量评估燃煤机组的节能减排效果，首先对燃煤机组供电煤耗率、SO2排放绩效、NOx排放绩效、烟尘排放绩效等单一评价指标进行详细阐述，然后应用雷达图、基于能源消耗与环境代价统一量化的节能减排绩效评价等两种方法分析燃煤机组节能减排绩效综合评价效果，最终对比分析了两种综合评价方法的优缺点及适用条件，并提出了优化改进意见。

燃煤机组;节能减排;综合评价;绩效指标

0 引言

为了推进低碳电力发展，我国相关政府管理部门已积极筹划，相继出台了一系列监管标准，推动我国电力节能减排监管朝着制度化、标准化方向发展。例如，新的《火电厂大气污染物排放标准》(GB 13223－2011)从燃煤机组污染物排放浓度等方面规定了燃煤发电的污处设施考核评价标准，《电力企业节能降耗主要指标的监管评价》(GB/ T 28557－2012)，要求以供电煤耗、厂用电率来评价燃煤发电的节能效果。

虽然，上述标准从节能、减排两个角度对燃煤机组评价过程均提出了切实可行的指标体系(节能方面:供电煤耗，减排方面:污染物排放浓度)，但是，目前国内相关政府部门出台的一系列电力企业节能减排监管标准要求评估的指标较为分散，并未出现燃煤机组节能减排综合性评价指标体系。实际上，分散的节能指标与减排指标之间存在较大的耦合关系，例如，同样的机组，脱硫系统是否投运，供电煤耗差别较大，以600MW等级燃煤机组为例，脱硫系统的投运对机组厂用电率的影响绝对值达到1%～2%［1］，除尘系统对机组厂用电率的影响占总厂用电率的3%～4%［2］，SCR类型脱硝系统对机组厂用电率的影响占总厂用电率的3%～5%［3］;同样的机组，加装烟气脱硝系统后煤耗会增加。

因此，为了准确反映机组的节能减排性能，需要设计一套综合考虑煤耗、污染排放量等指标的模型，对燃煤电厂节能减排绩效进行综合性评价。

1 燃煤机组单一评价指标

1.1 节能方面

火电机组的供电标准煤耗是反映机组能耗水平的最直接的技术指标［4］，其计算公式如下:

式中:bg为火电机组标准供电煤耗，g/(kW·h);qr汽轮机热耗率，kJ/(kW·h);ηgl锅炉热效率，%;ηp系统管道效率，%;e为机组厂用电率，%。

1.2 减排方面

减排方面评价指标主要以经污处设施处理后的净烟气为对象，燃煤电厂减排方面评价指标主要包括SO2、NOx、烟尘排放三方面［5－8］。

(1)污染物排放浓度

污染物(SO2、NOx、烟尘)排放浓度取烟囱入口CEMS系统测量的平均SO2、NOx、烟尘浓度，再经过氧量换算(燃煤锅炉过量空气系数取1.4):

(2)污染物排放绩效

污染物(SO2、NOx、烟尘)排放绩效指的是机组单位发电量对应的污染物排放量:

式中:W代表污染物排放量，GW为对应发电量。其中污染物排放量通过排口实测流速、排放浓度及排口截面积计算得到:

式中:V为排口实测流速;S为排口截面积;X为排口实测烟气湿度;T为排口实测烟温;P为排口实测烟气压力。

2 燃煤机组节能减排绩效综合评价方法

2.1 基于雷达图的节能减排绩效评价方法

雷达图分析法是多属性体系结构描述的对象综合评价中较为常用的一种方法，它指的是将各评价指标投影到同一二维平面图形上，各指标分布在不同的数值轴上，各数值轴在中心点周边呈辐射状，数值轴上各指标数值点连接后形成的多边形即为雷达图［9－11］。对于雷达图，以特征向量为基础，构造综合评价向量如下:

其中:

式中:S代表评价对象雷达图区域面积;Smax代表各评价对象中雷达图区域面积最大者;L代表评价对象雷达图区域周长。

根据综合评价向量，构造雷达图综合评价指标函数如下:

2.2 基于能源消耗与环境代价统一量化的节能减排绩效评价方法

燃煤发电是一种能源转换的过程，该过程对环境造成的影响主要包括以下两方面:一方面是对煤炭等自然资源的消耗;另一方面是排放SO2、NOx、烟尘等环境污染物。因此，燃煤发电过程节能减排绩效可以表述如下:

对于煤炭等自然资源、排放的污染物，无法从质量衡量等角度进行统一度量。本文从能源消耗及产生环境影响付出的经济代价角度设计了一种燃煤发电节能减排绩效综合评价方法:

式中:B标煤、BSO2、BNOx、B烟尘分别为标煤价格、SO2排放量、NOx排放量以及烟尘排放量;P标煤、PSO2、PNOx、P烟尘为SO2、NOx、烟尘超标罚款价格及排污费单价。

3 应用分析

燃煤发电机组节能减排所包含的影响因素众多，包括机组供电煤耗、脱硫系统运行水平、脱硝系统运行水平等，为了推进节能减排的精细化管理，需要建立多目标、多层次的节能减排绩效综合评价模型，实现对燃煤机组节能减排效果的全面评估。下面将利用雷达图、基于能源消耗与环境代价统一量化两种方法进行分析。

下面以江苏10家电厂20台燃煤发电机组实测评价指标数据为例介绍综合评价方法应用情况，表1为江苏部分发电企业装机情况。

表2所示即为江苏省各发电企业2014年7月3日9∶00至10∶00节能减排实测统计指标数据。

从表2中可以看出，若只考虑机组供电煤耗，则S3U1机组最节能，若只考虑二氧化碳排放情况，则S7U2机组最环保，若只考虑氮氧化物排放情况，则S1U1机组最环保，若只考虑烟尘排放情况，则S10U1机组最环保。

表1 江苏部分发电企业装机情况

表2 各机组实测节能环保指标g/(kW·h)

3.1 基于雷达图的节能减排绩效评价

表3 雷达图法计算得到的各机组综合评价指标

3.2 基于能源消耗与环境代价统一量化的节能减排绩效评价

依据《排污费征收使用管理条例》及《关于调整排污费征收标准的通知》要求，计算排污费。动力煤价按照800元/t(5000kCal)计算，按照节综合评价方法计算，燃煤发电机组节能减排综合绩效指标计算公式为:

按照上式计算得到的结果如表4所示。

表4 基于能源消耗与环境代价统一量化的综合评价指标

从表4中可以看出，基于能源消耗与环境代价统一量化的节能减排绩效评价方法计算得到S3U1机组综合评价指标最小，其节能环保性能最佳。

3.3 两种评价方法对比分析

雷达图法一方面要求评价对象的各评价指标要尽量小，同时要求评价对象各指标要尽量协调，即保持指标的匀称性，该特征代表着机组节能减排性能的可持续性。该方法默认所有评价因子在综合评价体系中权重一致。

基于能源消耗与环境代价统一量化的评价方法从机组发电经济成本的角度进行综合度量评价，它侧重于机组的消耗成本分析，各评价指标的权重为各指标的成本单价。但由于污染物排放量仅占原煤消耗量的0.14%左右，按照该方法计算得到的综合评价指标严重偏向供电煤耗指标，污染物排放因子的影响几乎被忽略。

因此，可以看出两种方法的适用对象并不一致，对于雷达图法，适合于从宏观角度比较各机组的节能减排效果及其性能的可持续性，而基于能源消耗与环境代价统一量化的评价方法适合于发电企业生产运行控制成本的角度进行各机组的综合比较及改进提升。

针对雷达图方法中默认所有评价因子在综合评价体系中权重一致的问题，在应用雷达图法进行综合评价时可对标准化处理公式进行改进，式中加入代表修正系数λij即:

比如“十二五”期间，电力行业要突出治理氮氧化物排放问题，引导发电企业新装或改造脱硝设施，为了突出展示燃煤机组NOx减排效果，可将λij设置为大于1的系数。对于SO2、NOx、烟尘三种污染物排放指标的修正系数确定，可根据三种污染物单位排放经济损失系数确定。

针对基于能源消耗与环境代价统一量化的评价方法中严重偏向供电煤耗指标的问题，对公式进行变换处理，从发电净成本的角度分析机组性能:

式中:I为综合评价指标;bgd为标准供电煤耗;fd为单位质量标准煤价格;wi为第i种污染物排放量;fi为单位第i种污染物排污费价格;ki为第i种污染物考核费用;Esw代表上网电量、fsw代表上网电价;Qsq代表售汽量;fsq代表售汽单价。

4 结语

介绍了雷达图法、基于能源消耗与环境代价统一量化的评价方法等两种燃煤机组节能减排综合绩效评价方法，虽然两种方法适用场景、应用对象有所差别，但两种方法均能实现燃煤机组节能减排综合绩效的多目标评价，均能实现火电机组节能减排效果的全面评估，同时推进节能减排的精细化管理。

［1］徐钢，袁星，杨勇平，等.火电机组烟气脱硫系统的节能优化运行［J］.中国电机工程学报，2012，32(32):22－29.

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［5］GB 13233－2011，火电厂大气污染物排放标准［S］.

［6］HJ/T 75－2007，固定污染源烟气排放连续监测技术规范(试行)［S］.

［7］HJ/T 76－2007，固定污染源烟气排放连续监测系统技术要求及检测方法(试行)［S］.

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Research on comprehensive evaluation of the energy－saving emission reduction performance method of coal－fired units

In order to assess the effect of energy saving and emission reduction of coal fired units，some evaluation indices，such as the power supply coal consumption rate，sulfur dioxide emission performance of coal－fired units，nitrogen oxide emission performance，soot emission performance were expounded.Then this paper analysed coal－fired unit comprehensive evaluation of energy saving and emission reduction performance by the application of radar chart and the method which based on the performance of energy－saving emission reduction unified quantitative evaluation.Finally this paper analysed the advantages，disadvantages and the applicable conditions of two kinds of comprehensive evaluation methods，and provided suggestions for improvement.

coal fired units;energy saving and emission reduction;comprehensive evaluation;performance indicator

TM 611

B

1674－8069(2015)05－053－04

2015-03-16;

2015-05-24

孙栓柱(1973-)，男，江苏邳州人，高级工程师，主要从事火力发电在线监测方向研究。E－mail:15905166625@163.com