低热值煤发电类项目在节能和资源循环利用方面的措施

王小玲

(陕西省政府投资评审中心，陕西 西安 710006)

我国是煤炭大国，随着原煤生产和入洗总量的增加，排放的煤矸石、洗矸、煤泥量持续增长，造成的环境影响越来越大，解决这一问题的难度也大幅提高。目前，热值在1 254 kJ/kg以下的煤矸石，主要通过填坑筑路、塌陷区治理、土地复垦、井下充填等方式进行处理。对于热值大于5 016 kJ/kg的煤矸石，发电是对其综合利用的最有效途径，通过发电回收热值，同时对产生的灰渣进行综合利用。发展煤矸石等低热值煤综合利用发电的主要优点包括可实现低热值煤资源就近高效转化，提高煤炭资源利用效率，对保护土地资源、避免运力浪费具有积极作用，可以大幅降低煤矸石、煤泥堆存对矿区生态环境的影响。

1 背 景

近年来，在国家相关激励扶持政策的推动下，我国的煤矸石、煤泥等综合利用发电项目快速发展。2016年4月，国家发展改革委印发《关于发展煤电联营的指导意见》(发改能源〔2016〕857号)，指导意见中提出要“重点推广坑口煤电一体化”和“继续发展低热值煤发电一体化”。鼓励在主要煤炭产区的大型煤矿坑口建设低热值煤电厂，要求相关项目应按照煤矿、选煤厂、电厂一体化模式推进。在产业政策扶持和大型循环流化床发电技术发展的助力下，低热值煤发电迎来新的发展机遇期。相关数据显示，截止2018年底，全国煤矸石、煤泥等低热值煤发电装机规模达到3 700万kW。国家在推动低热值煤发电的同时，也进一步提高了对低热值煤发电机组能耗控制的要求，在《煤电节能减排升级与改造行动计划(2014—2020年)》、《煤炭清洁高效利用行动计划(2015—2020年)》中，对新建项目明确要求严格能效准入控制，对新建循环流化床低热值煤发电机组，30万kW级空冷机组设计供电煤耗不高于327 g/(kW·h)。低热值煤发电项目的能耗控制，直接关系到相关产业政策的执行和落实。对于新建的低热值煤发电项目，在项目设计建设之初要从方案节能设计、工艺流程优化、设备选型等方面着眼，采用先进适用的节能技术措施和手段，实现能耗控制目标。

2 节能措施选定

低热值煤发电类项目的节能和资源循环利用可以考虑采取以下几方面措施，以节约资源、降低能耗。

2.1 项目锅炉选型考虑采用循环流化床锅炉

循环流化床锅炉燃料适用范围广，负荷调节能力强，负荷调节幅度大，有利于机组调峰；锅炉采用炉内脱硫，燃烧时加入了大量的石灰石，灰渣中的钙含量高，有利于灰渣的综合利用；采用循环流化床锅炉减排成本低，环保效益显著。

2.2 应考虑粉煤灰、底渣等副产品的综合利用

低热值电厂附属产品——脱硫石膏粉煤灰等应考虑全部循环利用，粉煤灰可以用于生产水泥、做路基材料、生产釉面砖、新型墙体材料等。脱硫石膏可用于生产石膏板、水泥缓凝剂、抹灰石膏等。

2.3 提高锅炉效率

提高锅炉效率的途径包括通过降低排烟温度、降低过剩空气系数，减少排烟热损失；通过降低飞灰含碳量，减少固体不完全燃烧热损失；通过回收烟气热能，减少散热损失等方法提高锅炉效率。

2.4 选择环保节能减排效益最优方案

2.4.1 空冷系统方案优化

以永陇矿区某低热值煤综合利用发电项目为例，原设计对机械通风直接空冷系统方案与表面式凝汽器间接空冷系统方案进行比较。机械通风直接空冷系统方案组成简单，主要包括排汽管道、空冷器、风机、真空泵。表面式凝汽器间接空冷系统方案组成相对较复杂，主要包括凝汽器、循环水泵、循环水管道、空冷器、空冷塔。根据机械通风直接空冷系统方案与表面式凝汽器间接空冷系统方案拟定设备整体配置方案。两种方案的具体比较见表1。

表1 机械通风直接空冷系统方案与表面式凝汽器间接空冷系统方案比较

2.4.2 两种方案经济及能耗效益综合比较分析

(1)间接空冷系统初始投资高于直接空冷系统。直接空冷系统方案与表面式凝汽器间接空冷系统方案初投资比较，(方案比较中参考国产同类工程设备用电指标和价格)间接空冷系统方案比直接空冷系统方案初始投资多1 270万元。

(2)间接空冷系统年煤耗费用比直接空冷系统少。按照两种方案发出同样的电量所消耗的煤量进行比较，直接空冷系统与间接空冷系统年运行费用比较，表面式间接空冷系统方案供电标准煤耗比机械通风直接空冷系统方案供电煤耗低3.0 g/(kW·h)，如年利用时间按5 000 h计算，对于建设规模为2×350 MW的发电厂，耗煤量减少1.05万t/a，节能效果显著，按照燃料平均价格300元/t计算，年节能效益315万元。

(3)以寿命全周期成本分析，间接空冷系统具有很大的节能效益。用15 a计，全寿命周期内节能效益4 725万元。以寿命全周期成本费用衡量，间接空冷系统节能经济效益为3 455万元，可见采用间接空冷系统具有很大的节能经济效益。

在对比分析中，方案的可行性、可靠性及成本效益分析是主要的考虑方面，针对综合利用类项目，在可靠性的前提下，其环保节能减排效益是选择方案的主要方面。据此推荐采用间接空冷系统。

2.5 广泛选用节能工艺、设备，多举措降低厂用电率

在设备选型中所选用的设备禁止使用属于《高耗能落后机电设备(产品)淘汰目录》中国家明令淘汰的高耗能设备。对主变压器、高压厂用变压器、低压厂用变压器等均采用节能型电力变压器，降低变压器的损耗，可降低损耗10%～20%；采用变频调速可对一次风机、二次风机采用变频调速装置，节能30%；优化汽轮机蒸汽管道，进行余热回收利用，降低汽轮机热耗；选用节能型照明器具可节约照明用电70%以上。

2.6 优化设备运行、降低厂用电率

可以参考已建成的同类机组的设计运行情况，对用能设备的容量进行合理优化。该工程设计中选择的一次风机、二次风机、引风机、凝结水泵、循环水泵等裕量选择偏大。根据已建成的同类机组设计运行对用能设备的容量等方面进行合理优化，合理降低用能设备的电机功率可以显著降低厂用电率。

3 煤矸石发电的环保节能潜力预测

按照煤炭工业发展“十二五”规划，“十二五”末低热值煤炭资源综合利用发电装机容量达到7 600万kW。“十三五”期间，我国将新增低热值煤炭资源综合利用发电装机容量2 000万kW。依此预估，我国煤矸石综合利用发电年可利用低热值煤3.8亿t，相当于回收12 270万t标准煤，少占压土地876 ha。

4 结 论

在低热值煤发电项目设计建设过程中，做好主要用能工艺的方案对比、主要能耗设备选型和电厂副产品的资源综合利用，可以有效降低机组能耗。对主要用能工艺和能耗设备进行对标和绩效评价，合理科学的计算项目能耗，对项目能效水平进行科学系统的评估，根据评估结果对系统进行再优化，有助于确保低热值煤发电项目在工程建设阶段实现能耗控制目的，大大减少后期技改带来的运行风险和经济投入。

低热值煤综合利用发电项目具有良好的节能环保前景，受多种原因影响，发展的过程中依然面临一系列问题，类似于将低热值煤发电项目完全等同于常规燃煤发电机组的情况仍然广泛存在，产业发展规模与“十三五”规划提出的发展目标还存在较大差距，需要从国家、地方和企业多个层面，合理推动该类项目的进一步发展。