燃煤电厂大宗废弃物综合利用和循环经济效应的应用与探索

何思琪 陈前林 龚尚 李翠芹 何剑平

摘  要：随着我国产业结构转型升级，城镇化和工业化进程的加速，国内经济增速放缓，导致电力需求急剧下降。同时，由能源生产和消费、技术和体制革命，还有国际合作新主张带来的环境形势冲击，让电力行业这个污染排放大户在环境治理和全球变暖的双重压力下，需要进行全面深化的改革。在这样的形势下，如何让我国电力发展顺应当今的经济发展态势，在保障经济建设的同时，也能解决环境污染的问题，实现清洁、高效、可持续性发展显得尤为重要。该文以贵州盘江电力投资有限公司为例，整合电厂所提出的循环经济体系，从各方面探讨总结该电厂解决实际内容及技术路线。而所提出得相应措施，对燃煤电厂环境保护体系的建立和强化有借鉴作用，为今后火电厂在整个生命周期建设中发挥最大的综合效益，同时提高火电厂在节能减排方向上的竞争力，具有前瞻性的意义。

关键词：燃煤电厂  资源互补利用  循环经济  大宗废弃物综合利用

中图分类号：X825   文献标识码：A 文章编号：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

電力是我国国民经济发展的命脉。自改革开放以来，我国经济水平高速增长，人民生活水平不断提升，这些都离不开电力行业的发展。中国能源政策综合评价（IPAC）模型研究组对我国电力部门的未来发展进行预测，结果表明，到2030年中国电力装机容量将继续增加到12.4亿kW，发电量增加到5.95万亿kW。燃煤电厂的装机容量即将达6.0亿kW，其中占发电产业的60%。但燃煤电厂在生产过程中会产生大量的二氧化硫以及废水、粉尘、氮氧化物、温室气体[1]等多种污染物，燃煤电厂[2]环境污染问题日益突出，使其发展与建设都受到环境的严重制约，使我国电力工业及能源发展面临着严峻的环境挑战，因此燃煤电厂的循环经济发展和大宗废弃物综合利用成为了必要。循环经济[3-4]使以“减量化、再利用、资源化”为原则，以资源的高效循环利用为核心，形成低成本、低能耗、高产出、少排放、可循环、能持续的集约型经济增长方式，形成“资源—产品—废物—再生资源”的资源循环经济利用模式。而推进大宗固体废物综合利用促进资源循环利用产业发展。这种将整体防范的环境可持续应用于电厂工业过程、所出产品及后续服务中，保持以减少人类及环境风险和增加生态效率的原则。突出了环境战略、生态效率、全生命周期、整体预防等重要理念。

贵州盘江电投发电有限公司（曾用名：贵州黔桂发电有限责任公司，以下简称盘江电投）（见图1）始建于1989年，公司按照“减量化—再利用—资源化”的循环经济发展宗旨，积极策划电及大宗废弃物综合利用，其中煤焦化、建材、贸易、房地产等多元化发展，开创了一条集发电、煤焦化、建材等为一体的独具特色的循环经济发展道路。将资源循环利用，污水废物等严格把控，已初步形成盘县区域循环经济体系和清洁生产的路线[5]（见图2）。

1  实际运用的循环经济体系及生产工艺路线领域

1.1 电厂循环水利用过程

目前电厂废水[6]根据其来源分成3类：（1）低含盐量废水，如工业冷却水系统排水以及生活污水等，经过处理之后可作为新鲜水进行使用，回用时不需要脱盐处理工作。（2）高含盐量废水，如脱硫废水及树脂再生废水[7]，对这种水进行回用，建议进行脱盐处理工作，除去盐分满足用水要求。（3）可循环使用废水，通常情况下含有很多的悬浮物质，一般采用物理沉淀后再进行高效净化器处理，过滤合格后的水进行循环利用。国家对于排放水有着严格的要求，在厂区排污总退水口加装在线监测排污装置，所有污水达到标准后才能排放。循环水一般要通过电厂中水处理系统达到用水的使用标准才可以使用给毗邻的焦化厂提供工业用水，也可以作为电厂吸收塔的补充水，如图3所示。

盘江电投2×660MW火力发电机组脱硫系统每年利用200万t焦化装置生产过程中产生的100m3/h废水，焦化废水采用A2/O（厌氧/缺氧/好氧）生物性脱氮及高级氧化经过深化处理后，合格的水送入发电机组脱硫系统除雾器喷淋冲洗及制浆系统综合利用，发电机组脱硫系统设计补充耗水量300t/h，每年机组脱硫除雾器冲洗耗水量37万t，制浆系统耗水量50万t，经处理后的焦化中水得到利用，达到了节能减排目的，创造了良好的经济及社会效益。为了进一步优化焦化废水综合利用，拟对相关系统进行改造后，将焦化处理后的中水接入发电机组脱硫系统补充水的循环水系统，拓宽用水方式，达到全部利用目的。图4为盘江电投水系统。

1.2 焦炉煤气提液化天然气（LNG）后剩余富氢气体综合利用技术（替代燃油）

盘江电投于2004年涉足并成立煤焦化产业（天能公司），与电厂毗邻，原来焦化厂生产用电直接取自电厂，现在建立配套的自备电厂以满足天能焦化的内部用电需求。同时，焦化厂每年所产出的煤气和中泥煤直接供给电厂发电，既对电煤及时进行供应，又使得煤炭资源得到了充分利用，这种互补所形成的循环经济模式，既有利地降低了生产所需成本，也有效地减少了环境污染。为进一步优化产品结构，提升市场竞争力，盘江电投投资并实行焦炉煤气提LNG后剩余富氢气体[8]综合利用技术成为该循环项目的重要指标之一。其生产工艺路线为通过膜分离装置得到的焦炉煤气降温后，并随之进入低温精馏塔，而H2将从精馏塔顶部抽出，经过输送管道送至发电厂锅炉燃烧系统，通过锅炉各层燃烧器的分布将富氢气体及驰放气送入炉膛内燃烧，加热给水，为锅炉提供热量，也在制粉一次风系统增加燃气增压风机，提高一次风风温，为制粉系统提供磨制煤粉的足够的干燥出力，提高制粉出力，以达到充分利用焦炉煤气及提LNG后的剩余燃气，达到低负荷稳燃和助燃的目的，从而大大降低生产能耗，降低大宗废弃物粉煤灰的生产，减少烟道和“四管”的磨损，进一步提高机组得安全性能、经济效益和其稳定运行。盘江电投充分利用天能焦化产生的富余燃气，在电厂实现了三项燃气燃烧方式：第一项是直接在锅炉炉膛内燃烧，使其炉膛内燃烧旺盛，加热给水，为锅炉提供充足的热量;第二项是加热一次风，通过一次风干燥和输送煤粉，方便点燃电煤并启动汽轮机，但要严格控制压力及其温度;第三项是加热锅炉排除的烟气温度，确保烟气温度超过300℃，实现脱硝催化剂全过程投入，由于电厂所使用的脱硝催化剂活性温度在300℃及以上。因此通过设计3种燃烧方式，将焦化厂的焦炉煤气及提LNG的富余燃气送入电厂燃烧，是为了清洁生产并产生一定的循环经济效应，图5为焦化厂产生的富余燃气在电厂实际应用的工艺图。

1.3 电厂粉煤灰、脱硫石膏产业链循环过程及水、电、汽、氨产业

盘江电投石灰石-石膏湿法烟气脱硫工艺，而产生的副产物为石膏及发电产生的粉煤灰和炉渣。粉煤灰分选商品等级灰，可分为一级灰和二级灰。一级灰售出价格较高甚至可用于国家大型水电站的建设。石膏板及水泥行业都是耗能大户， 也又都有大量的余热可重新利用，在政府相关部门要求下成立水泥、石膏资源综合利用产业的相关企业。而发电所产生的粉煤灰、炉渣、脱硫石膏运输至附近水泥生产企业，且大部分用于生产水泥、新型墙材、公路筑路及水电站筑坝的建设[9]。而二者结合的好处为能上下游联动， 并优化资源得配置（其中电厂脱硫工艺所产生的副产物石膏为石膏板厂和水泥厂的原料，而發电所产生的粉煤灰是水泥厂的原料），物流配置和能耗组合， 降低能耗及成本， 减排污染物，打造资源化利用工业副产物的节约型社会。与电厂毗邻的天能公司原先所有用水、电、汽由电厂提供，现在已建有余热发电系统，用电可实现自给自足。另外，所产生的无水氨将直接送电厂供给脱硝系统作为原料，图6为粉煤灰、脱硫石膏产业链。

1.4 电厂煤泥的节能减排循环利用

为解决公司产生的大量煤泥无法处置的现状，其中天能焦化的两家洗煤厂洗选能力总合达到400万t，加上周边有大量的洗煤厂，如此大量的煤泥若没有完善的处理和利用途径，不但对环境造成威胁，而且是对资源的极大浪费。公司决定对现有煤粉炉机组掺烧煤泥比例进行具体研究论证并推行，以实现创新与节能环保并举方式。煤泥输送系统输送的煤泥含有30%左右水分，一是输送至给煤机使用时，经常因煤泥过稀堵塞给煤机，将之改接到磨煤机进口，并适当挺高磨煤机混合风温，减少堵管现象，煤泥的掺烧减低了电煤的消耗。二是加装热一次风管道燃烧器解决磨机所需干燥出力的问题。三是将泥煤输送系统与磨机进行优化改造，实现系统一体化。其创新点在于：一是泥煤由煤泥输送系统管道直接进入中速磨煤机，改变了一般煤粉炉燃料通过原煤斗给煤机进入磨机的方式，解决了磨机进入磨机前堵断的技术难题;二是充分利用循环经济的优势，加装热一次风管道燃烧器提高热一次风温。图7为煤泥的节能减排循环利用。

2  单一发电产业面临的形势分析及循环经济产业项目实施情况分析

盘江电投于2003年的装机容量占全贵州电网的12%左右，而发电量为80.45亿kWh，占当年全贵州电网发电量的17%。按照“西电东送”的整体规划，同时随着国家电力体制改革进一步深入，国家能源政策和结构的调整，新能源、水电、核电所占比重必将逐渐增大。而伴随国家环保节能政策和行业准入的限制深入，燃煤发电所占比例必将下滑。电煤供给不足也已开始逐渐显现，摆在盘江电投面前的是一道生存与发展、稳定与责任的课题，面对严峻的形势，必须走资源综合利用发展循环经济路子，确保公司持续稳定发展。根据盘江电投实际，结合废弃物排放情况以及盘县丰富的煤炭资源优势，以发电、煤化工、建材三大产业衔接为基础（见图8），实现产业间的循环利用，构建循环经济框架，寻求新的经济增长点，带动公司的全面发展[12]。

3  电厂循环经济的实际利用情况前后的分析

3.1 循环经济产业效益成果分析

过去几年国家鼓励类产业包含焦化产业[14-15]，从2005—2008年累计减免所得税5998万元。中泥煤和煤气产业链共为发电增加经济效益约10279.5万元，其中燃油约880万元、排污费390万元、减少灰渣运输费用113.5万元、节约灰坝库容11.7万m3相当于减少生产成本费用655万元、厂用电约337万元、减少燃煤成本费用约7904万元，同时因掺烧焦炉煤气[11]还提高了锅炉的燃烧热稳定性和减少其“四管”磨损，减少非计划停运次数和非计划降出力，提高企业经济效益。而水泥行业投产后，因符合国家政策中规定在生产原料中废渣掺兑比例不低于30%，将享受增值税即征即退的优惠政策，盘县水泥生产线每年按生产120万t计算可增效约2600万元，余热发电间接增效1000万元以上;修文水泥生产线每年按生产200万t计算可增效约4600万元，余热发电间接增效1800万以上;同时盘县水泥生产线每年消耗粉煤灰预计为产业间接增加经济效益约500万元（见图9）。

3.2 设备改进对循环经济效益的影响及分析

近几年随着经济效益的推进，公司一直秉承着清洁生产及循环利用原则。LNG苯加氢工艺氢气供氢冷发电机利用技术应用成功后，公司原制氢站设备停运，每年可减少制氢站设备运行维护费用5万元（不含电解槽大修理费用）;同时该技术自2016年9月开始试运行至2017年3月，创造经济利润总计18.46375万元。解决了焦化厂驰放气放散燃烧带来的巨大经济损失，天能公司每年约提供1.4亿m3驰放气，折标准煤近5.7万t，合人民币3705万元，节能效果十分明显。而节省燃油费用565万元;节约粉煤灰运输和堆放费用157万元。保障锅炉低负荷燃烧工况的稳定，降低锅炉四管泄漏次数（若按照660MW机组启停一次费用大约200万元，按年减少1次四管爆漏考虑，节省费用200万元）。公司实施驰放气掺烧改造项目后，产生了良好的节能效益和环保效益，总投资约3479.82万元，可以节约标准煤近5.7万t/a，节省各种费用约7239万元/年，同时提高了机组的安全可靠性，有着广泛而深远的经济、社会及环境意义（见图10）。

在脱硝装置中利用燃气燃烧来对烟气进行加熱;在燃烧室出口位置加装火焰分流装置可对烟气均匀加热及在省煤器出口设计新型煤气燃烧器。超临界燃煤机组配套脱硝装置，一定达到环保指标氮氧化物排放标准经济社会效益为不高于100mg/Nm3，脱硝效率大于80%，脱硝装置投运率亦达到100%。超临界锅炉脱硝装置前加装燃烧室技术应用后，从根本上解决了公司2×660MW超临界燃煤锅炉脱硝投运率低及排放指标短期不达标的状况，减少NOx排放量，环保效益显著。减少环保指标考核，为公司争取到更多的环保电量补贴资金，平均每个月增加发电利润20万元（见图11）。

由于电煤供应愈发紧张，为缓解供煤压力和资源充分利用，拟对锅炉进行泥煤掺烧。自2016年9月份开始，当地政府放开煤炭市场，导致煤价大幅度提高，电煤掺配泥煤普遍，煤质质量下滑，严重影响锅炉制粉系统出力，同时盘江电投年内必须完成掺配20万t泥煤目标，提高制粉系统热一次风风温，提高制粉系统出力，降低成本，提质增效。自2016年9月开始研究应用中速磨煤泥输送技术（电煤掺配泥煤）年节约成本约176.4万元，新增利润52万元。并配合超临界锅炉脱硝装置前加装燃烧室技术的应用，增加掺配泥煤约40t/h，提高泥煤综合利用率，降低燃煤成本（如降低燃煤成本120元/t，创造发电利润44.4万元）。在过去几年中，公司一直在尝试经济效益与循环环保相结合，仅2015—2016年公司申请科技进步申报项目7项。目前对于部分机组改造，公司凭借区域循环经济优势，在贵州省内电力企业是第一家实施改造成功的项目，技术水平在省内走在前列，具有较强的竞争优势，在国内同类型机组亦属先进行列（见图12）。

4  结语

随着中国经济继续向全球化的纵深推进及人民所需日益增加，电力的使用量也将大幅度增加。由于盘江电投是燃煤电厂，那么所生产的废渣、废水、废气等废弃物的循环利用和物质的排放问题会成为第一要考虑的要素，而其单一产业受各方面因素限制转型成为必需。而环境保护战略由被动反应向主动行动的一种转变，是工业生产实现绿色可持续发展的必要途径。因此，该文以盘江电投为例，通过阐述燃煤电厂的循环利用模式和大宗废弃物综合利用以实现节能减排，展示该电厂在面对现阶段国家政策所做的改变，在大力生产电力能源的同时，促使电力工业在资源节约中实现节能、节水、节电煤、综合利用与生态环境保护的互动发展。该电厂以大宗废弃物综合利用为基础的循环经济实践利用的模式能为企业及社会带来意想不到的经济效益。

参考文献

[1] 张绚.天津火电行业大气颗粒物及温室气体协同减排情景研究[D].南开大学，2013.

[2] 曾威，刘伟强，钟清.浅析燃煤电厂清洁生产技术[J].广东化工，2017，44（12）：170-150.

[3] 张慧敏.电力行业（燃煤发电企业）清洁生产评价指标体系的分析与应用[D].安徽工业大学，2016.

[4] 谢志明.燃煤发电企业循环经济资源价值流研究[D].中南大学，2012.

[5] 涂忆江.燃煤火电厂推行清洁生产的途径[J].中国环保产業，2004（6）：12-13.

[6] 袁茹琰.工业废水处理方法浅析及发展趋势[J].资源节约与环保，2018（7）：86.

[7] 时国华，王佳，杨林棣，等.我国火电厂含盐废水蒸发/结晶技术进展[J].热力发电，2019（3）：1-6.

[8] Mohammad Ali Emadi，Hossein Pourrahmani，Mahdi Moghimi. Performance evaluation of an integrated hydrogen production system with LNG cold energy utilization[J].International Journal of Hydrogen Energy，2018，43（49）.

[9] 毕德鹏.促进新型绿色墙材的推广应用[J].中华建设，2018（12）：16-17.

[10] 岳朝松.脱硫石膏用作建筑石膏的处理工艺研究[J].建材与装饰，2018（47）：29-30.

[11] 张友利，刘宇明，那贺，等.焦炉煤气热值测量系统的改进[J].燃料与化工，2019，50（1）：19-20.

[12] 钱军.黔桂发电有限责任公司破解转型升级难题的启示[J].企业技术开发，2014，33（27）：41-42.

[13] 车国泉.贵州黔桂电厂1～#、2～#、3～#、4～#灰坝监测简介[A].贵州省岩石力学与工程学会、中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院.贵州省岩石力学与工程学会2008年学术年会论文集[C].2008.

[14] 蒋曼萍.循环经济助力传统火电企业转型升级——以贵州黔桂发电有限公司为例[J].企业科技与发展，2013（9）：7-10.

[15] 广投集团黔桂发电公司：“循环经济让我们重生”[J].广西节能，2012（4）：20.