燃煤電廠大宗廢棄物綜合利用和循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的應(yīng)用與探索

　　摘 要：隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的加速，國內(nèi)經(jīng)濟(jì)增速放緩，導(dǎo)致電力需求急劇下降。同時(shí)，由能源生產(chǎn)和消費(fèi)、技術(shù)和體制革命，還有國際合作新主張帶來的環(huán)境形勢沖擊，讓電力行業(yè)這個(gè)污染排放大戶在環(huán)境治理和全球變暖的雙重壓力下，需要進(jìn)行全面深化的改革。在這樣的形勢下，如何讓我國電力發(fā)展順應(yīng)當(dāng)今的經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢，在保障經(jīng)濟(jì)建設(shè)的同時(shí)，也能解決環(huán)境污染的問題，實(shí)現(xiàn)清潔、高效、可持續(xù)性發(fā)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(huán)經(jīng)濟(jì)體系，從各方面探討總結(jié)該電廠解決實(shí)際內(nèi)容及技術(shù)路線。而所提出得相應(yīng)措施，對燃煤電廠環(huán)境保護(hù)體系的建立和強(qiáng)化有借鑒作用，為今后火電廠在整個(gè)生命周期建設(shè)中發(fā)揮最大的綜合效益，同時(shí)提高火電廠在節(jié)能減排方向上的競爭力，具有前瞻性的意義。

　　關(guān)鍵詞：燃煤電廠 資源互補(bǔ)利用 循環(huán)經(jīng)濟(jì) 大宗廢棄物綜合利用

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　　電力是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)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(yè)的發(fā)展。中國能源政策綜合評(píng)價(jià)(IPAC)模型研究組對我國電力部門的未來發(fā)展進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明，到2030年中國電力裝機(jī)容量將繼續(xù)增加到12.4億kW，發(fā)電量增加到5.95萬億kW。燃煤電廠的裝機(jī)容量即將達(dá)6.0億kW，其中占發(fā)電產(chǎn)業(yè)的60%。但燃煤電廠在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)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(huán)境污染問題日益突出，使其發(fā)展與建設(shè)都受到環(huán)境的嚴(yán)重制約，使我國電力工業(yè)及能源發(fā)展面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境挑戰(zhàn)，因此燃煤電廠的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和大宗廢棄物綜合利用成為了必要。

　　循環(huán)經(jīng)濟(jì)[3-4]使以“減量化、再利用、資源化”為原則，以資源的高效循環(huán)利用為核心，形成低成本、低能耗、高產(chǎn)出、少排放、可循環(huán)、能持續(xù)的集約型經(jīng)濟(jì)增長方式，形成“資源—產(chǎn)品—廢物—再生資源”的資源循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用模式。而推進(jìn)大宗固體廢物綜合利用促進(jìn)資源循環(huán)利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展。這種將整體防范的環(huán)境可持續(xù)應(yīng)用于電廠工業(yè)過程、所出產(chǎn)品及后續(xù)服務(wù)中，保持以減少人類及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和增加生態(tài)效率的原則。突出了環(huán)境戰(zhàn)略、生態(tài)效率、全生命周期、整體預(yù)防等重要理念。

　　貴州盤江電投發(fā)電有限公司(曾用名：貴州黔桂發(fā)電有限責(zé)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(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)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(mào)易、房地產(chǎn)等多元化發(fā)展，開創(chuàng)了一條集發(fā)電、煤焦化、建材等為一體的獨(dú)具特色的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路。將資源循環(huán)利用，污水廢物等嚴(yán)格把控，已初步形成盤縣區(qū)域循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系和清潔生產(chǎn)的路線[5](見圖2)。

　　1 實(shí)際運(yùn)用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系及生產(chǎn)工藝路線領(lǐng)域

　　1.1 電廠循環(huán)水利用過程

　　目前電廠廢水[6]根據(jù)其來源分成3類：(1)低含鹽量廢水，如工業(yè)冷卻水系統(tǒng)排水以及生活污水等，經(jīng)過處理之后可作為新鮮水進(jìn)行使用，回用時(shí)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(jìn)行回用，建議進(jìn)行脫鹽處理工作，除去鹽分滿足用水要求。(3)可循環(huán)使用廢水，通常情況下含有很多的懸浮物質(zhì)，一般采用物理沉淀后再進(jìn)行高效凈化器處理，過濾合格后的水進(jìn)行循環(huán)利用。國家對于排放水有著嚴(yán)格的要求，在廠區(qū)排污總退水口加裝在線監(jiān)測排污裝置，所有污水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后才能排放。循環(huán)水一般要通過電廠中水處理系統(tǒng)達(dá)到用水的使用標(biāo)準(zhǔn)才可以使用給毗鄰的焦化廠提供工業(yè)用水，也可以作為電廠吸收塔的補(bǔ)充水，如圖3所示。

　　盤江電投2×660MW火力發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)每年利用200萬t焦化裝置生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(jí)氧化經(jīng)過深化處理后，合格的水送入發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)除霧器噴淋沖洗及制漿系統(tǒng)綜合利用，發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)設(shè)計(jì)補(bǔ)充耗水量300t/h，每年機(jī)組脫硫除霧器沖洗耗水量37萬t，制漿系統(tǒng)耗水量50萬t，經(jīng)處理后的焦化中水得到利用，達(dá)到了節(jié)能減排目的，創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益。為了進(jìn)一步優(yōu)化焦化廢水綜合利用，擬對相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行改造后，將焦化處理后的中水接入發(fā)電機(jī)組脫硫系統(tǒng)補(bǔ)充水的循環(huán)水系統(tǒng)，拓寬用水方式，達(dá)到全部利用目的。圖4為盤江電投水系統(tǒng)。

　　1.2 焦?fàn)t煤氣提液化天然氣(LNG)后剩余富氫氣體綜合利用技術(shù)(替代燃油)

　　盤江電投于2004年涉足并成立煤焦化產(chǎn)業(yè)(天能公司)，與電廠毗鄰，原來焦化廠生產(chǎn)用電直接取自電廠，現(xiàn)在建立配套的自備電廠以滿足天能焦化的內(nèi)部用電需求。同時(shí)，焦化廠每年所產(chǎn)出的煤氣和中泥煤直接供給電廠發(fā)電，既對電煤及時(shí)進(jìn)行供應(yīng)，又使得煤炭資源得到了充分利用，這種互補(bǔ)所形成的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，既有利地降低了生產(chǎn)所需成本，也有效地減少了環(huán)境污染。為進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提升市場競爭力，盤江電投投資并實(shí)行焦?fàn)t煤氣提LNG后剩余富氫氣體[8]綜合利用技術(shù)成為該循環(huán)項(xiàng)目的重要指標(biāo)之一。其生產(chǎn)工藝路線為通過膜分離裝置得到的焦?fàn)t煤氣降溫后，并隨之進(jìn)入低溫精餾塔，而H2將從精餾塔頂部抽出，經(jīng)過輸送管道送至發(fā)電廠鍋爐燃燒系統(tǒng)，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(nèi)燃燒，加熱給水，為鍋爐提供熱量，也在制粉一次風(fēng)系統(tǒng)增加燃?xì)庠鰤猴L(fēng)機(jī)，提高一次風(fēng)風(fēng)溫，為制粉系統(tǒng)提供磨制煤粉的足夠的干燥出力，提高制粉出力，以達(dá)到充分利用焦?fàn)t煤氣及提LNG后的剩余燃?xì)?，達(dá)到低負(fù)荷穩(wěn)燃和助燃的目的，從而大大降低生產(chǎn)能耗，降低大宗廢棄物粉煤灰的生產(chǎn)，減少煙道和“四管”的磨損，進(jìn)一步提高機(jī)組得安全性能、經(jīng)濟(jì)效益和其穩(wěn)定運(yùn)行。盤江電投充分利用天能焦化產(chǎn)生的富余燃?xì)?，在電廠實(shí)現(xiàn)了三項(xiàng)燃?xì)馊紵绞剑旱谝豁?xiàng)是直接在鍋爐爐膛內(nèi)燃燒，使其爐膛內(nèi)燃燒旺盛，加熱給水，為鍋爐提供充足的熱量;第二項(xiàng)是加熱一次風(fēng)，通過一次風(fēng)干燥和輸送煤粉，方便點(diǎn)燃電煤并啟動(dòng)汽輪機(jī)，但要嚴(yán)格控制壓力及其溫度;第三項(xiàng)是加熱鍋爐排除的煙氣溫度，確保煙氣溫度超過300℃，實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)3種燃燒方式，將焦化廠的焦?fàn)t煤氣及提LNG的富余燃?xì)馑腿腚姀S燃燒，是為了清潔生產(chǎn)并產(chǎn)生一定的循環(huán)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，圖5為焦化廠產(chǎn)生的富余燃?xì)庠陔姀S實(shí)際應(yīng)用的工藝圖。

　　1.3 電廠粉煤灰、脫硫石膏產(chǎn)業(yè)鏈循環(huán)過程及水、電、汽、氨產(chǎn)業(yè)

　　盤江電投石灰石-石膏濕法煙氣脫硫工藝，而產(chǎn)生的副產(chǎn)物為石膏及發(fā)電產(chǎn)生的粉煤灰和爐渣。粉煤灰分選商品等級(jí)灰，可分為一級(jí)灰和二級(jí)灰。一級(jí)灰售出價(jià)格較高甚至可用于國家大型水電站的建設(shè)。石膏板及水泥行業(yè)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(guān)部門要求下成立水泥、石膏資源綜合利用產(chǎn)業(yè)的相關(guān)企業(yè)。而發(fā)電所產(chǎn)生的粉煤灰、爐渣、脫硫石膏運(yùn)輸至附近水泥生產(chǎn)企業(yè)，且大部分用于生產(chǎn)水泥、新型墻材、公路筑路及水電站筑壩的建設(shè)[9]。而二者結(jié)合的好處為能上下游聯(lián)動(dòng)， 并優(yōu)化資源得配置(其中電廠脫硫工藝所產(chǎn)生的副產(chǎn)物石膏為石膏板廠和水泥廠的原料，而發(fā)電所產(chǎn)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(yè)副產(chǎn)物的節(jié)約型社會(huì)。與電廠毗鄰的天能公司原先所有用水、電、汽由電廠提供，現(xiàn)在已建有余熱發(fā)電系統(tǒng)，用電可實(shí)現(xiàn)自給自足。另外，所產(chǎn)生的無水氨將直接送電廠供給脫硝系統(tǒng)作為原料，圖6為粉煤灰、脫硫石膏產(chǎn)業(yè)鏈。

　　1.4 電廠煤泥的節(jié)能減排循環(huán)利用

　　為解決公司產(chǎn)生的大量煤泥無法處置的現(xiàn)狀，其中天能焦化的兩家洗煤廠洗選能力總合達(dá)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(huán)境造成威脅，而且是對資源的極大浪費(fèi)。公司決定對現(xiàn)有煤粉爐機(jī)組摻燒煤泥比例進(jìn)行具體研究論證并推行，以實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新與節(jié)能環(huán)保并舉方式。煤泥輸送系統(tǒng)輸送的煤泥含有30%左右水分，一是輸送至給煤機(jī)使用時(shí)，經(jīng)常因煤泥過稀堵塞給煤機(jī)，將之改接到磨煤機(jī)進(jìn)口，并適當(dāng)挺高磨煤機(jī)混合風(fēng)溫，減少堵管現(xiàn)象，煤泥的摻燒減低了電煤的消耗。二是加裝熱一次風(fēng)管道燃燒器解決磨機(jī)所需干燥出力的問題。三是將泥煤輸送系統(tǒng)與磨機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)一體化。其創(chuàng)新點(diǎn)在于：一是泥煤由煤泥輸送系統(tǒng)管道直接進(jìn)入中速磨煤機(jī)，改變了一般煤粉爐燃料通過原煤斗給煤機(jī)進(jìn)入磨機(jī)的方式，解決了磨機(jī)進(jìn)入磨機(jī)前堵斷的技術(shù)難題;二是充分利用循環(huán)經(jīng)濟(jì)的優(yōu)勢，加裝熱一次風(fēng)管道燃燒器提高熱一次風(fēng)溫。圖7為煤泥的節(jié)能減排循環(huán)利用。