1. 前言
三十多年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)改革開(kāi)放不斷深入，電力技術(shù)和動(dòng)力裝備領(lǐng)域取得了高速發(fā)展的豐碩成果，尤其是常規(guī)火電機(jī)組的發(fā)展速度彪炳史冊(cè)，從中溫中壓參數(shù)6MW機(jī)組到超超臨界1000MW機(jī)組的產(chǎn)業(yè)化僅用了半個(gè)世紀(jì)�？墒�，在經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的背景下，發(fā)展與環(huán)境保護(hù)、發(fā)展與能源需求的矛盾越來(lái)越突出，客觀上又制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展;另一方面，政府在節(jié)能與污染源治理上化了大力氣，卻受到生產(chǎn)關(guān)系及其體制上的的種種限制，削弱了對(duì)能源需求和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的有效控制。
2007年，在黨的十七大上，胡錦濤總書(shū)記高度概括了中國(guó)經(jīng)濟(jì)改革與發(fā)展的思路和戰(zhàn)略，提出“科學(xué)發(fā)展觀第一要義是發(fā)展，核心是以人為本，基本要求是全面協(xié)調(diào)可持續(xù)性，根本方法是統(tǒng)籌兼顧�！睘槲覈�(guó)各行各業(yè)的發(fā)展指明了方向、道路和方法措施。
2. 節(jié)能技術(shù)與發(fā)展
長(zhǎng)期來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)開(kāi)拓的原動(dòng)力來(lái)自出口外銷和低廉的勞動(dòng)。當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展達(dá)到一定規(guī)模以后，持續(xù)的GDP提升必將受制于資源儲(chǔ)備、電力增長(zhǎng)、環(huán)境保護(hù)等因素。原先單一性需求型的經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念將受到實(shí)踐的檢驗(yàn)并作出相應(yīng)的調(diào)整，產(chǎn)業(yè)要轉(zhuǎn)型，設(shè)計(jì)思維要更新，以節(jié)能環(huán)保型的特色適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展規(guī)律。
目前，火電廠節(jié)能的途徑：其一，采用更高等級(jí)蒸汽參數(shù)(t 700℃)、燃機(jī)參數(shù)等;其二，采用 IGCC 等新技術(shù);其三，從電廠總能系統(tǒng)考量低品位熱能利用方式，突破低溫低壓蒸汽和潛熱利用的瓶頸，拓開(kāi)朗肯動(dòng)力循環(huán)的低溫空間;其四，充分挖掘電站設(shè)備、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及管理等的節(jié)能潛力。
(1)電力供需模式的自我否定
電力是國(guó)民經(jīng)濟(jì)騰飛的翅膀，也是單位GDP能耗的參照。“十二五”規(guī)劃綱要要求：非化石能源占一次能源消費(fèi)比重達(dá)到11.4%。單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值能源消耗降低16%，單位國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值二氧化碳排放降低17%。
這些年來(lái)，我國(guó)越來(lái)越重視能量梯級(jí)利用，熱機(jī)技術(shù)趨向發(fā)展的第三階段，即在經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展下與環(huán)境相容協(xié)調(diào)的總能系統(tǒng)，其中將能耗、污染與余熱利用緊密地聯(lián)系在一起。
為此，電力生產(chǎn)從粗放型增長(zhǎng)模式向集約型發(fā)展，以科學(xué)的供給滿足產(chǎn)業(yè)的合理需求;由資源的低效、高消耗轉(zhuǎn)向資源的節(jié)約高效利用。這是電力發(fā)展中質(zhì)的跳躍，是電力發(fā)展模式理念上的自我否定。
(2)動(dòng)力循環(huán)多樣化
1)改變火電技術(shù)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)、綠色火電
整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、富氧燃燒等新技術(shù)具有火電污染物源頭治理的優(yōu)越功能，有利于獲得高純度的二氧化碳，實(shí)施CCS/CCUS的低碳經(jīng)濟(jì)。
天津IGCC 250MW示范工程的取得進(jìn)展，機(jī)組效率41%，煙氣污染物優(yōu)于新標(biāo)準(zhǔn)的排放限值。脫碳采取CCUS銷售模式，同時(shí)在示范電廠建CCS系統(tǒng)，獲取的CO2用于食品業(yè)。
IGCC的多聯(lián)產(chǎn)方式體現(xiàn)資源化的綜合利用。根據(jù)市場(chǎng)的需求，要求深度調(diào)峰，化、電共生，實(shí)現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)，發(fā)電電價(jià)可望在0.70元/kwh。
國(guó)內(nèi)富氧燃燒技術(shù)也正在進(jìn)展中，從小試到35WM的富氧示范項(xiàng)目。該技術(shù)可節(jié)約8~9%的燃料，可獲得煙氣污染物綜合治理的效果，脫硫效率99%、去汞效率99%、CO2純度在95%以上。
2)多元朗肯循環(huán)方式的開(kāi)發(fā)
隨著社會(huì)需求的劇增和自然資源的匱乏，節(jié)能已成為世界性的共同課題。于是，回收各行業(yè)低溫?zé)崃恳饛V泛重視，無(wú)論是熱電冷聯(lián)產(chǎn)，還是二元朗肯循環(huán)發(fā)電，呼聲回響業(yè)內(nèi)。特別在有機(jī)工質(zhì)循環(huán)發(fā)電、熱泵技術(shù)在利用循環(huán)水供暖方面有長(zhǎng)足發(fā)展。
我國(guó)在利用低熱能發(fā)電方面起步較晚，70年代中葉，利用地?zé)峤ǔ裳虬司責(zé)犭姀S;80年代前后用氟利昂作為循環(huán)工質(zhì)回收低熱能。因氟利昂破壞臭氧層的作用而自然淘汰;90年代轉(zhuǎn)入有機(jī)工質(zhì)朗肯循環(huán)的研究，在熱力性研究和應(yīng)用方面取得一定成效，開(kāi)發(fā)低溫?zé)嵩窗l(fā)電、制冷復(fù)合系統(tǒng)等[5] [6];在工質(zhì)選用時(shí)，為減少技術(shù)類熱損失，用非共沸的混合工質(zhì)替代單工質(zhì)，以改善工質(zhì)循環(huán)特性。
但是，大流量回收火電站的低熱能時(shí)有機(jī)工質(zhì)顯得不夠給力，無(wú)法在性價(jià)比上取得優(yōu)勢(shì)。為達(dá)到節(jié)能目標(biāo)，人們的視野從有機(jī)工質(zhì)轉(zhuǎn)向無(wú)機(jī)工質(zhì)。
一種以水和氨的非共沸混合液作為工質(zhì)的新穎熱力循環(huán)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)浮出水面。2009年，國(guó)內(nèi)引進(jìn)卡琳娜循環(huán)技術(shù)，建立試驗(yàn)臺(tái)，開(kāi)展低溫?zé)崮芾玫墓こ萄芯�，為開(kāi)拓適應(yīng)國(guó)情的裝備而探索。
3)非共沸的碳酸汽水工質(zhì)
國(guó)內(nèi)對(duì)CO2工質(zhì)特性的研究也取得很大的進(jìn)展，特別在制冷產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)步入CO2超臨界物性的應(yīng)用領(lǐng)域[8];也有人研究CO2工質(zhì)在火電廠低熱量的發(fā)電應(yīng)用。但對(duì)于碳酸汽水工質(zhì)特性研究還不多見(jiàn)。根據(jù)工質(zhì)性質(zhì)類比法，非共沸的碳酸汽水工質(zhì)在回收電站低熱能發(fā)電中應(yīng)有一席之地，有必要探究碳酸汽水工質(zhì)的傳熱特性以及工程應(yīng)用。
碳酸汽水工質(zhì)與氨水工質(zhì)相比，碳酸汽水是碳酸飲料工藝中碳酸化工序的安全產(chǎn)物，且CO2又具有天然優(yōu)越的屬性，在一定溫度壓力下也具有相當(dāng)?shù)娜芙舛?而氨在大流量應(yīng)用條件下存在泄漏、儲(chǔ)存等不安全性因素，單價(jià)又高，且環(huán)境對(duì)氨的泄漏濃度也有嚴(yán)格限制，客觀上增加其裝備產(chǎn)業(yè)化的風(fēng)險(xiǎn)。
從電廠總能系統(tǒng)考量低品位熱能利用方式，使用低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)的發(fā)電制冷系統(tǒng)，將電廠可利用的熱能按照“梯級(jí)利用、溫度對(duì)口”的原則分布轉(zhuǎn)換，統(tǒng)一使用，包括鍋爐排煙、汽輪機(jī)排汽和汽化潛熱等余熱，集中發(fā)電、制冷或采暖，借此可稱之為余熱島。
從環(huán)保、安全、經(jīng)濟(jì)應(yīng)用及熱工技術(shù)上講，非共沸的無(wú)機(jī)工質(zhì)有著用武之地，只要應(yīng)順環(huán)境條件下的工質(zhì)特性而已。向電廠排放的低溫?zé)嵩匆娔堋⒗淠芎筒膳療崮�，關(guān)鍵取決于創(chuàng)新的理念、熱電冷系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、工質(zhì)及其動(dòng)力循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的合理選定和激勵(lì)政策扶助。如能突破電廠余熱利用的瓶頸，那么余熱利用的產(chǎn)業(yè)鏈一定會(huì)有著相當(dāng)大的發(fā)展空間。
(3)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維的突破
上海外高橋三電廠立足機(jī)組現(xiàn)有條件，充分挖掘設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面的節(jié)能潛力，提出多項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)，取得良好的節(jié)能效果(見(jiàn)表1)。
值得一提的是：
1)困擾國(guó)際發(fā)電行業(yè)多年的管道蒸汽側(cè)氧化皮脫落、爆管以及損傷汽輪機(jī)的問(wèn)題，電廠通過(guò)整體高溫管壁蒸汽氧化和固體顆粒侵蝕的綜合治理，有效防止汽輪機(jī)保有效率的下降;
2)全天候脫硝。該脫硝技術(shù)使低負(fù)荷下省煤器入口水溫提高，使其出口煙溫相應(yīng)回升，解決了低負(fù)荷下煙溫低而只能煙氣旁路的難題，確保SCR在全負(fù)荷范圍內(nèi)處于催化劑的高效區(qū)運(yùn)行，2011年電廠的脫硝系統(tǒng)全年投入率達(dá)98.54%，真正實(shí)現(xiàn)了在節(jié)能前提下的全天候脫硝。最近，正在采用“一種高低位分軸布置的汽輪發(fā)電機(jī)”專利技術(shù)，研發(fā)新一代高效超臨界機(jī)組。根據(jù)SIMENS所做的熱平衡計(jì)算表明，若采用600℃等級(jí)蒸汽參數(shù)及二次再熱，高/低位布置方案，其汽輪發(fā)電機(jī)的熱耗水平相對(duì)目前一次再熱常規(guī)布置方案可再下降5%。若再集成已成熟的節(jié)能創(chuàng)新技術(shù)，機(jī)組凈效率可達(dá)48.5%~49%的劃時(shí)代水平。
電廠對(duì)系統(tǒng)的優(yōu)化改造，為設(shè)計(jì)、制造單位提供了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新思維，要排除迷信，解放思想。在洋為中用的同時(shí)，不要迷信，要結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，敢于實(shí)踐，敢于創(chuàng)新。外高橋三廠的創(chuàng)新精神值得發(fā)揚(yáng)光大!
3. 火電廠污染治理
污染源治理必須是政策、技術(shù)、管理多管齊下的綜合治理。落實(shí)碳交易的政策，有力地推動(dòng)低碳經(jīng)濟(jì)，拓展綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。
(1)煙氣凈化
1)加快常規(guī)火電污染物處理技術(shù)的研發(fā)進(jìn)程，健全火電廠煙氣凈化裝備市場(chǎng)機(jī)制 在火電廠污染物減排進(jìn)程中，環(huán)保部著重“十二五”減排目標(biāo)的控制措施，開(kāi)展前置管理，控制增量，達(dá)到持久的綜合脫硫效率95%，全面加強(qiáng)已建脫硝裝置的運(yùn)行管理，核查核算，綜合確定減排的體系。
新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中，列入大氣細(xì)顆粒物(PM 2.5)等濃度監(jiān)測(cè)限值指標(biāo)。根據(jù)地區(qū)大氣PM2.5污染的季節(jié)特征，提出結(jié)構(gòu)減排、管理減排和工程減排的多污染物協(xié)同減排的科學(xué)防控途徑。*吳妍，《規(guī)劃》六大任務(wù)點(diǎn)亮垃圾處理業(yè)，中國(guó)固廢網(wǎng)
擺在面前的主要問(wèn)題有：
a.需要技術(shù)更新，發(fā)展環(huán)保性能更為先進(jìn)的、適合國(guó)情的垃圾處理裝備;
b.需要市政出臺(tái)實(shí)施垃圾分類及配套的可操作措施;
c.需要垃圾處理、處置地區(qū)居民的理解和配合，增加互信，處理好建設(shè)與地區(qū)環(huán)保的關(guān)系。
垃圾處理是社會(huì)性的公益事業(yè)，必須要以人為本，將城鎮(zhèn)環(huán)保與住民的民生結(jié)合起來(lái)，通過(guò)市政政策，實(shí)施垃圾分類管理、履行建設(shè)項(xiàng)目規(guī)定程序、邀請(qǐng)民眾代表參與，用數(shù)據(jù)和實(shí)例說(shuō)明，提高項(xiàng)目的透明度;同時(shí)，明確業(yè)主責(zé)任，公開(kāi)主管部門及環(huán)保檢測(cè)單位的監(jiān)督和測(cè)試數(shù)據(jù)，及時(shí)溝通地方民意代表，包括普及科普知識(shí)等。在這個(gè)關(guān)系民生的建設(shè)項(xiàng)目中群發(fā)事件折射著現(xiàn)實(shí)管理誠(chéng)信的缺乏和管理上的錯(cuò)位。
我們的著眼點(diǎn)在于現(xiàn)有垃圾焚燒裝備和發(fā)電系統(tǒng)的創(chuàng)新，在于現(xiàn)有基礎(chǔ)上升級(jí)換代�？梢哉f(shuō)，垃圾摻煤混燒是不得已而為之。擴(kuò)大爐排爐焚燒設(shè)備的處理容量對(duì)于低熱值垃圾有利也有弊。有利的是爐內(nèi)的熱強(qiáng)度提高，冷卻面積相對(duì)小了，穩(wěn)定爐膛較高的燃燒溫度;可是爐排面積加大，要求垃圾與燃燒空氣混合均勻度及污染物的控制更為嚴(yán)格。由于有毒氣體微量，在線檢測(cè)不易以及重金屬的有毒灰分無(wú)害化處理，客觀上要求改進(jìn)垃圾的處理方式。
先進(jìn)的垃圾處理，比如處理干垃圾的有干餾法、氣化熱解法、等離子法等，處理濕垃圾如廚余、生物質(zhì)垃圾有生化處理法等。目前，這些處理技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模小，相對(duì)造價(jià)高，以致影響產(chǎn)業(yè)化;但是，其裝備環(huán)保性甚佳，值得工程示范推廣，以降低建設(shè)投資和運(yùn)行成本，也更容易被社會(huì)接受，融洽社會(huì)關(guān)系。
(3)廢污水零排放處理
電廠是用水大戶，除大量沖灰渣水、水處理廢水外，冷卻塔的水耗相當(dāng)驚人，必須節(jié)約用水。多年來(lái)，電廠應(yīng)用廢污水處理回用技術(shù)卓有成效，幾乎達(dá)到廢污水“零排放”。那么，電廠還有節(jié)水的潛力嗎?
回答是肯定的。這就是提高熱能利用率，積極開(kāi)發(fā)火電低溫低壓資源的利用技術(shù)，降低冷卻塔的水耗損失，減少熱污染，讓更多的水留給農(nóng)田或地區(qū)綠化。
(4)綜合利用
常規(guī)電廠一直是以發(fā)電、供熱為主業(yè)，不錯(cuò)，在計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代是如此�？墒�，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越感到電廠有著豐富的資源，“三廢”資源可以再生產(chǎn)，賦予商品的屬性，既節(jié)約資源又增加收入。例如七十年代煤灰制磚，嘗試回收飛灰中稀有元素;九十年代后脫硫的二水硫酸鈣做成建筑材料，利用熱泵回收循環(huán)水低熱能技術(shù)為居民社區(qū)供暖等，使電廠業(yè)務(wù)成為一主多輔，擴(kuò)大收入來(lái)源。對(duì)于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電廠，化工副產(chǎn)品更多，若能在體制上拓寬管理思路，那么一條循環(huán)經(jīng)濟(jì)的產(chǎn)業(yè)鏈就形成了，這種新穎管理必將使企業(yè)盈利最大化。
4. 幾點(diǎn)體會(huì)
由此可見(jiàn)，火電廠的節(jié)能環(huán)保前景誘人，關(guān)鍵在于應(yīng)用科學(xué)發(fā)展觀的原理創(chuàng)新節(jié)能環(huán)保技術(shù)、改革不適應(yīng)的體制結(jié)構(gòu)。歸納如下：
(1)科學(xué)發(fā)展觀是解放思想，指導(dǎo)各行業(yè)包括節(jié)能降耗、促進(jìn)電力科學(xué)發(fā)展的銳利武器。
(2)節(jié)能環(huán)保必須以人為本。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)程中將發(fā)揮企業(yè)員工最大的積極性和創(chuàng)造力，加快實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)在可持續(xù)發(fā)展下與環(huán)境相容協(xié)調(diào)的總能系統(tǒng)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)。
(3)電力技術(shù)的創(chuàng)新是綜合應(yīng)用多學(xué)科知識(shí)的結(jié)晶，體現(xiàn)著運(yùn)用科學(xué)知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合的不斷探索�，F(xiàn)有熱機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化改造以及低熱量利用技術(shù)的發(fā)展，反映著實(shí)踐是認(rèn)識(shí)事物的第一性，也是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必然。
(4)電廠污染源的治理要充分利用資源，改革不合理的體制結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)、近零排放，獲取企業(yè)最大經(jīng)濟(jì)效益。
(5)政府的節(jié)能環(huán)保配套政策以及垃圾發(fā)電廠建設(shè)項(xiàng)目的市場(chǎng)運(yùn)作都要體現(xiàn)民生、民意，提高透明度和可操作性。
脫硝是 “十二五”期間煙氣凈化監(jiān)管的重點(diǎn)。前期的脫硝實(shí)踐為執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)脫硝排放限值奠定了基礎(chǔ)�！笆濉逼陂g新建和改造項(xiàng)目的火電廠將進(jìn)入煙氣脫硫脫硝脫汞一體化的高潮期，為我們企業(yè)帶來(lái)巨大商機(jī)。
為此，政府主管部門應(yīng)吸取脫硫市場(chǎng)建設(shè)方面的教訓(xùn)，調(diào)動(dòng)產(chǎn)學(xué)研以及各協(xié)會(huì)團(tuán)體的積極性，在市場(chǎng)機(jī)制上下功夫，構(gòu)建分工、合作、考核、后評(píng)估的多功能一體化的市場(chǎng)機(jī)制，增加透明度，防止惡性競(jìng)爭(zhēng)亂象再現(xiàn)。
(2)固廢處理
我國(guó)城市化正在進(jìn)行中，垃圾日產(chǎn)出量以及垃圾存量相當(dāng)巨大，垃圾“圍城”不斷威脅著環(huán)境的安全和居民的健康。然而，城市垃圾的消納現(xiàn)狀，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上減量化、無(wú)害化、資源化的處理、處置要求(表3)，雖然國(guó)產(chǎn)垃圾焚燒爐形成系列產(chǎn)品，推出單臺(tái)機(jī)組最大垃圾日處理量800t/d不等。
為此政府推出《“十二五”全國(guó)城鎮(zhèn)生活垃圾無(wú)害化處理設(shè)施建設(shè)規(guī)劃》。據(jù)有人測(cè)算，到2015年，為達(dá)標(biāo)焚燒處理垃圾，我國(guó)的垃圾焚燒發(fā)電廠還需建設(shè)380余座。
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