火电厂脱硫存在问题及工艺选择方法探讨.pdf

上 海 电力 2 0 0 8 年第 3 期 火电厂脱硫存在问题及工艺选择方法探讨 石 在 玉 山东省迪尔集 团有 限公司 ， 山东济 宁2 7 2 0 0 0 摘要 我国火电厂的烟气脱硫技术发展迅速 ， 但也存在 如老机组 脱硫建设缓 慢和运行 效率低等 问题 。文章 分析 了我 国火 电厂脱硫项 目存在 的主要问题 ， 总结了专家咨询法 、 特尔 菲法、 模糊评价法 、 层次分析法、 灰色综 合评价法 和熵权评价法 等常用 的脱硫工艺选择方法 。提 出模糊层 次分 析法用于脱硫 工艺选择较为合理 ， 火 电 厂可 以利用该优选方法并结合 自身情况科学合理地进行脱硫 工艺方案 的选择 。 关键词 火电厂 ； 脱硫 ； 工艺 优选 ； 模糊层次分析法 中田分类号 X7 7 3 ； T K 2 8 文献标识码 B ’ 二 氧化硫 是 我 国 主要 大 气 污染 物 之 一 ， 排 放 量居全球首位 ， 由此造成 的酸雨区面积 占国土面 积的三分之一 ， 而火电厂燃煤又是二氧化硫排放 的 主要来 源 [ 】 ] ，2 0 0 0年 ， 火 电排 放 的 二氧 化硫 约 占全 国排 放 总 量 的 5 O [ 2 ] 。二 氧 化 硫 的超 额 排 放每年给国家造成 的直接经济损失达 1 1 0 0亿元 以上 ， 并 且呈 逐 年 提 高 趋势 [ 3 ] 。随 着 我 国环 保 法 规 的逐渐严格 ， 大部分新建燃煤 电厂要求必须 同 时上 脱硫 装置 ， 很 多 已运行 的 电厂 也要 加 装 脱 硫 装置。根据国家发改委的信息， 预计到 2 0 1 0 年全 国需 要 安装 烟 气 脱硫 装 置 的 机组 约 1 8 0台 ， 装 机 容量为 4 4 0 0 0 Mw ， 在未来 十年 内， 有 3亿 k W 装机 的烟 气脱硫 装置 投人运 行 。 1 火 电厂 脱硫技术发展概况 火 电 厂烟气脱 硫业 在西 方发 达 国家 已经 走过 了 4 O多年 的 历 程 ， 研 究 开 发 的 烟气 脱 硫 技 术 达 2 0 0多种 ， 但 实 际应用 的不 到 2 O种 。有 的 技术 已 经成熟 ， 达到大规模商业化应用的水平 ， 有的技术 较 为成熟 ， 有示 范 工程 ， 有 的尚处 于研究 阶段 。 目 前火 电厂应 用 较为 广泛 的烟气 脱硫 工艺有 以下几 种 石灰石／ 石膏湿法 、 海水脱硫法、 喷雾干燥法、 循环 流化床 工艺 、 炉 内喷钙 法 、 炉 内喷钙尾 部烟气 增湿活化法、 电子束法、 双碱法 、 氨水洗涤法 、 活性 炭吸附法等 ] 。火 电厂脱硫工艺还有很多其它的 方法 已应用于如氯碱／ 硫酸钠法烟气脱硫技术、 荷 电式 吸 收剂 喷射 法 等 ， 另 外还 有很 多正 在 开 发研 究 中 。 从 6 O年代初 ， 我国就己开始火 电厂烟气脱硫 技术的研究 ， 并在 7 O年代以后 ， 先后进行 了多种 一 2 3 8一 不 同规模 和工 艺 的脱 硫 项 目试验 研 究 ， 并 取得 了 一 些阶段性的研究成果。9 O年代以来 ， 我国火 电 厂 治理 的力 度不 断 加 大 ， 先 后 引进 了 一批 烟 气 脱 硫工艺作为示范项 目。“ 十五” 期间， 在 国民经济 和社会发展的第十个五年计划纲要 和 国家环境 保 护“ 十五” 计 划 对 二 氧 化 硫 排放 削 减 指 标 要 求 下 ， 促进 了火 电厂烟 气脱 硫技 术 的发展 。 2火 电厂脱硫存在 问题 “ 十五” 期间， 在经历最初两年的下降以后， 从 2 0 0 3年开始， 燃煤消耗大增 ， 电能需求增加。到 2 0 0 5年底， 二氧化硫排放 总量不 降反升， 达到 了 2 5 4 9万 t ， 比 2 0 0 0年 增加 了 2 7 ． 8 。其 中火 电 排 放 1 2 0 0多万 t ， 约 占 5 O 。出现这 种现 象 的一 个重要原因是 火 电厂脱硫项 目建设滞后 于总量 控制要求 。“ 十五” 期 间， 火电行业 的脱硫改造等 重 点工程 项 目进展 不理 想 ， 计 划 要求 削减 1 0 5万 t 二氧 化硫 的任 务 只完成 约 7 O ％ ， 脱 硫 项 目的安 排 大大滞后于总量控制 目标的需求 。由于脱硫工作 缺乏资金和政策支持 ， 造成 老机组脱硫建设缓 慢 和运行效率低下 。 对发 电机组 上脱 硫项 目， 减少 有害 气体 排放 ， 国家有关部门一直非常重视， 作为二氧化硫排放 大户的火电厂也一直是环 保部 门重点监 控的对 象 ， 全 国有 3 0 0多家 发 电企业 都 在 环 保 部 门 的监 控之列。火 电厂对治理二 氧化硫也持积极 的态 度 ， 但脱 硫项 目一 直进行 得 不理 想 ， 究 其原 因 主要 在 以下 3个方 面 。 1 资金 不足 火 电厂上脱硫项 目初始投 资大， 主要 原因是 维普资讯 2 0 0 8 年第3 期 上 海 电力 核心 技术 、 关 键设 备 依靠 进 口。一 般来 说 ， 上脱 硫 项 目的 2 O 启动资金要企业 自筹 。其余 的 8 O 除可 以争取 很少 的一 部 分 国家 环保 补 助金 外 ， 大 部分需要向银行贷款 ， 而这部分贷款的本金和利 息最后 都要 发 电企业 自己来 承担 。发 电企 业上 脱 硫项 目， 必然增加生产成本， 大约每千瓦时电量增 加 0 ． O 6 ～O ． 0 9 元 的费用 。按 照价 值规律 ， 这部分 增 加 的生产 费用 应该 在上 网 电价 中体现 出来 。如 果 上脱 硫项 目的所有 费用 都要 发 电企业 来 消化 和 负担 ， 这对 上脱硫 项 目的发 电企业来 说 ， 显 然有 失 公 平 。 2 运行 负担 火 电厂 上脱 硫 项 目后 ， 发 电 机组 需 要 不 断增 加后续资金 ， 主要用于石灰石或石膏的运输储存 ， 脱 硫废 水装 置 的处理 ， 大 型设备 运 行 ， 电厂 增加 了 很 重 的运行 负担 。主 要 体 现 在 增 加 3 的 用 电 、 2 O名运行 人 员 、 采 购 脱 硫 用 脱 硫 剂 石 灰 石 、 增 加 用水量 。由于脱硫 系统大部分介质有腐蚀性 ， 加 快 了设 备 的折 旧和部 分零 部件 的更 换 。 山东省 是全 国二 氧 化 硫 排放 量 最 大 的省 份 ， 山东省 物价 局课题 组 对 山东省 三个 电厂 脱硫 工程 运 行成 本 的调查 结果 [ 5 ] 如表 1 所 示 。 表 1 山东省火电厂不同机组烟气脱硫成本构成 济宁新机组 黄台老机组 潍坊老机组 老机组改 成本构成 2 x1 3 5MW 2 x 3 0 0MW 2 X 3 0 o MW 综合水平 年耗石灰石／ 万元 3 0 1 3 4 5 4 5 0 7 9 5 年增耗燃煤／ 万元 5 6 1 9 1 9 年增耗燃油／ 万元 l 1 4 年增耗净水／ 万元 9 6 3 8 1 3 4 年增耗厂屯／ 万元 7 2 2 】 7 5 8 】 3 7 8 3 1 3 6 年增折旧费／ 万元 4 2 6 2 5 0 3 2 3 5 3 4 8 5 6 年增维修费／ 万元 3 0 0 9 3 4 7 3 9 1 6 7 3 年增利息费／ 万元 9 0 3 8 8 9 9 1 年增人工费／ 万元 2 l 1 1 0 0 3 l 1 年发电量／ 亿 k W h 1 3 ． 2 3 0 3 0 6 0 发电成本／ 元 k W h 一 0 ． 0 2 3 6 0 0 ． 2 7 1 5 上网电价／ 元 k W h 一 0 ． 0 3 2 0 9 0 ． 2 4 2 9 0 ． 3 0 61 0 ． 2 8 8 8 年脱硫增支／ 万元 组 1 9 1 9 6 7 5 0 5 1 6 5 l 1 9 1 5 脱硫成本／ 元 k W h 一 0 ． 0 1 4 5 0 ． 0 2 2 5 0 ． 0 1 7 2 0 ． 0 1 9 9 3 场 地 问 题 对 于老 机组设 计 之 初 没 有 考 虑 脱 硫 改 造 ， 没 有预留改建场地 ， 因此老机组改造项 目普遍存在 场地限制问题 。为 了迁就场地条件 ， 多数 厂家不 得不选 择相 形见 绌 的脱硫 工艺 和装 置 。老机 组 的 改造需要单独增设人员编制和场地拆迁费用 。与 此同时 ， 老机组改造还应根据 主机运行的剩余 寿 命 ， 计算配套烟气脱硫新增装置的折旧年限， 加速 了计提资产折旧。 我 国的脱硫产业虽经长期准备 ， 但发展缓慢 ， 而近期发展又过于迅猛。随着脱硫产业的迅速发 展 ， 一批从事脱硫的环保公司如雨后春笋般诞生 ， 环保工程公 司、 厂商、 大学、 研究所以及其他主体 都进 入 脱硫 市场 。 目前整 个 烟气脱 硫产 业化 存在 的问题 主要 表现 在 脱 硫 市 场 化 发 展 滞后 于市 场 需求； 引进脱硫技术与掌握脱硫技术之间还有较 大差 距； 关 键设 备 的 国产化 应用仍 没有 大 的突 破 [ 6 ； 缺乏 系统 性 的脱硫 工 程设 计 、 制造 、 工 艺 、 安 装 、 调试 、 验收标准 、 规范 ； 重复 、 盲 目引进脱硫技 术 ； 脱 硫公 司技 术 水 平参 差 不 齐 ； 脱 场无 序 、 低 价 竞争； 脱硫设备与机组 同步投运率不高 ， 投运后存 在诸多问题 ； 石灰石供应的潜在问题等。 3脱硫 工艺选 择方法 基 于上 述火 电厂 脱 硫存 在 的 问题 可 以发 现 ， 选择 合 适 的脱 硫 工艺 是非 常重 要 的 。由于不 同 的 烟气脱硫工艺投资、 运行费用 、 可靠性方面有很大 的差异 ， 脱硫工艺的选择一直是烟气脱硫技术研 究 的热 点和难 点 之 一 ， 下 面 介 绍 各 种脱 硫 工 艺 优 选方 法 。 1 专 家会 议 法 专 家会议 法 就 是组 织 有 关 方 面 的 专 家 ， 通 过 会议的形式 ， 对方案进行判断的基础上 ， 综合专家 意见， 得 出最终 确定的最优方案 ， 包括头脑风暴 法 、 交锋 式会 议 法 和 混 合 式会 议法 三 种 形 式 。专 家会议法可以综合专家各方面的观点、 多角度 、 多 层次地概括 、 预测方案的多种 特征 。但是它也有 明显 的 缺点 ， 往 往 受 广 度 以及 对 评 价 问题 的认 识 程度等个人因素 的影响 ， 且容易受 到心理 因素的 干扰 。 2 特 尔菲法 特尔 菲法 是美 国 兰德 公 司于 1 9 6 4年 首 先应 用于决策领域的。它是请一批有经验的专家对如 何确定权重发表意见 ， 然后 用统计平均方法估算 出各 目标 的权 重值 。特 尔菲 法避 免 了专 家会 议法 的许 多 弊 病 ， 具 有 匿 名 性 、 反 馈 性 、 收 敛 性 、 广 泛 性 ， 便于各专家独立思考和判断 ， 低成本实现集思 广益 ， 有利于探索性解决 问题 ， 但也存在缺少思想 沟通 和交 流 、 易 忽视 少数 人意 见 、 存 在组织 者主 观 2 3 9 维普资讯 上 海 电力 2 0 0 8 年第 3 期 影 响的缺 点 。 3 模糊 评价 法 模 糊评 价法 是在层 次分 析法 和灰 色关联 分析 法的基础上发展起来的， 以现代决策理论 、 信息论 和系统方法论等软科学为基础 ， 将软科学研究人 员 与领域 专家 、 定性 分析 与定量 分析 、 经验 决策 与 计算机辅助决策融为一体的评价和决策方法。它 以模 糊集合 论 为基础 ， 将评 价 目标树 、 特尔 菲法 和 模糊 矩阵 的合成 运 算 融 为 一体 的技 术 评 价方 法 。 它以评价 目标树 的建立为前提 ， 通过特尔菲法对 模 糊环境 中的模 糊信 息 量 化 ， 并 通 过 模糊 矩 阵 的 合 成运 算 ， 将 量化 的无 序 的原 始 数 据 转变 为 有 序 的、 规 律性 强 的生 成 数据 ， 以 达到 评判 、 模 糊 决 策 的 目的 ， 即根据 已知 的权 分 配 矩 阵 和单 因素 评 价 矩阵求出综合评价结果的过程 j 。文献[ 8 ] 用该 方法 对 石灰 石 ／ 石 膏湿 法 烟 气脱 硫 工 艺进 行 了评 判 。 4 层 次 分 析 法 层次 分析 法 An a l y t i c Hi e r a r c h y P r o c e s s 简 称 AHP 由美 国运 筹学 家 、 匹兹堡 大学 教授 S a a t y 在 2 0世纪 7 0年代中期提出， 它模拟 了人脑通过 比较 、 分 解 和 综 合 来 分 析 解 决 问题 的思 考 过 程 。 它把决 策问 题按 总 目标 、 各 层子 目标 、 评 价准 则直 至具体 的 备 选 方 案 的顺 序 分 解 为 不 同 的 层 次 结 构 ， 通过 层 与层 间 比较 的 方式 确 定 层 次 中诸 因素 的相对重 要性 ， 然 后 利 用求 出判 断 矩 阵特 征 向量 的方 法 ， 求 得每 一 层 次 的各 元 素 对 上一 层 次 某元 素 的优 先权 重 ， 最后 再用 加 权 和 方法 递 阶 回归求 出各备选方案对总 目标的权重 ， 此最终权重值最 大者即为最优方案 。文献[ 1 0 ] 用此种方法用于 火 电厂 脱硫 工艺 的选择 。 5 灰 色综 合评 价法 灰色 综合 评价 方法 是基 于灰 色系统 的理论 和 方法 ， 即对 某个 系 统 或 所属 因子 在 某一 所 处 的状 态 ， 针 对 预定 目标 ， 通 过 系统 分 析 ， 做 出一 种 半定 性半定量的评价与描述法。文献[ 1 1 ] 提出了燃煤 电厂烟 气脱硫 技 术 的 灰色 综 合 评 价方 法 ， 根 据 灰 色 系统理 论 的 原 理 ， 采 用 灰 色综 合评 价方 法 对 5 种石灰石／ 石膏湿法烟气脱硫技术进行了评价 ， 并 根据最大关联度原则得出评价结果 。国外很少应 用 灰色 系统 理论 进行 方案 的选择 。 6 熵 权评 价 法 “ 熵 ” 一词 源 自希腊语 ， 表示容 量 的变化 ， 1 8 6 5 240一 年 由德 国物 理 学 家 克 劳 修 斯 在 研 究 热 循 环 时创 立 。用 “ 熵” 表 示 一 个物 质 中能 量 衰竭 的量 度 ， 通 过对熵 的计算来 预测 在一 组 给定条 件下 系统 处于 什么状 态 。熵像 其 它描 述 系 统 状 态 的 函数 一 样 ， 在系统 处 于某一 状态 时 ， 它具有 确定 的值 ， 它 的量 值 由处 于一 定热 力 学 状 态 的 物质 的量 所 决 定 的 。 根 据熵 的概 念和 性 质 ， 把 多 属 性决 策 评 价 各 待 选 方案 的 固有信 息 和决策 者经 验判 断 的主观信 息加 以量化和综合 ， 进而建立评价模型 ， 为多属性决策 提供依据 。文献[ 1 2 ] 提出了熵权评价模型及其在 烟 气 脱硫 方案选 择 中的应 用 。 4 结 语 对 现有燃 煤 电厂 二 氧化 硫 治 理 是 实现 国 民 经济 和社 会发 展第 十一 个 五年 规 划 纲要 _ l 。 提 出 的二 氧化 硫 总 量 削 减 l 0 的约 束 性 目标 的关 键 措 施 。为 了确 保 目标 的实 现 ， 必 须 要 解 决脱 硫 项 目中存 在 的大量 问题 。而通过 优选评 价 方法选 取 合 适 的脱硫 工 艺 ， 在解 决 上 述 问题 中具 有 重 要 意 义 。 相对 专 家会议 法 和特 尔 菲 法 ， 其 它 四种 方 法 克 服 了定 性 分析 的弊端 ， 而采 用定 性 、 定 量相结 合 的评 价技 术 ， 并 将定 性指 标定 量表示 ， 力求 评价结 果具 有科 学性 和可 信性 。但上 述 评价 方法 中人 的 主观性 和 随意性 仍 然 占很 大 的 比例 ， 评 价 方法 的 科 学性 、 可 信性 、 实用 性 、 可靠 性 有 待 提 高 。综 上 所 述 ， 笔 者认 为 采用 模 糊 评 价 法 和 层次 分 析 法 相 结 合 的模 糊层 次 分析 法 F u z z y AHP 用 于脱硫 工 艺 选 择 是 比较 合理 的 。F u z z y AHP是 模 糊 评 价 法 和层次 分析 法 的集 成 ， 将 评 价指 标 分 成 递 阶 层 次结 构 ， 运 用 层次 分 析 法 确定 脱 硫 工 艺 选 择 过 程 中各 因素 脱硫 技术 的 可靠 性 _ 】 、 燃 煤 的 含硫 量 、 环保要 求 、 设备 投资 、 运 行 和维 护 费 用 、 脱硫 剂 来 源 、 周 边 环境 资源 、 新 建 电厂 或 老 电厂 改造 的 权 重值 ， 然后 分层 次进 行模糊 综 合评 判 ， 最 后综 合 得 出总 的评 判结果 。该 方法 汲取模 糊 评价 法 和层 次分 析法 的优 点 ， 克服 了彼此 的不 足之 处 。 参考文献 [ 1 ] 白建华 ， 付蓉 ， 辛颂旭， 等． 我国燃煤 电厂 布局与大气环境 资 源优化利用关系研究[ J ] ． 中国电力 ， 2 0 0 7 ， 4 0 1 1 1 5 - l 9 ． [ 2 ] 杨柳 ， 王世和， 王小 明， 等． 火 电厂烟气脱硫项 目后 评价方法 研究[ J ] ． 中国电力 ， 2 0 0 6． 3 9 2 7 0 7 3 ． [ 3 ] 陶雷行． 吕敬友 ， 陈洪涛． 烟 气脱硫 的_ I 二 艺选择 及因素 分析 n] ． J z 海 电 ． 力 ， 2 0 0 6 ， 5 4 5 2 4 5 8 ． 维普资讯 2 0 0 8 年第3 期 上 海 电力 能效 电厂在节能减排中的应用 曹 亮 上海市 电力公 司 调度通信 中心 ， 上海2 0 0 1 2 2 摘要 能效 电厂是一种虚 拟电厂 ， 靠节约 电量来 满足同样 的需求 ， 提 供一套打包实施 的具体 能效方案 建造 能效 电厂作 为有 效的需求侧管理手段 ， 可为电力公 司提供相 当于 常规 电厂装 机容量 和发电量 的电力服务 ， 这 种 服务 以更快捷 的速度 、 更低 的成 本和更清洁 的方式提供 ， 具有较高 的成本效益 和环境 效益。 关键词 能效 电厂 ； 节能减排 ； 需求 侧管理 ； 虚 拟电厂 中图分 类号 T K0 1 8 文献标识 码 B 1 引 言 节 能减 排是 调 整 经 济 结 构 、 转 变 增 长 方 式 的 突破 口。就 电厂 而言 ， 可 以通 过改 造机 组 、 增 加 脱 硫装置、 降低煤耗等手段； 就电网而言 ， 可 以通过 优化潮流分布来降低线损 。电网调度还可在保障 电网安 全 的前提 下 ， 根 据 电 厂煤 耗 率 的不 同 ， 实 施 3次调频 等手 段 ， 在 需求 侧 实 现 节能 目标 ， 比如 说 能效 电厂 。 2 能效 电厂 为解 决缺 电 问题 ， 以往 按 照 传 统思 路 兴 建 电 厂， 增加 电力供应 ， 但建厂周期长难解近渴 ， 还带 来 资源 耗 费等 问 题 。现 在 ， 可 以通 过 建 立 能效 电 厂减少 用户 电力 消 耗 需 求 ， 这 是 节 能 减 排 的 一项 新举措 。能 效 电厂相 比于传统 电 厂 的最 大特 点 是 具有可复制性 ， 一旦机制建立， 再实施非常简便 ， 其 他地 区 可 以成 片 复制 ， 便 于推广 ， 这 就远 比大 规 模建设 电厂节约， 还缓解了传统建 厂发 电带来 的 建 设周 期 、 生产 成本 、 环境 污 染等 问题 。 常规电厂靠提供 电量来满足需求 ， 而能效 电 厂是一种虚拟电厂， 靠节约电量来满足 同样的需 求 ， 提供一套打包实施的具体能效方案 ， 作为需求 侧 管理 的一 种手 段 。一 个 能效 电 厂节 电 1 k W h ， 将 不消 耗 任 何 燃 料 、 不 排 放 任 何 污 染 、 需 要 的 成 本约 为 0 ． 1 0 元 。如果 有适 当的财政 政策 ， 能效 电 厂 的 融 资 和 成 本 回 收 与 一 个 常 规 电 厂 非 常 类 似 。 3 实例 分析 以江 苏省 的能 效 电厂 为 例 ， 相 关 政府 部 门 和 国家电网公司需求侧管理指导 中心的专家合作 ， [ 4 ] 刘海滨． 黄桷庄发电厂烟气脱硫技术[ J ] ． 电力科学 与工程 ， 2 0 0 7， 2 3 5 6 9 - 71 ， 7 9 ． [ 5 ] 山东省物价 局课 题组． 山东省火电厂烟 气脱硫成本 典型案 例分析[ J ] ． 中国物价 ， 2 0 0 5 8 5 0 - 5 3 ． [ 6 ] 王志轩． 潘荔． 我国火电厂烟气脱硫产业化发展 建议[ J ] ． 环 境科学研究． 2 0 0 5 4 5 1 - 5 4 ． [ 7 ]D a n i e l P L o u c k s ， J o h n S Gl a d we l 1 ．S u s t a i n a b i l i t y Cr i t e r i a f o r Wa t e r Re s o u r c e s S y s t e m [ M] ． L o n d o n C a mb e r i d g e U n i v e r s i t y Pr e s s ，1 9 9 1 ． 2 4 1 2 6 ． [ 8 ] 赵值健 ， 仲兆平 ， 金保 升， 等． 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