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火电行业清洁生产实践 * 张时佳于宏兵耿丽娟汪启年 南开大学环境科学与工程学院， 天津 300071 摘要 火电行业作为清洁能源生产单位的同时， 也是消耗一次能源及产生、 排放污染物的大户。以某火力发电厂的清 洁生产审核工作为例， 并结合火电行业的生产特点， 阐述该行业在原辅材料、 能源、 工艺设备及废弃物产生等方面的清 洁生产潜力， 对火力发电行业节能减排工作的开展起到借鉴作用。 关键词 火电行业; 清洁生产; 节能减排 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201403033 CLEANEＲ PＲODUCTION PＲACTICE OF THEＲMAL POWEＲ INDUSTＲY Zhang ShijiaYu HongbingGeng LijuanWang Qinian School of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China AbstractAs clean energy production units，thermal power industry is also an industry with high consumption of energy and heavy pollution． Taking the cleaner production audits of a thermal power plant for example，and combined with the characteristics of the thermal power industry，it was expounded the cleaner production potential of thermal power industry on raw and auxiliary materials，energy，technology and equipment，waste generation and other aspects． It can also provide reference for the thermal power industry to save energy and reduce emission． Keywordsthermal power industry;cleaner production;energy saving and emission reduction * 国家科技重大专项子课题 2012ZX07501002 －001 。 收稿日期 2013 －05 －09 0引言 火力发电厂作为国民经济和社会发展的基础， 每 年都向社会输送源源不断的电力， 不仅消耗着大量的 煤炭和水资源， 而且带来了严重的环境污染问题。因 此， 有必要在全国范围内推广学习先进火电厂近年来 推行清洁生产积累的经验， 在广泛实践的基础上， 对 存在的问题提出相应的整改措施， 不断提高火电厂实 施清洁生产的水平。 1火电行业清洁生产开展状况 清沽生产将整体预防的环境战略持续应用于生 产过程、 产品和服务中， 从源头削减能源、 资源的消耗 和污染物的产生， 以达到“节能、 降耗、 减污、 增效” 的 目的， 为企业的低碳发展打下基础［1- 2 ］。 我国电力行业发展迅速， 截至 2011 年 12 月， 我 国整体装机容量已经达到 10. 5 1012W， 其中火电占 72。在国家发改委和国家环保部的推动下， 很多火 力发电企业非常重视清洁生产审核工作的开展， 并按 照清洁生产的原理， 从节约和降低煤炭、 水资源的消 耗， 减少污染物的排放出发， 对企业的生产全过程进 行审核， 从原材料选用、 资源利用、 污染物产生、 产品 的生产到产品的最终处置等方面展开实测与分析， 提 出并实施了一系列无低费方案和中高费方案， 使企业 取得了显著的社会、 环境和经济效益。 2火电行业的清洁生产潜力 2. 1原辅材料和能源方面 火力发电厂既是二次能源的生产部门， 同样也是 一次能源的消耗单位。根据中电联统计信息部发布 的 2011 年 111 月份全国电力工业生产简况 可 知， 2011 年全国供电煤耗平均值是 329 g/ kWh ， 由于单位煤耗是发电成本的主要因素， 所以为了提高 企业的竞争能力， 节能降耗就成了各发电企业扭亏为 盈的紧迫任务。 降低供电煤耗的方法一般有 优化煤仓设置， 提 高给煤效率; 采用高热值、 高挥发分的煤种， 使机组燃 931 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 烧稳定， 发电效率提高， 从而降低发电煤耗; 配合煤质 在线监测系统， 根据煤质的变化合理配气， 提高锅炉 燃烧效率; 加强阀门管理以降低内、 外漏; 优化机组及 相关辅机设备; 减少发电厂设备用电率等方法。 电厂在发电的同时自身也消耗一定的电力， 一般 火力发电厂的耗能设备有 给水泵、 循环泵、 磨煤机、 引风机、 送风机、 除盐泵、 脱硫除尘装置以及其他辅机 等。发电企业自身耗电情况一般用厂自用电率来表 示， 它是衡量发电企业节能降耗成效的一个重要生产 技术指标。造成厂自用电偏高的原因有机组负荷过 低、 大型电机没有安装变频、 机组运行故障频繁起停、 采用不节能的照明设施等。 降低电厂自用电率的方法主要有 为大型用电器 安装变频， 比如循环水泵和除盐水泵; 及时进行设备 检修， 防止出现跑冒滴漏和堵塞; 采用节能灯具等。 2. 2技术工艺及设备方面 火力发电厂的主要生产系统包括汽水系统、 燃烧 系统及电气系统， 主要生产工艺如下 进入炉膛燃烧， 将锅炉中的水蒸发为过热蒸汽， 过热蒸汽通过蒸汽管 道进入汽轮机并推动汽轮机做功， 将内能转化为机械 能， 汽轮机转动后， 带动发电机转动发电。发电厂发 出的电除厂自用部分外， 由主变压器升高电压后经高 压配电装置和输电线路向外供电。电厂自用部分由 电厂用变压器降低电压后， 经厂用配电装置和电缆供 厂内各种辅机及照明等使用。 2. 3污染物方面 火力发电厂排放污染物主要也分为废气、 废水、 废渣。在清洁生产的进行中， 一方面要在源头控制污 染的产生， 减少排污量; 另一方面， 在末端治理上推广 新技术并对 “三废” 进行资源化处理［3 ］。 2. 3. 1废气的产生与治理 在大气污染物排放方面， 火力发电厂有锅炉烟 气、 煤厂装卸烟尘、 磨煤制粉以及破碎运转中的煤尘 和贮灰场这些污染源， 其中主要的污染源是锅炉烟 气， 其主要污染物为 SO2、 NOX、 烟尘。对于 2012 年 1 月 1 日之前获得环评复批的现役机组而言， 其目前大 气污染物排放应满足 GB 132232003火力发电厂 大气污染物排放标准 的最高允许排放浓度的要求; 其在 2014 年 1 月 1 日后的大气污染物排放和 2012 年 1 月 1 日之后获得环评复批的新建机组相同， 应满 足 GB 132232011火力发电厂大气污染物排放标 准 的最高允许排放浓度的要求。 2. 3. 2废水的产生与治理 火力发电厂的废水主要来源为输煤系统冲洗废 水、 厂房冲洗排水、 主厂房杂用水、 地面冲洗水、 辅机 冷却水排水、 化学水处理设备反冲洗排水、 取样间排 水、 除油后的含油污水、 经过中和处理的锅炉清洗废 水、 脱硫排水及生活污水等， 所有废水经处理后均应 满足 GB 89781996污水综合排放标准 一级标准 的要求。经处理后达标的废水可以全部回用于循环 水补充水、 输煤系统冲洗用水， 以节约水资源。 2. 3. 3废渣的产生与治理 电厂煤炭在装卸、 储运过程中会产生一定量的粉 尘污染。此外， 火力发电厂的固体废弃物主要为燃煤 产生的粉煤灰、 灰渣以及脱硫产生的石膏。国内锅炉 灰渣的综合利用方式有 建筑材料生产 如制砖、 制 水泥和轻型墙体材料等 、 化肥生产 钙镁磷肥 或土 壤改良、 水质净化 如改性后作为水质絮凝剂或直接 可用作过滤介质 以及用作工程回填土等方面［4 ］。 为了进一步节能降耗， 变废为宝， 火力发电厂应积极 拓宽灰渣利用渠道， 这也是保证机组安全运行和环境 保护的一项重要课题。 2. 4环境保护管理及员工素质 加强环境管理并提高员工素质是贯彻执行环境 保护法规， 实现建设项目的社会、 经济和环境效益的 协调统一以及企业可持续发展的重要保证。 3某火力发电厂清洁生产审核实例 3. 1企业概况及存在问题 某火力发电厂现有两台规模为 600 MW 超临界 直接空冷凝气式发电机组， 同步安装烟气湿法 石灰 石 － 石膏 脱硫设施， 锅炉采用双室五电场静电除尘 器， 使用低氮燃烧技术， 并预留脱硝。该火力发电厂 的主要工艺系统包括输煤系统、 制水系统、 制粉系统、 给水系统、 锅炉燃烧系统、 除尘器系统、 输灰系统、 工 业水系统、 锅炉蒸汽系统、 油系统、 循环水系统、 凝结 水系统、 发电系统以及变电系统， 主要存在的问题归 结如下 该发电厂的储煤场采用喷洒水和防风抑尘网控 制粉尘的无组织排放， 但由于储煤场内喷洒水装置设 置不合理， 煤厂时常会出现煤粉乱飞现象， 建议完善 喷洒装置的运行， 及时、 有效的喷水可大大减轻上述 问题。 机组 电除尘前 烟气排放温度夏季达到 140 ～ 150 ℃， 平均温度达到 139 ℃。排放温度高， 导致锅 041 环境工程 Environmental Engineering 炉热损失大、 排烟体积流量大、 引风机负荷增大、 电耗 增加。建议在电除尘器前加装烟气余热回收装置， 回 收锅炉烟气余热， 加热凝结水， 这也可以在一定程度 上将电除尘设备提效。 燃煤中混有石块， 造成管道磨损严重。建议抓好 采购环节， 提升能源质量。 电厂大型用电设备耗电量较大， 关停后各用电设 备需要整合， 导致厂自用电率较高。建议进一步分析 厂自用电率高的原因， 降低厂自用电率。 加强控制， 优化运行参数， 提高空气预热器的温 度， 降低排烟温度， 进一步降低厂发电煤耗。 大型动力设备耗电量较高， 建议增设变频器， 降 低厂用电率。 3. 2清洁生产方案的确定 3. 2. 1确定审核重点 通过对该发电厂管理及污染物治理现状的分析可 知， 该厂在降低供电煤耗、 单位产品水耗和自用电率上 均存在清洁生产空间。但结合企业的实际生产情况及 清洁生产指标对比分析可知， 该公司 2 600 MW的超 临界直接空冷凝气式发电机组的供电煤耗仍处于超三 级水平， 其清洁生产空间相比之下更大。 通过对供电煤耗、 单位产品水耗和自用电率在废 物产生量、 环境代价、 清洁生产潜力、 经济及技术可行 性方面的权重分析可知， 供电煤耗的得分最高， 因此 应该把降低该发电厂的供电煤耗作为本轮清洁生产 的审核重点。 3. 2. 2确定审核目标 参考国家环保总局发布的 HJ/T XX2003燃煤 电厂清洁生产标准 征求意见稿 中有关指标对该 公司清洁生产水平进行分析［5 ］， 并结合2011 年 1 11 月份全国电力生产简况 确定该公司的清洁生产 目标， 如表 1 所示。 表 1清洁生产目标 Table 1The list of cleaner production targets 项目现状值设定目标相对值 供电煤耗/ g kW －1 h－1 335. 62≤329. 00降低 1. 97 3. 2. 3无低费方案的产生 由生产一线人员提出， 经过专家讨论、 筛选， 结合 现场考察， 共整理出易于实施的无/低费方案 18 项， 提出的清洁生产无低费方案紧密围绕着原辅材料、 设 备、 工艺技术、 过程控制、 废弃物产生及重复利用、 生 产管理等方面， 具有针对性、 可操作性强、 花钱少、 见 效大等特点， 反映了生产中的实际情况， 都是亟待解 决的问题。 3. 2. 4主原料及能量平衡分析 燃烧系统主要物料是煤粉、 给水、 空气， 煤粉燃烧 产生的热量加热水， 从而产生蒸汽。通过火力发电厂 物料及能量平衡工作， 查清火力发电厂各主要生产环 节的能源消耗情况， 以下列出了该电厂的燃料系统物 料平衡表 见表 2 、 锅炉热效率表 见表 3 以及电厂 各辅机的用电率。 表 2燃烧系统物料平衡表 Table 2The material balance of combustion system 输入/ 万 t a －1 输出/ 万 t a －1 煤粉283. 58灰和炉渣97. 12 烟尘0. 007425 SO4排放0. 088543 CO2排放421. 43 煤中水分52. 746 燃烧产生水81. 9263 氧气384. 33富余的氧气5. 4564 氮气1264. 83富余的氮气1264. 83 氮氧化物1. 15252 合计1932. 74合计1924. 758 表 3锅炉热效率计算表 Table 3The boiler thermal efficiency calculation 项目数值/ 排烟热损失5. 775 机械不完全燃烧损失2. 5054 灰渣物理热损失0. 41 散热损失0. 416 其他热损失0. 33 锅炉热效率90. 56 电厂各辅机设备用率如下 给水泵 1. 75， 循环 泵 0. 73， 磨煤机 2. 3， 引风机 1. 33， 送风机 0. 9， 除盐泵 0. 6， 除尘 1. 12， 其他辅机 1. 3， 合计厂自用电率 10. 03。 由表 3 可知 排烟热损失是锅炉的主要热损失。 降低锅炉排烟热损失的一个重要途径是安装省煤器 系统， 利用锅炉的余热对热力系统中的凝结水加热， 即可利用锅炉排烟余热获得电能， 同时可较大幅度降 低锅炉的排烟温度。 由电厂辅机用电率可知 电厂年综合厂自用电率 为 10. 03， 与同行业企业相比较高。其原因有 机 组公用系统来进行整合， 厂用电系统全部充电运行， 各变压器和线路损耗较高， 使得综合厂用电率上升了 0. 2; 除盐水补水量变化较大， 目前补水调节均靠现 141 清洁生产与节能减排 Cleaner Production，Energy- Saving ＆ Emission Ｒeduction 场人员用调整门调整， 工作人员之间联系不及时， 经 常导致除盐水泵空转， 导致除盐水泵耗电量增加; 电 厂除灰系统为干除尘， 除灰渣系统采用三级泵串联运 行， 目前除灰系统耗电率约为 0. 4 ～0. 6， 除灰系 统耗电率高于同类型机组， 影响厂用电率升高0. 2。 3. 2. 5中高费方案 通过进行物料和能量衡算， 聘请清洁生产领域的 有关专家， 对该厂的工艺、 设备以及管理进行评估， 并 收集国内外同行业的先进技术， 在此基础上， 结合本组 织的实际情况， 制定了清洁生产中高费方案， 见表4。 表 4清洁生产中、 高费方案汇总表 Table 4The summary list of middle and high cost projects for cleaner production 编号建议内容效益 HF01 对循环水泵、 除盐水泵和增压风机安装 变频调节装置， 降低厂自用电率 节电247.6 万 kW h， 节水 21. 024 万 m3 HF02 将机组的高中压缸平衡环汽封油疏齿型 汽封更换为 F 齿型汽封， 共 6 级; 视阻汽 片间隙情况， 更换部分高中压缸阻汽片 节标煤约 1. 5 万 t HF03 在电除尘器前加装烟气余热回收装置， 回收锅炉烟气余热， 加热凝结水并电除 尘作一次升级提效改造 节标煤约 0. 8 万 t HF04 机组由于发生机组背压升高的情况， 降 低机组背压是提高机组热效率是汽轮机 节能的一项重要措施 节标煤约 0. 82 万 t HF05 完善喷洒装置的运行， 及时、 有效的喷水 可大大减轻煤粉乱飞问题。 年节标煤 100 t 3. 3效益分析 无低费与中高费方案的实施为企业带来了较高 的环境效益与经济效益。目前， 18 个无低费方案全 部实施， 实施比例为 100， 共投入资金 16. 8 万元。 这些无低费方案的实施将会带来良好的经济效益和 环境效益。预计每年可节水 0. 1 万 m3， 节约原煤 6 780 t， 折合标煤 2 975 t; 节约电能 181 万 kWh， 折 合标煤 549. 1986 t; 18 个无低费方案共计折合标煤 3524. 199 t， 由于用煤量的减少， 还可以减少 CO2产 生量9 233. 4 t， 减少 SO2产生量42. 29 t 按脱硫效率 95折算， 则 SO2减排量为 2. 1145 t ， 减少 NOX产生 量 26. 08 t， 方案实施后每年可带来的经济效益为 356. 4365 万元。 目前， 5 个中高费方案已经全部实施， 实施比例 为 100， 共投入资金 3271 万元。预计每年可节水 21. 024 万 m3， 节约原煤 71 335 t， 折合标煤 31 300 t; 节约电能 278. 6 万 kWh， 折合标煤 844. 8 t; 原煤和 电力共计节省的能源折合标煤32 144. 8 t。由于用煤 的减少， 还可以减少 CO2排放 84 219. 38 t， 减少 SO2 产生量 385. 7376t 按脱硫效率 95 折算， 则 SO2减 排量为 19. 287t ， 减少 NOx产生量 237. 87t， 方案实 施后预计每年可带来的经济效益为 2 634. 656 万元。 通过本次审核， 该发电厂的供电标准煤耗、 发电 耗水率和综合厂自用电率相应也都得到了下降， 具体 情况见表 5。 表 5审核前后生产情况对比表 Table 5The contrast list of production status before and after audits 项目审核前审核后 供电标准煤耗/ g kW －1 h－1 335. 62326. 261 发电耗水率/ m3 kW －1 h－1 3. 51 10 －4 3. 31 10 －4 综合厂自用电率/10. 039. 92 SO2/ t a －1 885. 43864. 03 NOx/ t a －1 11 525. 1911 261. 24 CO2/ 万 t a －1 421. 43412. 085 4结语 鉴于火电行业是资源消耗和污染物排放的大户， 提高燃煤电厂的生产效率、 降低消耗 特别是降低煤 炭资源、 水资源的消耗 ， 减少污染物的排放， 对我国 的环境保护事业及战略资源的节约和优化配置具有 重大意义。紧紧围绕以燃煤为主的火力发电厂实施 清洁生产， 无疑是我国清洁生产实施潜力最大、 机会 最多、 环境绩效最大的行业之一。这对于制定清洁生 产目标和工作计划， 促进企业生产技术和管理水平整 体提升， 从源头和生产全过程控制污染物的产生都是 十分必要的。 参考文献 ［1］段宁， 陈文明． 企业清洁生产审核手册［M］． 北京 中国环境科 学出版社， 1996 1- 5． ［2］朱达． 开展火电行业清洁生产审核 促进节能减排可持续发展 ［J］． 中国人口 资源与环境， 2008， 18 685． ［3］武晓燕， 于宏兵， 冯俊丽． 锰硅合金工业清洁生产实践［J］． 环 境工程， 2012， 30 6 110． ［4］杨笑竹． 鞍山市电厂燃煤锅炉灰渣的资源化利用途径［J］． 辽 宁城乡环境科技， 2006， 26 5 51． ［5］HJ/T XX2003 燃煤电厂清洁生产标准 征求意见稿 ［ S］． 第一作者 张时佳 1991 － ， 女， 硕士研究生， 主要从事清洁生产与污 染控制研究。794324819 qq． com 通讯作者 于宏兵 1958 － ， 男， 教授， 主要研究方向为化工清洁生产 工艺、 水土污染治理及水土资源保护。hongbingyu1130 sina． com 241 环境工程 Environmental Engineering