淺談對建設綠色燃煤電站的理解

李志剛，任 君，吳 斌，江 蛟

(1. 中國電力工程有限公司，北京 100048；

2. 大唐南京電廠，南京 210011；3. 江蘇省電力設計院，南京 211102)

淺談對建設綠色燃煤電站的理解

李志剛1，任 君1，吳 斌2，江 蛟2

(1. 中國電力工程有限公司，北京 100048；

2. 大唐南京電廠，南京 210011；3. 江蘇省電力設計院，南京 211102)

本文以600MW級超超臨界燃煤機組為例，給出對建設綠色電站的理解，詳細介紹建設綠色火電廠的基本設想和具體優化措施，并對綠色電廠的節能、環保等指標進行分析，供業內參考。

綠色電站；節能減排；循環經濟；可持續發展.

1 概述

近年來，為了滿足我國國民經濟和社會發展的需要，以燃煤火力發電為主的電力裝機容量迅速增長。隨著國家對火電節能減排要求的提高，新的火電環保排放標準即將出臺，火電廠污染物排放總量受生態環境和政策的制約日益突出。同時，由于電力裝機快速增長，發電設備利用小時呈總體下降趨勢，發電企業經營形勢嚴峻。環保和經營兩個方面的壓力，對火電建設提出了更新、更高的要求。在這種形勢下，建設綠色火電廠被提上了議事日程。

對什么是綠色電廠，目前業內并無明確的界定，也沒有標準規范可依。本文主要針對600MW級超超臨界燃煤機組，淺談對綠色電站的理解，詳細介紹建設綠色火電廠的基本設想和具體措施，并對綠色電廠的節能、環保等指標進行分析研究，供業內參考。

2 以人為本是綠色電廠自身的要求

優美的環境可以愉悅身心，提高工作效率。電廠作為工業生產部門，客觀存在噪音大、粉塵大、高溫等惡劣的生產環境，因此創建優美和諧的電廠環境尤顯重要。在規劃設計階段就應著手電廠整體優美環境的創建，在布局上做到整齊美觀、功能區分合理，體現以人為本；在綜合整治上，通過設置防塵墻、隔音墻、綠化帶等措施將煤場揚塵、冷卻塔噪音等的不利影響降至最低。創造和諧環境，關心員工健康和安全，體現以人為本，是綠色電廠的自身要求。

3 減少污染物排放是綠色電廠應盡的社會責任

綠色電廠應積極貫徹新公布的《火電廠大氣污染物排放標準》征求意見稿的精神，SOx排放濃度控制在200mg/Nm3，NOx排放濃度控制在200mg/Nm3，煙塵排放濃度控制在30mg/Nm3。國內目前對脫碳、脫汞暫無要求，但作為綠色電站，應密切關注脫碳、脫汞工藝的發展應用情況，做到條件成熟時及時跟進。

3.1 降低SOx、NOx排放

綠色電廠要實現上述排放指標，必須提高傳統的脫硫、脫硝效率，同時還要關注新技術、新工藝的發展情況。在技術成熟、經濟合理時，及時采用。目前值得重點關注的是活性焦干法脫硫技術。該工藝具有脫硫效率高(超過95%)、占地小、不消耗水、無二次污染、活性焦可再生利用等優點，在節水和環保性能方面表現優越。

3.2 除塵、降噪

降低煙氣含塵量可增加電氣除塵器電場數或采用布袋除塵器、電—布除塵器。濕式靜電除塵器可將煙氣含塵量進一步降低至5mg/Nm3以下。日本碧南電廠#4、5機組在煙氣脫硫裝置后增加了濕式靜電除塵器，幾乎實現零排放。

綠色電廠降低噪聲污染主要通過噪聲與振動綜合治理工程來實現，其主要目標是使廠界噪聲達標，同時考慮廠內噪聲治理，以改善廠內生產環境。

3.3 煙氣脫碳、脫汞

煙氣脫碳也稱碳捕集(簡稱CCS)是指對煙氣中二氧化碳進行捕獲，用各種方法儲存以避免其排放到大氣中的一種技術。

碳捕獲本身非常耗能，并且要在現有的裝置上增加設備而增加投資。發電廠實施脫碳項目，發電成本將會提高，發電效率將會降低，減排二氧化碳需要付出很大代價。因此綠色電廠要大規模投用煙氣脫碳，需要進一步降低脫碳工藝的投資和運行費用，并且在政策上給予扶持。

由于煤的大量燃用，全世界僅燃煤電廠每年排放的汞就達到1470t。2005年三月美國環保署頒布了汞排放控制標準，美國成為世界上首個針對燃煤電站汞排放實施限制標準的國家。汞控制技術一般分為燃燒前脫汞，燃燒中脫汞及燃燒后脫汞。燃燒后脫汞是汞控制技術的主要方式。盡管目前有多種方法可用于燃煤汞排放控制，但還沒有任何一種技術完全成熟并得到廣泛應用。

3.4 實現廢水零排放

實現廢水“零排放”主要途徑有：

⑴應用先進的生產工藝盡可能直接減少各類廢水發生量；

⑵開辟廢水直接利用和處理后再利用的有效途徑，實現水的水質梯級利用；

⑶安全可靠、經濟有效地解決最終高含鹽量廢水，是實現“零排放”的關鍵。

目前，美國、德國、日本等國家在處理高含鹽量廢水方面處于技術領先地位。為達到廢水“零排放”要求，開發出熱蒸發器蒸發處理和煙道氣熱蒸發處理技術，前者將高含鹽廢水蒸發，蒸發出的水分全部回收利用，形成的鹽類結晶填埋處理。后者就是讓脫硫廢水在空預器和電除塵器間的煙道中完全蒸發，所形成的固態物與飛灰一起收集處置。

4 節約資源是實現綠色電廠的前提和保證

節約資源消耗是從源頭上進行控制，減輕電廠建設和運行對環境的負擔，對保護環境意義重大。另一方面，節約資源消耗也是綠色電廠提高經濟效益、保證持續發展的必然要求。因此說節約資源是實現綠色電廠的前提和保證。

4.1 降低供電煤耗

600MW級超超臨界機組可通過表1所列優化措施降低機組熱耗。

表1 600MW級超超臨界機組降低熱耗措施

通過采取合理的優化措施，600MW超超臨界的機組熱耗可降到7280左右。

600MW級超超臨界機組可通過表2所列優化措施降低廠用電率：

表2 降低廠用電率措施

采用上述優化措施后，600MW級超超臨界綠色電廠的廠用電率(含脫硫、脫硝)可控制在4%以內。

通過對機組熱耗和廠用電的優化、控制，現階段600MW級超超臨界綠色電廠的發電煤耗可控制在267.3g/kW.h，供電煤耗可控制在278.4g/kW.h。

4.2 綠色電廠用水指標

節水的主要途徑一是一水多用，重復利用，循環使用；二是加強水務管理，防止跑冒滴漏。通過采取切實有效的措施，開展一水多用、廢水回用等節約用水工程設施研究，節約用水和保護環境，600MW級直流供水機組的用水指標可控制在0.10m3/s.GW；循環供水機組的用水指標控制在0.6m3/s.GW。

4.3 綠色電廠占地指標

根據廠區用地的地形、地貌特點，優化電廠總平布置，做到土地利用充分，減少新征土地，并減少土石方量；優化主要工藝系統，合理壓縮各車間占地面積，最大限度地壓縮廠區占地面積；采用聯合布置、合并布置手法，壓縮單體建筑面積；減少廠區建構筑物單體數量，避免布置分散和零亂；嚴格控制道路、廣場占地面積，地下管線將性質相同或相近的管線相鄰布置，以節省占地。

目前華能巢湖電廠新建2×600MW機組工程占地23公頃，南京熱電廠2×600MW上大壓小工程占地13公頃，在控制占地方面都很成功，值得建設綠色電廠借鑒。

4.4 節約原材料

通過精細化設計和計算，合理確定安全預量，避免人為放大安全裕度而造成材料浪費；通過模塊化設計，優化工藝系統的布置；適當壓縮布置空間，節省土建和工藝系統的材料量；根據工藝流程，合理布置設備和管道，使管道布置短捷，節省管道材料；全廠汽水管道按介質的溫度、壓力等參數選用適當材質和管徑；取消集中控制樓，熱控、電氣設備實行高度物理分散，節省主廠房控制電纜工程量；在混凝土構件中盡量采用預制件及多用模板，以減少木材的消耗量等。

4.5 控制工程造價

控制造價是建設綠色電廠的必然要求。通過對工程造價合理有效的控制，一方面意味著減少了建設資源消耗，減輕了建設對環境的影響；另一方面可以有效地節約投資成本，為進一步提高污染治理水平贏得了經濟空間。

通過多專業設計優化，形成全廠的綜合最佳方案，是在宏觀上對工程造價進行控制，并將對最終的工程造價起決定性作用。因此控制工程造價，必須強調對綠色電廠整體設計方案的理解和把握。

大力推進精細化設計和限額設計，把對工程造價的控制落到實處，是控制造價的有效手段。上文節約原材料的一些措施，同時也是控制工程造價的具體體現。

此外在工程施工、調試、試運行期間也要進行全程的費用控制管理。

控制造價不等于一味的壓縮投資，而應該是該省的錢則省，該花的錢則花。同樣，以人為本也不是過分的追求寬敞、舒適，而不計代價。建設綠色電廠要協調好控制造價與以人為本的關系，做到兩者兼顧。

5 循環經濟是實現綠色電廠可持續發展的有效手段

為保證社會經濟可持續發展和資源最大限度的利用，一些發達國家已經提出建立“循環型社會”的21世紀重大發展戰略目標。綠色電廠為了實現自身的可持續發展，必須積極實踐循環經濟。

5.1 除塵、脫硫副產品的綜合利用

廠內除灰系統應按照“灰渣分除、干濕分排、粗細分儲“的設計原則，積極為灰渣綜合利用創造條件。

目前影響脫硫石膏綜合利用的是如何提高脫硫石膏的品質。德國的工藝是利用高效率的離心機對石膏進行洗滌脫水，得到純度較高且殘余濕含量小于8%的脫硫石膏，并在120℃～160℃采用氣流煅燒，使干燥、煅燒、粉碎一體化，從而制備高質量建筑石膏粉，用來生產優質的紙面石膏板及石膏塊，以最終解決污染，實現變廢為寶。該工藝值得綠色電廠借鑒。

5.2 電廠廢熱余能的回收利用

鍋爐排煙溫度一般在120℃～130℃左右。對排煙余熱的利用，可設置煙氣換熱器來回收熱量，生產熱水或蒸汽對外供熱；也可加熱電廠凝結水，將熱量返回回熱系統，提高電廠熱效率。經過測算，排煙廢熱回收至回熱系統，可使電廠供電煤耗降低約1.3g/kWh。

循環冷卻水的排水溫度高于環境水溫8℃～10℃，屬于低品位熱能，直接利用范圍狹窄。隨著科技的發展，熱泵、熱管技術將在電廠循環冷卻水余熱利用中發揮作用，值得關注。

在條件具備、技術經濟可行的前提下，可在循環水排水工程中加設小型水輪發電機，充分利用其水頭及流量進行排水尾能發電。貴州盤南響水火力發電廠、綏中電廠等均采用了循環水排水尾能發電技術，效果較好。

6 建設數字化電站是實現綠色電廠的技術保障

數字化電站是在建設數字化工程的基礎上實現電站的數字化運營，在全壽命周期內支持電廠經營管理，給電廠帶來廣泛、長遠的經濟效益與社會效益。

數字化工程，是工程的虛擬和預演，是數字化運營的基礎支撐，是數字化電站的有機組成部分。通過數字化工程階段的工作，高起點統一規劃建設SIS、MIS、DCS等信息系統，消除信息孤島，使數字化運營體系在整個電站全面、順利應用，高效運作，實現火力發電站現代化的運營和管理。

數字化電站對打造環境友好、資源節約、智能環保的綠色電廠，對提升電廠管理水平將起到非常重要的支撐作用。可以說，沒有電站的數字化，就沒有管理的現代化、自動化，就不能全面完成建設和運營綠色電站的任務。

7 綠色電廠的生命力

7.1 綠色電廠的生存環境

綠色電廠具有高投資、高效率、低污染、社會效益好等特點，是未來電站建設發展的方向。但是綠色電廠不可能作為一個“綠色孤島”而長期存在，它需要全社會營造一個綠色的環境。穩定的煤源、綠色調度、政策導向等都是綠色電廠耐以生存的基礎。

目前國內電廠實際來煤往往很雜，煤質偏差較大，機組效率達不到設計值。為了適應煤質波動大的特點，主機和輔機的設計或選型裕量很大，進一步增加了投資、降低了機組的效率。另外煤質變化大，也使得環保設施運行不穩定，要么影響排放指標，要么引起投資和運行成本增加。如何保證穩定、可靠的燃煤供應，將是綠色電廠的建設者和管理者需要面對并解決的問題。

實現綠色調度，是綠色電廠生存的又一重要條件。電網調度部門出于自身利益的考慮，往往過分強調電網的安全性，而忽略機組的經濟調度。離開了經濟調度，電廠大部分時間偏離設計工況運行，不能發揮高效節能的優勢。在電力廠網分開之后，這個問題猶顯特出，有賴于全社會達成共識，并形成保證機制。綠色電廠的建設和運營離不開有力的政策引導和支持。比如限制溫室氣體減排將越來越嚴格，將來的電廠可能要考慮脫碳。碳捕獲本身非常耗能，且要增加設備，增加投資。發電廠上這樣的項目，發電成本將提高，發電效率將會降低，減排二氧化碳需要付出很大代價。這就要求有關部門在電費、稅收等方面對電廠給予大力支持，否則電廠將無法維持下去。

7.2 綠色電站的平衡發展

綠色電廠應該是一個動態的概念。隨著科技進步和時代的發展，而不斷賦予新的內容和更高的要求。這就要求對綠色電廠的規劃建設既要立足長遠，順應時代發展的潮流；又要實事求是，不一味貪大求全，脫離科技發展現狀和經濟承受能力。

如就實現環保目標而言，現階段應增加投入，致力于進一步降低SOx、NOx、煙塵、廢水等的排放，使之能滿足更加嚴格的排放指標的要求。而對于煙氣脫碳、脫汞等比較前沿的技術，應認真調研分析現有技術發展情況及產業規模，結合國家環保的規劃發展要求，確定是否要裕留條件或分階段實施。

因此，建設綠色電站絕不能簡單地理解為是高新技術的堆砌、資金的堆砌，而應該作為一個綜合的系統工程來把握。要實現近期與遠期的平衡、投資與回報的平衡、企業效益與社會效益的平衡，做到企業與社會的協調發展。唯有如此，綠色電廠才能實現自身的可持續發展。

8 結束語

能否貫徹可持續發展理論，建設資源節約型和環境友好型社會關系到人類的生死存亡和子孫萬代的福祉。綠色火電廠是先進管理、高效節能、資源節約、環保和諧、盈利創效、可持續發展的電廠。建設綠色火電廠是電力生產部門貫徹可持續發展理論的具體實踐。

本文撰寫過程中得到了國電集團工程建設部、華能巢湖發電廠、外高橋第三發電廠等單位的大力支持，在此表示衷心感謝。

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Roughly Talk about Understanding of Construction of Green Coal- fi red Power Plant

LI Zhi-gang1, REN Jun1, WU Bin2, JIANG Jiao2
(1. China National Electric Engineering Co.,Ltd., Beijing 100048, China;
2. Datang Nanjing Power Plant, Nanjing 210011, China;
3. Jiangsu Electric Power Design Institute, Nanjing 211102, China)

Based on coal- fi red ultra-supercritical unit of 600MW, this paper give the understanding of construction of green power plant, introduce in detail the basic plan and concrete optimization measures of construction, and analyze indices of energy saving and environment protection, for reference.

green power plant; energy saving and waste reduction; circular economy; sustainable development.

TM621

B

1671-9913(2011)02-0034-05

2011-02-12

李志剛(1972- )，男，吉林大學雙學士，碩士，高級工程師。