本篇文章是由《電力機(jī)車與城軌車輛》發(fā)表的一篇電力論文，(雙月刊)創(chuàng)刊于1978年，由中國南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車廠主辦。本刊面向鐵道干線電力機(jī)車、動(dòng)車組與城市軌道車輛整車、配件和專用材料的研究、制造與運(yùn)用單位面向相關(guān)單位的領(lǐng)導(dǎo)干部、專家學(xué)者和工程技術(shù)人員面向高等院校和中專學(xué)校相關(guān)專業(yè)師生。主要欄目：專題研究、綜述•評論、研究開發(fā)、制造技術(shù)、檢測•試驗(yàn)、他山之石、運(yùn)用檢修、技術(shù)動(dòng)態(tài)。

　　【論文摘要】本文在分析山西當(dāng)前煤電工業(yè)現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo)，提出從提高燃煤發(fā)電效率、綜合利用煤電工業(yè)廢棄物、實(shí)施節(jié)水措施等角度解決山西煤電工業(yè)存在的問題，從而從技術(shù)層面和政策層面把握山西煤電發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。

　　【論文關(guān)鍵詞】煤電工業(yè);火電廠;循環(huán)經(jīng)濟(jì)

　　經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力先行，電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的、關(guān)系國計(jì)民生的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，世界各國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中都把電力工業(yè)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。山西是我國主要的煤電生產(chǎn)大省之一，近年來山西省在大力發(fā)展煤電工業(yè)，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也給本省的生態(tài)環(huán)境帶來了沉重的壓力，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸。對于山西煤電工業(yè)存在著的高能耗、高污染和低效率的現(xiàn)實(shí)情況，全面推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)模式，已成為山西煤電工業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展的必要措施。

　　一、循環(huán)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)理論

　　(一)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)涵

　　循環(huán)經(jīng)濟(jì)(recycle economy)本質(zhì)上是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)。它是以資源能源物料閉合循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)形態(tài)來持續(xù)循環(huán)產(chǎn)生效益的生產(chǎn)經(jīng)營形式。它把生態(tài)設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、再生資源回收利用等融為一體，強(qiáng)調(diào)節(jié)約和有效利用資源，以物質(zhì)、能量梯次和閉合循環(huán)使用為特征，在生產(chǎn)和消費(fèi)過程中以最小成本追求最大的經(jīng)濟(jì)效率和生態(tài)效益，是一種新型、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。

　　(二)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則

　　循環(huán)經(jīng)濟(jì)遵循“減量化、再使用、再循環(huán)、無害化”的行為準(zhǔn)則，稱之為“3R”原則，每一項(xiàng)原則對于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的成功實(shí)踐都是必不可少的：

　　1.減量化(Reduce)。循環(huán)經(jīng)濟(jì)主張從源頭減少進(jìn)入生產(chǎn)和消費(fèi)領(lǐng)域的物質(zhì)流和能量流，控制污染物的產(chǎn)生，在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的源頭就注意節(jié)約資源和減少污染，從而減輕整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的壓力。

　　2.再利用(Reuse)。再利用原則屬于過程性方法，目的在于提高產(chǎn)品的利用效率，是延長產(chǎn)品壽命周期最有效辦法，通過對所購買的產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)使用，在一定程度上減輕了輸入端對物質(zhì)投入量的需求。資源利用率與環(huán)境污染率是成反比關(guān)系的：資源利用效率越高，環(huán)境污染率就越低，原因是把原來污染了環(huán)境的那部分資源綜合利用起來了。

　　3.再循環(huán)(Recycle)。再循環(huán)原則主要通過對廢棄物的再生利用和資源化來實(shí)現(xiàn)，資源化存在兩種方式，一種是原級資源化，即將消費(fèi)者遺棄的廢棄物資源化后形成與原來相同的新產(chǎn)品;第二種是次級資源化，即廢棄物被變成不同類型的新產(chǎn)品。

　　二、國內(nèi)外研究及實(shí)施狀況

　　(一)國內(nèi)研究現(xiàn)狀

　　從1998年中國開始引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念開始，目前我國的循環(huán)經(jīng)濟(jì)正從宣傳示范的啟動(dòng)階段走向建立政策機(jī)制的推動(dòng)階段，國內(nèi)煤電工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究理論與實(shí)踐主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。

　　1.發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)[1]

　　IGCC(Integrated Gasification Combined Cycle)是將煤氣化和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電結(jié)合起來的一項(xiàng)新型燃煤發(fā)電技術(shù)。IGCC發(fā)電系統(tǒng)有兩大分系統(tǒng)構(gòu)成，即煤的氣化、潔凈系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)，其基本原理是將煤炭氣化與凈化后制成潔凈的煤氣，形成高溫燃?xì)夂笸苿?dòng)燃?xì)廨啓C(jī)做功，燃?xì)廨喤艢膺M(jìn)入余熱鍋爐;余熱鍋爐、氣化爐產(chǎn)生的蒸汽再進(jìn)入汽輪機(jī)做功，從而構(gòu)成一種燃煤聯(lián)合循環(huán)。IGCC發(fā)電因其通過煤炭或者固體碳?xì)浠�合物的氣化，�?lián)合循環(huán)產(chǎn)生合成煤氣或者其他副產(chǎn)品，既能高效地利用煤炭資源，又有很好的環(huán)保效果。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)可以把能源利用效率提高到50%～56%，并且減少95%～99%的SO2和NOX的排放。

　　2.對煤矸石進(jìn)行合理利用

　　首先，利用煤矸石發(fā)電。煤矸石電廠與大容量火電廠相比較有著更高的經(jīng)濟(jì)效益，作為燃料的煤矸石價(jià)格很低，一般折合噸標(biāo)準(zhǔn)煤最多只要40元，因而煤矸石電廠的發(fā)電成本相對較低;其次，把煤矸石燒制作為耐火材料的原材料而利用，煤矸石的礦物組成主要是SiO2、AI2O3及一些硅鎂的氧化物可以利用煤矸石合成耐火材料碳化硅。另一利用途徑是將煤矸石粉碎，制成各種建筑材料。

　　3.粉煤灰的綜合利用

　　粉煤灰可用于水泥生產(chǎn)的原材料。粉煤灰具有與粘土相類似的化學(xué)成分，它可以代替粘土組份進(jìn)行配料生產(chǎn)水泥。國內(nèi)已研制出硅酸鹽水泥、硅酸三鈣水泥、硫酸鋁酸鈣水泥、低比重油井水泥、早強(qiáng)型水泥等，有的粉煤灰摻量可達(dá)75%。由于粉煤灰中含有一定量的未能燃燒的碳粒，所以用粉煤灰配料還能節(jié)省燃料。粉煤灰還可以制造粉煤灰燒結(jié)磚和粉煤灰免燒磚等墻體材料。另外，粉煤灰具有吸附性，呈多孔蜂窩性組織，具有很大的比表面積，具有固體吸附劑的性能，因此可以用粉煤灰來處理廢水。

　　4.脫硫副產(chǎn)品利用

　　從國內(nèi)綜合利用的實(shí)踐看，脫硫石膏可用于水泥和土壤改良等領(lǐng)域。用石膏制取硫酸的工藝，或?qū)⑹�膏加入回轉(zhuǎn)爐內(nèi)，再添加其他成分生產(chǎn)水泥熟料。

　　(二)國外研究現(xiàn)狀

　　國外關(guān)于煤電工業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究多從技術(shù)層面進(jìn)行，大力研發(fā)煤矸石發(fā)電技術(shù)，不斷降低燃煤發(fā)電的煤耗和水耗，同時(shí)減少氮氧化物、硫化物和CO2的排放，促進(jìn)煤電發(fā)電的清潔生產(chǎn)。

　　1.發(fā)展空冷技術(shù)，降低發(fā)電機(jī)組水耗

　　傳統(tǒng)的煤電工業(yè)一直是用水大戶，僅發(fā)電機(jī)組冷卻用水的冷卻塔就持續(xù)不斷地向大氣中排放水蒸汽，消耗冷卻水的30%。國外先進(jìn)的空冷技術(shù)以德國GEA公司和比利時(shí)哈蒙公司為代表。德國GEA公司的空冷散熱器占世界生產(chǎn)量的65%～70%，其空冷技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位。在歐美和南非國家，大型空冷機(jī)組及其技術(shù)被廣泛采用，節(jié)約用水、更好地保護(hù)生態(tài)環(huán)境已成為發(fā)達(dá)國家電力工業(yè)發(fā)展過程中被高度重視和深人研究的課題。

　　2.發(fā)展循環(huán)流化床燃燒技術(shù)

　　循環(huán)流化床(CFB)燃燒技術(shù)是一項(xiàng)近二十年發(fā)展起來的清潔煤燃燒技術(shù)。它具有燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、氮氧化物排放低、低成本石灰石爐內(nèi)脫硫、調(diào)峰能力強(qiáng)等突出優(yōu)點(diǎn)。特別是針對粗顆粒燃料，絕大部分未燃盡的燃料被再循環(huán)至爐膛，因而其燃燒效率可與煤粉爐相媲美，通常達(dá)到97.5%～99.5%。循環(huán)流化床低成本地實(shí)現(xiàn)了嚴(yán)格的污染排放指標(biāo)，同時(shí)燃用劣質(zhì)燃料，在負(fù)荷適應(yīng)性和灰渣綜合利用等方面具有綜合優(yōu)勢，為煤粉爐的節(jié)能環(huán)保改造提供了一條有效的途徑。國外的先進(jìn)循環(huán)流化床燃燒技術(shù)以德國為代表，德國Lurgi公司較早地開發(fā)出了采用保溫、耐火及防磨材料砌裝成筒身的高溫絕熱式旋風(fēng)分離器的CFB鍋爐。分離器入口煙溫在850℃左右。應(yīng)用絕熱旋風(fēng)筒作為分離器的循環(huán)流化床鍋爐稱為第一代循環(huán)流化床鍋爐，目前已經(jīng)商業(yè)化。據(jù)分析，超臨界循環(huán)流化床鍋爐電廠的效率可達(dá)43%～44%。

　　3.發(fā)展超臨界和超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)

　　參照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，超臨界機(jī)組為主蒸汽壓力高于臨界壓力(一般高于24.0 MPa，低于28.0 MPa)的機(jī)組;超超臨界機(jī)組為主蒸汽壓力達(dá)到28.0 MPa以上，或主蒸汽溫度和(或)再熱蒸汽溫度為593℃及以上的超臨界機(jī)組。超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)愈高，熱效率也隨之提高。亞臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為38%，而超臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為41%。

　　4.建立火電廠生態(tài)工業(yè)園區(qū)

　　火電廠生態(tài)工業(yè)園是以火電廠為核心，利用電、水、熱和物質(zhì)副產(chǎn)品與其他企業(yè)聯(lián)合形成生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，使園區(qū)內(nèi)資源得到最佳配置，廢物得到高效利用，環(huán)境污染降到最低水平。國外的火電廠生態(tài)工業(yè)園區(qū)發(fā)展較早，丹麥的卡倫堡生態(tài)工業(yè)園是一個(gè)以大型火電廠為中心發(fā)展網(wǎng)絡(luò)共生生態(tài)工業(yè)園的成功例子。以丹麥卡倫堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)模式為樣板，美國、加拿大、法國等國家也很早就開始了生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃和建設(shè)實(shí)踐，并取得豐富經(jīng)驗(yàn)。其他國家如泰國、印度尼西亞、菲律賓、納米比亞和南非等發(fā)展中國家也正積極興建生態(tài)工業(yè)園。

　　三、山西煤電工業(yè)存在的問題及原因分析

　　(一)山西煤電發(fā)展中存在的問題

　　1.機(jī)組參數(shù)低、能耗高

　　山西的供電煤耗與世界先進(jìn)水平相差約40～50g/kW·h，與世界先進(jìn)水平相比，目前山西省一年發(fā)電多耗標(biāo)準(zhǔn)煤約900萬噸。山西省火電廠平均裝機(jī)耗水率比國際先進(jìn)水平也高出40%。比如，山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗高達(dá)351g/kW·h，比國際先進(jìn)水平(320克/千瓦時(shí))高出31g/kw·h。

　　2.環(huán)境污染嚴(yán)重

　　山西電力的構(gòu)成中約80%以上是煤電，在電源結(jié)構(gòu)方面今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)維持燃煤機(jī)組為主的基本格局。眾所周知，火力發(fā)電廠的鍋爐是大氣中污染物排放的主要來源。煤炭燃燒過程中排放的污染物引起負(fù)面效應(yīng)：煙灰排放引起空氣中懸浮顆粒增多;二氧化硫和氮氧化物排入大氣后會(huì)引起局部地區(qū)酸雨;二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放會(huì)引起全球氣候變暖等。

　　3.資源浪費(fèi)嚴(yán)重

　　山西煤系地層中共生、伴生的礦產(chǎn)資源分布廣泛且種類繁多，如鋁土礦、硫鐵礦、高嶺土、耐火粘土、甲烷及稀有元素鎵、鍺等。由于種種原因，這些礦產(chǎn)資源還沒有得到綜合開發(fā)利用。同時(shí)煤炭工業(yè)在采煤過程和洗煤過程中排放大量的含碳量較低的煤矸石，造成大量可回收分類利用的煤矸石被廢棄;另一方面，山西目前依然存在大量的小火電機(jī)組，這些機(jī)組設(shè)備老化、技術(shù)落后、效益低下，造成煤耗的增大。

　　(二)造成當(dāng)前局面的原因

　　1.機(jī)組容量不合理，燃煤發(fā)電總體效率低下

　　截至2010年底，山西省發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到4700萬千瓦，其中外送電裝機(jī)容量1515萬千瓦，其中，10萬千瓦以下機(jī)組的裝機(jī)容量占12.32%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)30萬千瓦發(fā)電機(jī)組，每發(fā)電1千瓦時(shí)的煤耗約為330克標(biāo)準(zhǔn)煤，一臺(tái)60萬千瓦超臨界發(fā)電機(jī)組每發(fā)電1千瓦時(shí)的煤耗為300克標(biāo)準(zhǔn)煤，而13.5萬千瓦及以下機(jī)組每發(fā)電1千瓦時(shí)煤耗為350至400克，比30萬千瓦機(jī)組約多煤耗15%，比60萬千瓦超臨界機(jī)組約多煤耗26%。在熱效率方面，60萬千瓦超臨界機(jī)組的電廠熱效率達(dá)41%，30萬千瓦機(jī)組電廠的熱效率為38%左右，而13.5萬千瓦及以下機(jī)組電廠的熱效率都在35%以下。

　　2.煤電工業(yè)的廢棄物沒有合理利用

　　煤電工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物有煤矸石、粉煤灰和硫化物等，這些物質(zhì)大多都有一定的回收利用價(jià)值，如果不加以利用不僅造成很大浪費(fèi)，而且更重要的是引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。

　　3.水資源緊缺，制約煤電工業(yè)發(fā)展

　　山西是以煤電和冶金為主的重工業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，電力、冶金、煤炭、化工和機(jī)械行業(yè)的取水量占到全省規(guī)模以上工業(yè)取水量的90.9%。廢水排放量逐年增加，而目前的處理能力還不到一半，大部分未經(jīng)處理的污水直接排人河道或滲入地下，污染由點(diǎn)向面擴(kuò)展，使90%以上的河道遭受污染，近80%的河流已喪失水體自凈功能。另外，山西對煤炭的大量開發(fā)造成水資源的破害，平均開采一噸煤要排漏水2.5噸，致使地下水位下降，動(dòng)態(tài)平衡破壞，地表塌陷，泉水減少，同時(shí)還污染河道，使水資源和生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。

　　四、促進(jìn)山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要措施

　　促進(jìn)山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，需要企業(yè)與政府職能部門共同以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)核心思想，大力推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略措施。具體來說，山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)主要有以下幾方面措施。

　　(一)提高燃煤發(fā)電效率(減量化Reduce)

　　1.發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)

　　加快整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站建設(shè)，采用IGCC技術(shù)改造現(xiàn)有中小火電機(jī)組，促進(jìn)火電產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，既有高發(fā)電效率，又有極好的環(huán)保性能。同樣是傳統(tǒng)煤炭能源，IGCC集高發(fā)電效率和環(huán)保性能于一體，彌補(bǔ)了煤炭利用單項(xiàng)技術(shù)難以同時(shí)滿足效率、成本和環(huán)保等多方面的不足，因此，IGCC應(yīng)當(dāng)成為山西煤電工業(yè)未來發(fā)展的主要方向。

　　2.繼續(xù)實(shí)施“上大壓小”，提高機(jī)組整體容量

　　通常，發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越大，發(fā)電效率越高。如前所述，山西煤電系統(tǒng)中，10萬千瓦以下機(jī)組的裝機(jī)容量占12.32%，因此，山西省有必要進(jìn)一步加大實(shí)施“上大壓小”的措施，提高發(fā)電機(jī)組的整體容量，促進(jìn)超臨界循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)等高效潔凈的燃煤發(fā)電技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化。

　　(二)綜合利用煤電工業(yè)的廢棄物(再利用Reuse)

　　1.對煤矸石進(jìn)行綜合利用

　　在目前世界能源緊缺的情況下，在諸多煤矸石綜合利用途徑中，煤矸石發(fā)電是經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最好的一種途徑。對于煤矸石中碳的含量大于20%的，因其發(fā)熱量高而宜作為燃料發(fā)電。對于鋁硅比大于0.5的煤矸石，鋁含量高，硅含量低，其礦物含量以高嶺石為主，可作為制作高級陶瓷、煅燒高嶺土及分子篩選的原料。對于含硫量大于6%的煤矸石可用作回收硫精礦。

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