低熱值煤發(fā)電類項目在節(jié)能和資源循環(huán)利用方面的措施

王小玲

(陜西省政府投資評審中心，陜西 西安 710006)

我國是煤炭大國，隨著原煤生產(chǎn)和入洗總量的增加，排放的煤矸石、洗矸、煤泥量持續(xù)增長，造成的環(huán)境影響越來越大，解決這一問題的難度也大幅提高。目前，熱值在1 254 kJ/kg以下的煤矸石，主要通過填坑筑路、塌陷區(qū)治理、土地復(fù)墾、井下充填等方式進(jìn)行處理。對于熱值大于5 016 kJ/kg的煤矸石，發(fā)電是對其綜合利用的最有效途徑，通過發(fā)電回收熱值，同時對產(chǎn)生的灰渣進(jìn)行綜合利用。發(fā)展煤矸石等低熱值煤綜合利用發(fā)電的主要優(yōu)點(diǎn)包括可實(shí)現(xiàn)低熱值煤資源就近高效轉(zhuǎn)化，提高煤炭資源利用效率，對保護(hù)土地資源、避免運(yùn)力浪費(fèi)具有積極作用，可以大幅降低煤矸石、煤泥堆存對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響。

1 背 景

近年來，在國家相關(guān)激勵扶持政策的推動下，我國的煤矸石、煤泥等綜合利用發(fā)電項目快速發(fā)展。2016年4月，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于發(fā)展煤電聯(lián)營的指導(dǎo)意見》(發(fā)改能源〔2016〕857號)，指導(dǎo)意見中提出要“重點(diǎn)推廣坑口煤電一體化”和“繼續(xù)發(fā)展低熱值煤發(fā)電一體化”。鼓勵在主要煤炭產(chǎn)區(qū)的大型煤礦坑口建設(shè)低熱值煤電廠，要求相關(guān)項目應(yīng)按照煤礦、選煤廠、電廠一體化模式推進(jìn)。在產(chǎn)業(yè)政策扶持和大型循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)發(fā)展的助力下，低熱值煤發(fā)電迎來新的發(fā)展機(jī)遇期。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，截止2018年底，全國煤矸石、煤泥等低熱值煤發(fā)電裝機(jī)規(guī)模達(dá)到3 700萬kW。國家在推動低熱值煤發(fā)電的同時，也進(jìn)一步提高了對低熱值煤發(fā)電機(jī)組能耗控制的要求，在《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計劃(2014—2020年)》、《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015—2020年)》中，對新建項目明確要求嚴(yán)格能效準(zhǔn)入控制，對新建循環(huán)流化床低熱值煤發(fā)電機(jī)組，30萬kW級空冷機(jī)組設(shè)計供電煤耗不高于327 g/(kW·h)。低熱值煤發(fā)電項目的能耗控制，直接關(guān)系到相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的執(zhí)行和落實(shí)。對于新建的低熱值煤發(fā)電項目，在項目設(shè)計建設(shè)之初要從方案節(jié)能設(shè)計、工藝流程優(yōu)化、設(shè)備選型等方面著眼，采用先進(jìn)適用的節(jié)能技術(shù)措施和手段，實(shí)現(xiàn)能耗控制目標(biāo)。

2 節(jié)能措施選定

低熱值煤發(fā)電類項目的節(jié)能和資源循環(huán)利用可以考慮采取以下幾方面措施，以節(jié)約資源、降低能耗。

2.1 項目鍋爐選型考慮采用循環(huán)流化床鍋爐

循環(huán)流化床鍋爐燃料適用范圍廣，負(fù)荷調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，負(fù)荷調(diào)節(jié)幅度大，有利于機(jī)組調(diào)峰；鍋爐采用爐內(nèi)脫硫，燃燒時加入了大量的石灰石，灰渣中的鈣含量高，有利于灰渣的綜合利用；采用循環(huán)流化床鍋爐減排成本低，環(huán)保效益顯著。

2.2 應(yīng)考慮粉煤灰、底渣等副產(chǎn)品的綜合利用

低熱值電廠附屬產(chǎn)品——脫硫石膏粉煤灰等應(yīng)考慮全部循環(huán)利用，粉煤灰可以用于生產(chǎn)水泥、做路基材料、生產(chǎn)釉面磚、新型墻體材料等。脫硫石膏可用于生產(chǎn)石膏板、水泥緩凝劑、抹灰石膏等。

2.3 提高鍋爐效率

提高鍋爐效率的途徑包括通過降低排煙溫度、降低過?？諝庀禂?shù)，減少排煙熱損失；通過降低飛灰含碳量，減少固體不完全燃燒熱損失；通過回收煙氣熱能，減少散熱損失等方法提高鍋爐效率。

2.4 選擇環(huán)保節(jié)能減排效益最優(yōu)方案

2.4.1 空冷系統(tǒng)方案優(yōu)化

以永隴礦區(qū)某低熱值煤綜合利用發(fā)電項目為例，原設(shè)計對機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)方案與表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)方案進(jìn)行比較。機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)方案組成簡單，主要包括排汽管道、空冷器、風(fēng)機(jī)、真空泵。表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)方案組成相對較復(fù)雜，主要包括凝汽器、循環(huán)水泵、循環(huán)水管道、空冷器、空冷塔。根據(jù)機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)方案與表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)方案擬定設(shè)備整體配置方案。兩種方案的具體比較見表1。

表1 機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)方案與表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)方案比較

2.4.2 兩種方案經(jīng)濟(jì)及能耗效益綜合比較分析

(1)間接空冷系統(tǒng)初始投資高于直接空冷系統(tǒng)。直接空冷系統(tǒng)方案與表面式凝汽器間接空冷系統(tǒng)方案初投資比較，(方案比較中參考國產(chǎn)同類工程設(shè)備用電指標(biāo)和價格)間接空冷系統(tǒng)方案比直接空冷系統(tǒng)方案初始投資多1 270萬元。

(2)間接空冷系統(tǒng)年煤耗費(fèi)用比直接空冷系統(tǒng)少。按照兩種方案發(fā)出同樣的電量所消耗的煤量進(jìn)行比較，直接空冷系統(tǒng)與間接空冷系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用比較，表面式間接空冷系統(tǒng)方案供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗比機(jī)械通風(fēng)直接空冷系統(tǒng)方案供電煤耗低3.0 g/(kW·h)，如年利用時間按5 000 h計算，對于建設(shè)規(guī)模為2×350 MW的發(fā)電廠，耗煤量減少1.05萬t/a，節(jié)能效果顯著，按照燃料平均價格300元/t計算，年節(jié)能效益315萬元。

(3)以壽命全周期成本分析，間接空冷系統(tǒng)具有很大的節(jié)能效益。用15 a計，全壽命周期內(nèi)節(jié)能效益4 725萬元。以壽命全周期成本費(fèi)用衡量，間接空冷系統(tǒng)節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益為3 455萬元，可見采用間接空冷系統(tǒng)具有很大的節(jié)能經(jīng)濟(jì)效益。

在對比分析中，方案的可行性、可靠性及成本效益分析是主要的考慮方面，針對綜合利用類項目，在可靠性的前提下，其環(huán)保節(jié)能減排效益是選擇方案的主要方面。據(jù)此推薦采用間接空冷系統(tǒng)。

2.5 廣泛選用節(jié)能工藝、設(shè)備，多舉措降低廠用電率

在設(shè)備選型中所選用的設(shè)備禁止使用屬于《高耗能落后機(jī)電設(shè)備(產(chǎn)品)淘汰目錄》中國家明令淘汰的高耗能設(shè)備。對主變壓器、高壓廠用變壓器、低壓廠用變壓器等均采用節(jié)能型電力變壓器，降低變壓器的損耗，可降低損耗10%～20%；采用變頻調(diào)速可對一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速裝置，節(jié)能30%；優(yōu)化汽輪機(jī)蒸汽管道，進(jìn)行余熱回收利用，降低汽輪機(jī)熱耗；選用節(jié)能型照明器具可節(jié)約照明用電70%以上。

2.6 優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行、降低廠用電率

可以參考已建成的同類機(jī)組的設(shè)計運(yùn)行情況，對用能設(shè)備的容量進(jìn)行合理優(yōu)化。該工程設(shè)計中選擇的一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵等裕量選擇偏大。根據(jù)已建成的同類機(jī)組設(shè)計運(yùn)行對用能設(shè)備的容量等方面進(jìn)行合理優(yōu)化，合理降低用能設(shè)備的電機(jī)功率可以顯著降低廠用電率。

3 煤矸石發(fā)電的環(huán)保節(jié)能潛力預(yù)測

按照煤炭工業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃，“十二五”末低熱值煤炭資源綜合利用發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到7 600萬kW?！笆濉逼陂g，我國將新增低熱值煤炭資源綜合利用發(fā)電裝機(jī)容量2 000萬kW。依此預(yù)估，我國煤矸石綜合利用發(fā)電年可利用低熱值煤3.8億t，相當(dāng)于回收12 270萬t標(biāo)準(zhǔn)煤，少占壓土地876 ha。

4 結(jié) 論

在低熱值煤發(fā)電項目設(shè)計建設(shè)過程中，做好主要用能工藝的方案對比、主要能耗設(shè)備選型和電廠副產(chǎn)品的資源綜合利用，可以有效降低機(jī)組能耗。對主要用能工藝和能耗設(shè)備進(jìn)行對標(biāo)和績效評價，合理科學(xué)的計算項目能耗，對項目能效水平進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的評估，根據(jù)評估結(jié)果對系統(tǒng)進(jìn)行再優(yōu)化，有助于確保低熱值煤發(fā)電項目在工程建設(shè)階段實(shí)現(xiàn)能耗控制目的，大大減少后期技改帶來的運(yùn)行風(fēng)險和經(jīng)濟(jì)投入。

低熱值煤綜合利用發(fā)電項目具有良好的節(jié)能環(huán)保前景，受多種原因影響，發(fā)展的過程中依然面臨一系列問題，類似于將低熱值煤發(fā)電項目完全等同于常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組的情況仍然廣泛存在，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模與“十三五”規(guī)劃提出的發(fā)展目標(biāo)還存在較大差距，需要從國家、地方和企業(yè)多個層面，合理推動該類項目的進(jìn)一步發(fā)展。