循環經濟在火電廠的應用與發展

朱長明 張文軍 高凌峰 江蘇鎮江諫壁電廠

一、循環經濟與傳統經濟

傳統經濟是“資源——產品——廢棄物”的單程物質流動模式，特點是創造的產品越多，消耗的資源和產生的廢棄物就越多，對資源的消耗和對環境的污染也就越大。循環經濟則是在人類的生產活動中控制廢棄物的產生，建立起反復利用自然的循環機制，把人類的生產活動納入自然循環中，維護自然生態平衡，促進資源高效及循環利用。因此，循環經濟是對“大生產、大消費、大廢棄”的傳統經濟模式下的深刻變革。

圖1 傳統經濟模式下的物質流向

圖2 循環經濟模式下的物質流向

二、我國火電行業發展的現狀

電能是優質高效的二次能源，是能源轉型的中心環節，經濟價值相當于等量煤炭的17.3倍，石油的3.2倍，電能消費占終端能源消費比重每提高一個百分點，能源強度下降3.7%。我國是一個以火力發電占主的國家，截至2019年底，全國煤電裝機10.4億千瓦，占發電裝機總量的52%，火電廠在生產中會產生一定的污染物和廢棄物從而對環境造成一定的影響，火電廠產生的污染物有燃燒生成的SO2，固定廢棄物粉塵及煤灰，排放污水及造成的熱污染，排放CO2造成的溫室效益等。據測算，我國能源利用率若能達到世界先進水平，每年可減少約二氧化硫排放400萬噸左右，固體廢棄物綜合利用率若提高1個百分點，每年可減少1000萬噸廢棄物的排放，粉煤灰綜合利用率若能提高20個百分點，就可以減少排放4000萬噸，這使經濟社會活動對資源環境的需求和生態環境的影響降低到最低程度，從根本上解決經濟發展和環境保護之間的矛盾，以達到經濟和生態的和諧統一。

三、火電廠循環經濟的循環利用

（一）火電廠脫硫石膏的循環利用

煤炭中含有硫元素，在鍋爐燃燒中會產生SO2，火電廠一般采用石灰石-石膏煙氣濕法脫硫，產生脫硫石膏的化學過程為：

運用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫生產的主要產物是二水石膏，綜合利用廣泛，可以適用于水泥緩凝劑、石膏制品，還可以用農業土地改良劑、用于筑路材料等。火電廠生產的石膏產量大、品質好、供應穩定，能降低石膏建材成本，從而使產業鏈的產值、附加值提高，使得火電廠的二水石膏有較強的產品競爭力。

脫硫二水石膏的循環利用，一方面可以減少天然石膏的開采，節約資源，減少不可再生資源的損耗；另一方面可以消除灰渣場的占地、排放造成環境污染問題，同時還可以為火電廠創造一定的經濟效益。

（二）火電廠粉煤灰的循環利用

圖3 電廠固體廢物綜合利用模式

我國粉煤灰的綜合利用遵循了循環經濟理念中減量化、資源化和無害化原則。我國從90年代開始推廣粉煤灰綜合利用技術，將粉煤灰變廢為寶。各地火電廠不斷增加粉煤灰改造，上馬粉煤灰的精處理項目，粉煤灰的經濟價值得到提高。各大小水泥企業用粉煤灰做摻和料，成本顯著降低，效益提高；農業中將粉煤灰作為農業肥料和土壤改良劑，彌補了土壤酸瘦板結的缺陷，同時作為農業肥料，降低了化肥的使用率；各公路建設單位大量用粉煤灰做路基，可顯著提高道路的抗滑性能，同時也能降低成本；粉煤灰應用于混凝土加工，可有效減少鋼梁的用鋼量，減輕自重，降低造價，已成為建筑市場的搶手貨；通過做吸附劑等環保材料，提高了粉煤灰的工業附加值。

通過對火電廠粉煤灰的再利用，節省了新建灰壩的投資，減少了對耕地的占用、對環境的污染，也給電廠及相關產業鏈的企業帶來了較好的經濟和社會效益。

（三）循環冷卻水余熱的循環利用

火電廠理論上采用朗肯循環，循環熱效率大約在40%左右，其中50%以上的熱損失伴隨著循環冷卻水被排放，循環冷卻水是指火電廠用于冷凝汽輪機排汽的冷卻水，在冷卻蒸汽的過程中會吸收大量的熱量。對于直流冷卻系統來說，大量火電廠的循環冷卻水排至江河、大海是一種資源的浪費。

由于火電廠循環冷卻水排水余溫在50°C以下，屬于低品位熱能，直接利用范圍較小。目前，國內開展其余熱利用的電廠很少，但是也有部分電廠進行了有效的研究和利用，比如采用熱泵技術將低溫熱源中無法被利用的廢熱集中起來，傳遞給要加熱的物質；利用火電廠的低品位熱量，如輸送熱水或蒸汽向植物工廠供暖，輸送蒸汽或熱水驅動制冷機產生冷媒水對植物工廠降溫，帶動火電行業與設施農業快速融合，對我國工廠化農業建設具有示范引導作用；沿海某電廠利用循環水排放的余熱濃縮海水，用于工業制鹽，縮短了制鹽周期，提高了鹽田產量，體現了循環經濟的魅力。

（四）二氧化碳的循環利用

推動能源清潔低碳高效安全利用，是“十四五”我國能源發展的基本方向，同時，隨著我國提出二氧化碳碳排放力爭于2030年達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和目標。據測算，中國二氧化碳排放量約為全球排放量的30%，其中燃煤電廠約占總排量的一半。目前中國的燃煤電廠發電量約為1000吉瓦，火電廠減排壓力巨大。

根據CO2分離回收方法的不同，電廠煙氣CO2捕集技術可分為富氧燃燒技術、燃燒前捕集技術和燃燒后捕集技術。其中，燃燒后捕集技術是指對燃料燃燒后產生煙氣中的CO2進行分離回收。該技術的優點是對現有電廠系統改造較小，只需在現有煙氣處理系統后增加CO2捕集裝置即可，因此是當前最具市場化潛力的捕集技術。

二氧化碳是地球上最豐富的碳資源，如果能實現資源化，進行循環利用，將大大減小溫室效應排放，為人類可持續發展尋求一條新的出路。

四、結論

循環經濟活動的行為準則即所謂“3R原則”，即減量化（reduce）原則、再使用（reuse）原則和再循環（recycle）原則，與火電廠節能減排、降本增效相吻合，循環經濟的實現使火電廠不再因為各項污染物的治理多花錢，反而從處理污染物中賺錢。火電廠有著巨大的四費排放量，從循環經濟的角度看，這也可以成為一種資源。

火電廠在循環經濟的指導下充分考慮到自然環境的恢復能力，提高了自然資源的利用效率，通過循環使用廢棄物，創造了良好的社會效益，同時也為企業提供了良好的經濟效益，實現了企業發展、環境保護、社會進步的共贏。