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2015年，我國(guó)煤炭消耗總量約為29.5億t，電煤消耗占總消耗量的52%，燃煤電廠二氧化硫排放量占全國(guó)的26%，是導(dǎo)致空氣污染的主要原因之一。

最新的GB13223一2011《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)鍋爐二氧化硫排放濃度進(jìn)行了更嚴(yán)格地限制。2017年，我國(guó)在政府工作報(bào)告中再次提及超低排放，在2020年前對(duì)燃煤機(jī)組全面實(shí)施超低排放和節(jié)能改造。截止目前，我國(guó)超低排放新格局已基本形成，多種污染物控制技術(shù)也趨于成熟，針對(duì)火電廠燃煤煙氣脫硫，托盤塔技術(shù)改造即可有效降低SOz排放濃度，同時(shí)達(dá)到脫硫除塵的目的。

由于減排技術(shù)及污染物排放濃度的限制，實(shí)現(xiàn)“超低排放”會(huì)造成經(jīng)濟(jì)上投入增加較多的現(xiàn)象，但其所帶來(lái)的環(huán)境效益卻相對(duì)薄弱。費(fèi)效分析可有效研究技術(shù)可行性及不同減排情景下的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)提高電廠污染物控制效率，改善大氣環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。本文即從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益角度，研究燃煤電廠脫硫設(shè)施運(yùn)行各因素對(duì)脫硫成本效益的影響情況，以及超低排放改造后的成本和由此減少的污染物排放量，以“費(fèi)用最小化、效益最大化”為原則，尋求節(jié)能減排新途徑。

1燃煤電廠二氧化硫排放及減排措施現(xiàn)狀

文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)顯示，2014年全國(guó)廢氣中二氧化硫排放量為1975萬(wàn)t，工業(yè)二氧化硫排放量為1740萬(wàn)t，占總二氧化硫排放量的88%。如圖1所示，自“十三五”實(shí)施以來(lái)，我國(guó)二氧化硫排放量呈下降趨勢(shì)，這與電力行業(yè)大力推進(jìn)脫硫措施密切相關(guān)。

圖1近5年SO2排放情況

為滿足日益嚴(yán)格的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)燃煤脫硫機(jī)組容量呈現(xiàn)不斷增長(zhǎng)的趨勢(shì)，2015年當(dāng)年新建投運(yùn)火電廠煙氣脫硫機(jī)組容量約0.53億kW，截止2015年底，全國(guó)已投運(yùn)火電廠煙氣脫硫機(jī)組容量約8.2億kW，占全國(guó)火電機(jī)組容量的82.8%，占全國(guó)煤電機(jī)組容量的92.8%。其中，石灰石一石膏濕法所占的比例高達(dá)93%，除此之外，還包括煙氣循環(huán)流化床法、氨法、海水法等，如圖2所示。

圖22015年電廠脫硫機(jī)組的脫硫方法

針對(duì)燃煤電廠目前應(yīng)用最廣泛的石灰石一石膏濕法脫硫技術(shù)，構(gòu)建費(fèi)效計(jì)算模型，開(kāi)展費(fèi)效情景分析，對(duì)實(shí)現(xiàn)火電廠環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙贏具有重要意義。

2石灰石一石膏法脫硫費(fèi)效計(jì)算模型

2.1費(fèi)用計(jì)算模型

燃煤電廠煙氣脫硫系統(tǒng)運(yùn)行成本包括固定成本和變動(dòng)成本兩部分。固定成本OPE固，SO2通常包括折舊成本、維修成本、人工成本和管理成本，變動(dòng)成本OPE變,SO2即脫硫技術(shù)的物耗量，與爐型f，煤質(zhì)cq、控制技術(shù)t、機(jī)組容量q、污染物入口濃度c、脫除效率η以及年利用小時(shí)數(shù)h有關(guān)。煙氣脫硫運(yùn)行成本計(jì)算公式見(jiàn)式(1):

石灰石一石膏法脫硫的物耗包括石灰石耗量、電力耗量及工藝水耗量，計(jì)算見(jiàn)式(2)：

本文以脫硫設(shè)施的噸污染物脫除成本及單位發(fā)電量運(yùn)行成本來(lái)衡量石灰石一石膏法脫硫的經(jīng)濟(jì)性，其計(jì)算方法見(jiàn)式(3)、式(4)：

2.2減排效益模型

隨著機(jī)組脫硫設(shè)施裝機(jī)容量的逐漸增大，二氧化硫減排量亦在逐年增加，2015年SOz排放量比上年減少5.8%，在改善空氣質(zhì)量問(wèn)題的同時(shí)也為我國(guó)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。電廠脫硫的經(jīng)濟(jì)效益主要來(lái)源于排污費(fèi)的減少和環(huán)保電價(jià)的補(bǔ)貼，污染物減排的環(huán)境效益以污染物減排量為指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，因此，根據(jù)物料衡算法，石灰石一石膏法脫硫的環(huán)境效益由式(5)計(jì)算：

2007年我國(guó)發(fā)布《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》，規(guī)定二氧化硫排污費(fèi)為1.26元/kg，燃煤電廠脫硫設(shè)施上網(wǎng)電價(jià)執(zhí)行在現(xiàn)行上網(wǎng)電價(jià)基礎(chǔ)上加價(jià)1.5分/(kW˙h)的脫硫加價(jià)政策。因此，燃煤電廠脫硫經(jīng)濟(jì)效益的計(jì)算為：

通過(guò)計(jì)算費(fèi)效比，更為直觀的分析脫硫技術(shù)的經(jīng)濟(jì)可行性，當(dāng)費(fèi)效比<1時(shí)，說(shuō)明該技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行，反之不可行，費(fèi)效比的計(jì)算見(jiàn)式(7):

3石灰石一石膏法脫硫費(fèi)效分析

本研究所用數(shù)據(jù)通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研、統(tǒng)計(jì)等方法獲得，因素定值設(shè)定如下:煤質(zhì)發(fā)熱量Qarcq,。取20934kJ/kg，燃煤鍋爐，根據(jù)現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格調(diào)研，石灰石價(jià)格取130元/t，工藝水價(jià)格取5元/t，上網(wǎng)電價(jià)取0.3365元/(kW﹒h)，經(jīng)計(jì)算A值為0.1633。本文即選定若干影響脫硫設(shè)施運(yùn)行的關(guān)鍵因素，包括機(jī)組容量、年運(yùn)行時(shí)間、不同SOz排放限值、煤炭中硫含量等進(jìn)行分析研究，得出各因素對(duì)脫硫成本及效益的影響規(guī)律，以尋求石灰石一石膏法脫硫設(shè)施運(yùn)行的最佳狀態(tài)。

3.1模型機(jī)組容量對(duì)成本效益的影響

設(shè)定含硫量為1%，脫硫效率為95%，機(jī)組容量分別為100,200,300,600,1000WM，年運(yùn)行時(shí)間為5000h，分別計(jì)算其噸SO2脫除成本、單位發(fā)電量運(yùn)行成本和年減排量。如圖3、圖4所示，大容量機(jī)組有助于降低噸SOz脫除成本及單位發(fā)電量運(yùn)行成本。隨著機(jī)組容量的增加，噸SOz脫除成本逐漸減小，是因?yàn)槊摿蛟O(shè)施總運(yùn)行成本和年SOz減排量都呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，但幅度不同，導(dǎo)致噸SO2減排成本降低。在脫硫效率和含硫量一定時(shí)，隨著機(jī)組容量提升，單位發(fā)電量運(yùn)行成本逐漸減少，主要是因?yàn)殡S著機(jī)組規(guī)模增大，單位容量投資成本逐漸減少;脫硫電耗率降低，導(dǎo)致電耗成本減少;鍋爐熱效率升高，發(fā)電標(biāo)煤耗降低，使得石灰石耗量減少，成本隨之降低;水耗量雖逐漸增大，但單位發(fā)電量的成本與規(guī)模效應(yīng)有關(guān)，呈減少趨勢(shì)?？偠灾?，機(jī)組規(guī)模越大，脫硫設(shè)施單位發(fā)電量運(yùn)行成本越低。

如圖5所示，大容量機(jī)組的污染物年減排量較大，主要是因?yàn)榘l(fā)電標(biāo)煤耗隨著容量的增加而減少，使SOz排放量減少。脫硫設(shè)施的費(fèi)用效益比值<1，且隨著機(jī)組容量的增大而減小，說(shuō)明大容量機(jī)組的經(jīng)濟(jì)效益更為顯著，有利于實(shí)現(xiàn)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的雙贏。

3.2年運(yùn)行小時(shí)數(shù)對(duì)成本的影響

年運(yùn)行時(shí)間是影響脫硫設(shè)施運(yùn)行成本的重要因素，設(shè)定燃煤含硫率為1%，脫硫率為95%，機(jī)組容量分別為600,1000MW,分別計(jì)算年利用時(shí)間為4000,4500,5000,5500,6000h下的單位發(fā)電量運(yùn)行成本及噸SO2脫除成本，如圖6、圖7所示。隨著年利用時(shí)間的增加，單位發(fā)電量運(yùn)行成本及噸SO2脫除成本均呈減少趨勢(shì)。

在中國(guó)的電力監(jiān)管框架下，電網(wǎng)公司不僅擁有和經(jīng)營(yíng)輸配電網(wǎng)絡(luò)，而且還是該系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)商，決定每個(gè)電廠發(fā)電和向電網(wǎng)銷售電力的小時(shí)數(shù)。如果系統(tǒng)操作員可以根據(jù)每個(gè)發(fā)電廠的排放情況調(diào)度運(yùn)行時(shí)間，增加“清潔”電廠的運(yùn)行時(shí)間，同時(shí)減少“污染”電廠的運(yùn)行時(shí)間，以支持那些已經(jīng)安裝并且脫硫效率高的電廠，在達(dá)到更好減排效果的同時(shí)降低成本。

3.3不同SO2排放限值對(duì)成本的影響

近幾年，我國(guó)正推動(dòng)燃煤電廠超低排放改造以接近天然氣電廠水平，會(huì)對(duì)解決大氣環(huán)境問(wèn)題帶來(lái)積極的影響。分別針對(duì)100,200,300,600,1000MW機(jī)組，燃燒相同含硫量1%的煤，分析計(jì)算SO2排放達(dá)到一般地區(qū)排放限值100mg/m3、重點(diǎn)地區(qū)排放限值50mg/m3及超低排放限值35mg/m3這3種情景的成本，如圖8、圖9所示。達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)SO2排放限值的單位發(fā)電量運(yùn)行成本比達(dá)到一般地區(qū)排放限值的成本高約20%，噸SO2脫除成本高約15%;達(dá)到超低排放限值的單位發(fā)電量運(yùn)行成本比達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)排放限值的成本高約10%，噸SO2脫除成本高約8%。

圖8不同容量機(jī)組達(dá)到不同排放限值的單位發(fā)電量運(yùn)行成本

圖9不同容量機(jī)組達(dá)到不同排放限值的噸SO2脫除成本

4托盤塔技術(shù)改造

托盤塔技術(shù)是在吸收塔內(nèi)增設(shè)一層多孔合金托盤，使煙氣在托盤截面分布均勻，在煙氣從托盤下往上流動(dòng)過(guò)程中，有效吸收SO2。目前，巴布科克一威爾科克斯公司的專利技術(shù)托盤應(yīng)用最為普遍，我國(guó)武漢凱迪電力環(huán)保有限公司引進(jìn)了該技術(shù)?；鹆Πl(fā)電機(jī)組可在現(xiàn)有脫硫塔的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，工程量小，提高SO2吸收效率的同時(shí)，降低脫硫能耗。日前，該技術(shù)在長(zhǎng)興電廠、玉環(huán)電廠的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果顯示:排放煙氣中p(SO2),20mg/耐，表明該技術(shù)在超低排放上取得了突破，實(shí)現(xiàn)了燃煤機(jī)組“超低排放”。

本文基于費(fèi)效計(jì)算模型，研究原有石灰石一石膏法脫硫設(shè)施經(jīng)托盤塔技術(shù)改造后的成本效益，計(jì)算費(fèi)效比，分析其經(jīng)濟(jì)可行性。設(shè)定含硫量為1%，脫硫效率為95%，年運(yùn)行5000h，機(jī)組容量分別為600、1000MW，其噸SO2脫除成本及單位發(fā)電量運(yùn)行成本如圖10、圖11所示。

圖10600MW和1000MW機(jī)組托盤塔改造前后的噸SO2脫除成本

圖11600MW和000MW機(jī)組托盤塔改造前后的單位發(fā)電量運(yùn)行成本

由圖10、圖11可以看出：托盤塔改造后單位發(fā)電量運(yùn)行成本有小幅度增加的趨勢(shì)，但噸SO2脫除成本大大減少，SO2減排量明顯增加，經(jīng)計(jì)算，機(jī)組費(fèi)效比約0.04<1，說(shuō)明托盤塔改造經(jīng)濟(jì)可行，減排效果顯著。雖然增設(shè)托盤后漿液循環(huán)泵流量降低，但是系統(tǒng)所需增壓風(fēng)機(jī)規(guī)模加大，使總電耗略有增加;托盤塔的使用提高了脫硫設(shè)施吸收SO2的能力，減排能力大大提升。增設(shè)托盤塔后投資費(fèi)用增加約80萬(wàn)元，年運(yùn)行成本也有所增加，但其減少的排污費(fèi)和電價(jià)補(bǔ)貼所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益遠(yuǎn)大于成本增加的費(fèi)用，因此托盤塔超低排放改造的環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益顯著，并且對(duì)系統(tǒng)節(jié)能降耗有良好效果。

5結(jié)論

1)在含硫量和脫硫效率一定時(shí)，隨著機(jī)組容量的增加，噸SO2脫除成本及單位發(fā)電量運(yùn)行成本均逐漸減少，年減排量逐漸增大，費(fèi)效比逐漸減小，即大容量機(jī)組有利于節(jié)省費(fèi)用，減排效益明顯。

2)在含硫量和脫硫效率一定時(shí)，設(shè)定機(jī)組容量為600MW，計(jì)算發(fā)現(xiàn)，隨著年運(yùn)行時(shí)間的增加，噸SO2脫除成本及單位發(fā)電量運(yùn)行成本均呈減少趨勢(shì)，建議電網(wǎng)公司根據(jù)每個(gè)發(fā)電廠的污染物排放情況調(diào)整其運(yùn)行時(shí)間，對(duì)污染物排放量較低的電廠給予較高的年運(yùn)行時(shí)間，在達(dá)到更好減排效果的同時(shí)降低成本。

3)在含硫量一定時(shí)，達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)SO2排放限值的單位發(fā)電量運(yùn)行成本比達(dá)到一般地區(qū)SO2排放限值的成本高約20%，噸SOZ脫除成本高約15%;達(dá)到超低排放限值的單位發(fā)電量運(yùn)行成本比達(dá)到重點(diǎn)地區(qū)排放限值的成本高約10%，噸SO2脫除成本高約8%。

4)托盤塔技術(shù)可有效降低煙氣中二氧化硫濃度，提高SO2吸收效率。設(shè)定含硫量為1%，脫硫效率為95%，年運(yùn)行5000h，機(jī)組容量分別為600、1000MW，對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，增設(shè)托盤塔后SO2吸收率及年減排量大大增加，費(fèi)效比<1，環(huán)境、經(jīng)濟(jì)效益明顯。該改造方法亦可作為火電廠脫硫裝置改造的首選方法。