試論山西煤電工業循環經濟研究

試論山西煤電工業循環經濟研究

　　【論文摘要】本文在分析山西當前煤電工業現狀和存在問題的基礎上，以循環經濟理念為指導，提出從提高燃煤發電效率、綜合利用煤電工業廢棄物、實施節水措施等角度解決山西煤電工業存在的問題，從而從技術層面和政策層面把握山西煤電發展循環經濟。

　　【論文關鍵詞】煤電工業；火電廠；循環經濟
　　
　　經濟發展，電力先行，電力工業是國民經濟發展中最重要的、關系國計民生的基礎能源產業，世界各國在經濟發展戰略中都把電力工業作為優先發展的重點領域。山西是我國主要的煤電生產大省之一，近年來山西省在大力發展煤電工業，為國民經濟發展做出重大貢獻的同時，也給本省的生態環境帶來了沉重的壓力，成為經濟發展的一大瓶頸。對于山西煤電工業存在著的高能耗、高污染和低效率的現實情況，全面推行循環經濟的生產模式，已成為山西煤電工業進入良性發展的必要措施。

　　一、循環經濟基礎理論

　�。ㄒ唬┭�環經濟的內涵
　　循環經濟（recycle economy）本質上是一種生態經濟。它是以資源能源物料閉合循環利用的經濟形態來持續循環產生效益的生產經營形式。它把生態設計、清潔生產、資源綜合利用、再生資源回收利用等融為一體，強調節約和有效利用資源，以物質、能量梯次和閉合循環使用為特征，在生產和消費過程中以最小成本追求最大的經濟效率和生態效益，是一種新型、先進的經濟形態。
　　（二）循環經濟的基本原則
　　循環經濟遵循“減量化、再使用、再循環、無害化”的行為準則，稱之為“3R”原則，每一項原則對于循環經濟的成功實踐都是必不可少的：
　　1.減量化（Reduce）。循環經濟主張從源頭減少進入生產和消費領域的物質流和能量流，控制污染物的產生，在經濟活動的源頭就注意節約資源和減少污染，從而減輕整個社會經濟活動對生態環境產生的壓力。
　　2.再利用（Reuse）。再利用原則屬于過程性方法，目的在于提高產品的利用效率，是延長產品壽命周期最有效辦法，通過對所購買的產品進行重復使用，在一定程度上減輕了輸入端對物質投入量的需求。資源利用率與環境污染率是成反比關系的：資源利用效率越高，環境污染率就越低，原因是把原來污染了環境的那部分資源綜合利用起來了。
　　3.再循環（Recycle）。再循環原則主要通過對廢棄物的再生利用和資源化來實現，資源化存在兩種方式，一種是原級資源化，即將消費者遺棄的廢棄物資源化后形成與原來相同的新產品；第二種是次級資源化，即廢棄物被變成不同類型的新產品。

　　二、國內外研究及實施狀況

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　　從1998年中國開始引入循環經濟理念開始，目前我國的循環經濟正從宣傳示范的啟動階段走向建立政策機制的推動階段，國內煤電工業循環經濟研究理論與實踐主要體現在以下四個方面。
　　1.發展整體煤氣化聯合循環發電技術（IGCC）

　　3.發展超臨界和超超臨界燃煤發電技術
　　參照電力行業標準，超臨界機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）的機組；超超臨界機組為主蒸汽壓力達到28.0 MPa以上，或主蒸汽溫度和（或）再熱蒸汽溫度為593℃及以上的超臨界機組。超超臨界機組蒸汽參數愈高，熱效率也隨之提高。亞臨界機組的發電效率約為38%，而超臨界機組的發電效率約為41%。
　　4.建立火電廠生態工業園區
　　火電廠生態工業園是以火電廠為核心，利用電、水、熱和物質副產品與其他企業聯合形成生態產業鏈，使園區內資源得到最佳配置，廢物得到高效利用，環境污染降到最低水平。國外的火電廠生態工業園區發展較早，丹麥的卡倫堡生態工業園是一個以大型火電廠為中心發展網絡共生生態工業園的成功例子。以丹麥卡倫堡生態工業園區模式為樣板，美國、加拿大、法國等國家也很早就開始了生態工業園區規劃和建設實踐，并取得豐富經驗。其他國家如泰國、印度尼西亞、菲律賓、納米比亞和南非等發展中國家也正積極興建生態工業園。

　　三、山西煤電工業存在的問題及原因分析

　 （一）山西煤電發展中存在的問題
　　1.機組參數低、能耗高
　　山西的供電煤耗與世界先進水平相差約40～50g/kW·h，與世界先進水平相比，目前山西省一年發電多耗標準煤約900萬噸。山西省火電廠平均裝機耗水率比國際先進水平也高出40%。比如，山西陽光發電有限責任公司的供電標準煤耗高達351g/kW·h，比國際先進水平（320克/千瓦時）高出31g/kw·h。
　　2.環境污染嚴重
　　山西電力的構成中約80%以上是煤電，在電源結構方面今后相當長的時間內將繼續維持燃煤機組為主的基本格局。眾所周知，火力發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面效應：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引起局部地區酸雨；二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放會引起全球氣候變暖等。
　　3.資源浪費嚴重
　　山西煤系地層中共生、伴生的礦產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，這些礦產資源還沒有得到綜合開發利用。同時煤炭工業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組，這些機組設備老化、技術落后、效益低下，造成煤耗的增大。
　 （二）造成當前局面的原因
　　1.機組容量不合理，燃煤發電總體效率低下
　　截至2010年底，山西省發電裝機容量達到4700萬千瓦，其中外送電裝機容量1515萬千瓦，其中，10萬千瓦以下機組的裝機容量占12.32%。據統計，一臺30萬千瓦發電機組，每發電1千瓦時的煤耗約為330克標準煤，一臺60萬千瓦超臨界發電機組每發電1千瓦時的煤耗為300克標準煤，而13.5萬千瓦及以下機組每發電1千瓦時煤耗為350至400克，比30萬千瓦機組約多煤耗15%，比60萬千瓦超臨界機組約多煤耗26%。在熱效率方面，60萬千瓦超臨界機組的電廠熱效率達41%，30萬千瓦機組電廠的熱效率為38%左右，而13.5萬千瓦及以下機組電廠的熱效率都在35%以下。
　　2.煤電工業的廢棄物沒有合理利用
　　煤電工業產生的廢棄物有煤矸石、粉煤灰和硫化物等，這些物質大多都有一定的回收利用價值，如果不加以利用不僅造成很大浪費，而且更重要的是引起嚴重的環境污染。
　　3.水資源緊缺，制約煤電工業發展
　　山西是以煤電和冶金為主的重工業經濟結構，電力、冶金、煤炭、化工和機械行業的取水量占到全省規模以上工業取水量的90.9%。廢水排放量逐年增加，而目前的處理能力還不到一半，大部分未經處理的污水直接排人河道或滲入地下，污染由點向面擴展，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，動態平衡破壞，地表塌陷，泉水減少，同時還污染河道，使水資源和生態環境受到嚴重破壞。

　　四、促進山西煤電工業發展循環經濟的主要措施

　　促進山西煤電工業發展循環經濟，需要企業與政府職能部門共同以循環經濟為指導核心思想，大力推行循環經濟戰略措施。具體來說，山西煤電工業發展循環經濟主要有以下幾方面措施。
　 （一）提高燃煤發電效率（減量化Reduce）
　　1.發展整體煤氣化聯合循環發電技術（IGCC）
　　加快整體煤氣化聯合循環電站建設，采用IGCC技術改造現有中小火電機組，促進火電產業技術升級。整體煤氣化聯合循環發電系統，是將煤氣化技術和高效的聯合循環相結合的先進動力系統，既有高發電效率，又有極好的環保性能。同樣是傳統煤炭能源，IGCC集高發電效率和環保性能于一體，彌補了煤炭利用單項技術難以同時滿足效率、成本和環保等多方面的不足，因此，IGCC應當成為山西煤電工業未來發展的主要方向。
　　2.繼續實施“上大壓小”，提高機組整體容量
　　通常，發電機組單機容量越大，發電效率越高。如前所述，山西煤電系統中，10萬千瓦以下機組的裝機容量占12.32%，因此，山西省有必要進一步加大實施“上大壓小”的措施，提高發電機組的整體容量，促進超臨界循環流化床發電技術、超超臨界燃煤發電技術等高效潔凈的燃煤發電技術大規模商業化。
　 （二）綜合利用煤電工業的廢棄物（再利用Reuse）
　　1.對煤矸石進行綜合利用
　　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，煤矸石發電是經濟效益和社會效益最好的一種途徑。對于煤矸石中碳的含量大于20%的，因其發熱量高而宜作為燃料發電。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。
　　2.煤矸石的工程應用
　�。�1）用作公路路基。由于煤矸石具有良好的工程性能，在工程應用方面幾乎涉及各類工程，如作為充填材料替代一般土石構筑公路和鐵路的路基與路堤、水工建筑的壩體和護層，以及其他地基的墊層等。
　�。�2）復墾及回填礦井采空區。對逐漸風化的、不便利用的矸石山，可進行復墾、綠化；對表面已風化成土的大矸石山，可直接種樹或開墾為牧場；另外，還可以利用煤矸石充填溝谷、塌陷區等低洼的建筑工程用地，或用于回填礦井采空區及廢舊礦井，既可使采煤破壞的土地得到恢復，又可減少煤矸石的占地及對環境的污染。
　　3.利用煤矸石制磚和生產高附加值產品
　　煤矸石燒結磚是以煤矸石為主要原料，替代部分或者全部粘土燒制而成的一種新型建筑墻體材料，煤矸石用量一般占坯料量的80%以上，有的甚至全部以煤矸石為原料。山西省的煤矸石品味好，可用于增白和超細高嶺土、鋁鹽系列化學品等高附加值產品的生產上。利用煤矸石煅燒的高嶺土白度高、細度純、高分散性、高遮蓋力、可塑性、電絕緣性、化學穩定性等特點，在多種行業廣泛采用。
　 （三）發展空冷機組發電，實施節水措施（再循環Recycle）
　　1.發展空冷機組電廠
　　燃煤電站采用空冷系統是解決山西富煤貧水矛盾的有效措施�？绽錂C組在水耗上有著很大的優勢：①空冷機組水耗指標是常規自然冷卻機組水耗指標的1/3.5～1/5之間；②機組規模越小空冷機組節水能力相對越強，如30萬千瓦空冷機組的水耗指標約是帶冷卻塔的二次循環冷卻機組的1/5；60萬千瓦的空冷機組的水耗指標約是帶冷卻塔的二次循環冷卻機組的1/4.5；100萬千瓦的空冷機組的水耗指標約是帶冷卻塔的二次循環冷卻機組的1/3.5。因此結合山西特有的煤炭資源優勢和水資源劣勢，大力發展空冷機組技術是山西煤電工業長期持續發展的必然選擇。
　　2.提高火電廠水循環用水效率
　 （1）火電廠廢水的再利用
　　現代燃煤火力電廠的廢水來源主要有：沖灰水、鍋爐排污水；主廠房生產排污水、輔助設備與機械冷卻水的排水；凝結水凈化設備的排水；凝汽器的冷卻排水或冷卻設備的排污水；水處理裝置的排污水；生活污水；輸煤系統的清洗水、貯煤場排水及廠區雨水排水等�；痣姀S廢水回用不僅可以補充水資源，而且可以減輕水體污染，保持水體的生態平衡和良好的環境�；痣姀S還可以從實施廢水再生回用的收益中補償其部分投人，降低企業的生產成本，最終形成廢水回用率逐年提高的良性循環局面。
　 （2）提高冷卻塔效率，降低循環冷卻水用量
　　火電廠耗水主要是冷卻塔水量損失（約為全廠耗水的70%），包括蒸發損失、風吹損失和排污損失。冷卻塔損失水量的大小主要取決于循環水量的大小。為了提高冷卻塔效率，減少循環冷卻水用量，可以采取以下措施：①將水泥填料更換為高性能塑料填料，瓷嘴瓷碟噴淋裝置更換為塑料反射型噴淋裝置。②加強維護，定期對冷卻塔進行清理，修復損壞設備，更換已損壞的填料和噴淋裝置，保證有效的淋水面積和淋水密度。③加裝收水器，減少風吹損失。④冷卻塔水池設置水位計，將水位信號與弱酸處理系統聯鎖，根據水池水位的高低，相應增減弱酸處理系統水量。⑤冷卻塔補水管設置定水位控制閥門，避免循環水溢流。

　　五、結語

　　社會經濟的發展客觀要求電力工業采用更節能、環境更友好的綠色電力。山西以煤電為主的能源供應格局，決定了發展煤電工業必須走循環經濟的途徑，使之走上可持續發展之路。同時，對于山西這樣一個工業占很大比重尤其是重化傾向嚴重的省份來說，推行循環經濟具有特別重要的意義。

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