循環(huán)經(jīng)濟(jì)在火電廠的應(yīng)用與發(fā)展

朱長明 張文軍 高凌峰 江蘇鎮(zhèn)江諫壁電廠

一、循環(huán)經(jīng)濟(jì)與傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)

傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)是“資源——產(chǎn)品——廢棄物”的單程物質(zhì)流動模式，特點(diǎn)是創(chuàng)造的產(chǎn)品越多，消耗的資源和產(chǎn)生的廢棄物就越多，對資源的消耗和對環(huán)境的污染也就越大。循環(huán)經(jīng)濟(jì)則是在人類的生產(chǎn)活動中控制廢棄物的產(chǎn)生，建立起反復(fù)利用自然的循環(huán)機(jī)制，把人類的生產(chǎn)活動納入自然循環(huán)中，維護(hù)自然生態(tài)平衡，促進(jìn)資源高效及循環(huán)利用。因此，循環(huán)經(jīng)濟(jì)是對“大生產(chǎn)、大消費(fèi)、大廢棄”的傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式下的深刻變革。

圖1 傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)模式下的物質(zhì)流向

圖2 循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式下的物質(zhì)流向

二、我國火電行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀

電能是優(yōu)質(zhì)高效的二次能源，是能源轉(zhuǎn)型的中心環(huán)節(jié)，經(jīng)濟(jì)價(jià)值相當(dāng)于等量煤炭的17.3倍，石油的3.2倍，電能消費(fèi)占終端能源消費(fèi)比重每提高一個百分點(diǎn)，能源強(qiáng)度下降3.7%。我國是一個以火力發(fā)電占主的國家，截至2019年底，全國煤電裝機(jī)10.4億千瓦，占發(fā)電裝機(jī)總量的52%，火電廠在生產(chǎn)中會產(chǎn)生一定的污染物和廢棄物從而對環(huán)境造成一定的影響，火電廠產(chǎn)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(jù)測算，我國能源利用率若能達(dá)到世界先進(jìn)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(diǎn)，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(diǎn)，就可以減少排放4000萬噸，這使經(jīng)濟(jì)社會活動對資源環(huán)境的需求和生態(tài)環(huán)境的影響降低到最低程度，從根本上解決經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)之間的矛盾，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的和諧統(tǒng)一。

三、火電廠循環(huán)經(jīng)濟(jì)的循環(huán)利用

（一）火電廠脫硫石膏的循環(huán)利用

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

運(yùn)用石灰石-石膏濕法煙氣脫硫生產(chǎn)的主要產(chǎn)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(nóng)業(yè)土地改良劑、用于筑路材料等?；痣姀S生產(chǎn)的石膏產(chǎn)量大、品質(zhì)好、供應(yīng)穩(wěn)定，能降低石膏建材成本，從而使產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)值、附加值提高，使得火電廠的二水石膏有較強(qiáng)的產(chǎn)品競爭力。

脫硫二水石膏的循環(huán)利用，一方面可以減少天然石膏的開采，節(jié)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(huán)境污染問題，同時還可以為火電廠創(chuàng)造一定的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）火電廠粉煤灰的循環(huán)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(huán)經(jīng)濟(jì)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(shù)，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(xiàng)目，粉煤灰的經(jīng)濟(jì)價(jià)值得到提高。各大小水泥企業(yè)用粉煤灰做摻和料，成本顯著降低，效益提高；農(nóng)業(yè)中將粉煤灰作為農(nóng)業(yè)肥料和土壤改良劑，彌補(bǔ)了土壤酸瘦板結(jié)的缺陷，同時作為農(nóng)業(yè)肥料，降低了化肥的使用率；各公路建設(shè)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(yīng)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(jià)，已成為建筑市場的搶手貨；通過做吸附劑等環(huán)保材料，提高了粉煤灰的工業(yè)附加值。

通過對火電廠粉煤灰的再利用，節(jié)省了新建灰壩的投資，減少了對耕地的占用、對環(huán)境的污染，也給電廠及相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。

（三）循環(huán)冷卻水余熱的循環(huán)利用

火電廠理論上采用朗肯循環(huán)，循環(huán)熱效率大約在40%左右，其中50%以上的熱損失伴隨著循環(huán)冷卻水被排放，循環(huán)冷卻水是指火電廠用于冷凝汽輪機(jī)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(tǒng)來說，大量火電廠的循環(huán)冷卻水排至江河、大海是一種資源的浪費(fèi)。

由于火電廠循環(huán)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(nèi)開展其余熱利用的電廠很少，但是也有部分電廠進(jìn)行了有效的研究和利用，比如采用熱泵技術(shù)將低溫?zé)嵩粗袩o法被利用的廢熱集中起來，傳遞給要加熱的物質(zhì)；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(qū)動制冷機(jī)產(chǎn)生冷媒水對植物工廠降溫，帶動火電行業(yè)與設(shè)施農(nóng)業(yè)快速融合，對我國工廠化農(nóng)業(yè)建設(shè)具有示范引導(dǎo)作用；沿海某電廠利用循環(huán)水排放的余熱濃縮海水，用于工業(yè)制鹽，縮短了制鹽周期，提高了鹽田產(chǎn)量，體現(xiàn)了循環(huán)經(jīng)濟(jì)的魅力。

（四）二氧化碳的循環(huán)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(fā)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(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)。據(jù)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(fā)電量約為1000吉瓦，火電廠減排壓力巨大。

根據(jù)CO2分離回收方法的不同，電廠煙氣CO2捕集技術(shù)可分為富氧燃燒技術(shù)、燃燒前捕集技術(shù)和燃燒后捕集技術(shù)。其中，燃燒后捕集技術(shù)是指對燃料燃燒后產(chǎn)生煙氣中的CO2進(jìn)行分離回收。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是對現(xiàn)有電廠系統(tǒng)改造較小，只需在現(xiàn)有煙氣處理系統(tǒng)后增加CO2捕集裝置即可，因此是當(dāng)前最具市場化潛力的捕集技術(shù)。

二氧化碳是地球上最豐富的碳資源，如果能實(shí)現(xiàn)資源化，進(jìn)行循環(huán)利用，將大大減小溫室效應(yīng)排放，為人類可持續(xù)發(fā)展尋求一條新的出路。

四、結(jié)論

循環(huán)經(jīng)濟(jì)活動的行為準(zhǔn)則即所謂“3R原則”，即減量化（reduce）原則、再使用（reuse）原則和再循環(huán)（recycle）原則，與火電廠節(jié)能減排、降本增效相吻合，循環(huán)經(jīng)濟(jì)的實(shí)現(xiàn)使火電廠不再因?yàn)楦黜?xiàng)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(fèi)排放量，從循環(huán)經(jīng)濟(jì)的角度看，這也可以成為一種資源。

火電廠在循環(huán)經(jīng)濟(jì)的指導(dǎo)下充分考慮到自然環(huán)境的恢復(fù)能力，提高了自然資源的利用效率，通過循環(huán)使用廢棄物，創(chuàng)造了良好的社會效益，同時也為企業(yè)提供了良好的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、社會進(jìn)步的共贏。