探討火力發電廠環保設備運行成本

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摘要：針對火力發電廠環保設備的運行成本進行研究，為火力發電廠節能減排提供理論依據，呼吁企業生產注意保護我們賴以生存的環境。

關鍵詞：火力發電廠；環保設備；節能減排

引言

我國煤炭產量居世界首位，儲藏量居世界前三位，煤炭作為我國主要能量來源，廣泛應用于工業生產。我國對于煤炭的使用以煤炭發電為主，從而形成了“以電力為中心、以煤炭為基礎”的能源政策。煤炭為中心的能源政策也決定了我國煤煙型大氣污染的現狀。酸性氣體是煤炭燃燒排放的主要污染物之一，因煤炭燃燒而排放的NOx和SO2對生態環境的影響、對工農設施的破壞和對人體健康的危害不容小覷。電力工業是煤炭使用與污染排放的大戶，近年來，我國脫硫脫硝裝置配備率居世界首位，還要不斷摸索出環保設備運行的最優條件，提高設備利用率，降低設備運行成本，保證環保設備高效穩定地運行。

1國內外火力發電廠環保設備應用現狀

國際上對煙氣脫硫的研究早于我國，20世紀60年代濕法煙氣脫硫技術就已在國外被研發，20世紀80年代，脫硫脫硝工藝被進一步完善，先后出現了NOxSO、DESONOx、尿素法和海水脫硫脫硝等手段。到20世紀90年代，濕法煙氣脫硫技術經過三十年的發展已經具有很好的運行穩定性和較高的脫硫效率，廣泛應用在世界電廠尾氣末端治理上。我國目前廣泛應用的脫硫技術包括石灰石—石膏濕法、海水脫硫法等，在脫硫技術上已達到世界領先水平，工程造價成本也大幅度降低。環保設備投入生產后，其運行成本隨運行工藝和工況隨時發生變化，因此，火力發電廠環保設備的運行成本成為今年來研究者較為關心的問題[1]。

2火力發電廠環保設備運行成本模型

目前世界上主要以三個指標對生產所產生的環境成本進行評估：一是以污染所損害的價值作為計算標準；二是以污染后對污染的治理和補償作為計算標準；三是以預防污染發生所投資的成本作為計算標準。我國對環保成本的核算形式多種多樣，但大都依據經濟學理論對其建模分析，所涉及參數一般包括火電廠環保設備的投資成本、設備折舊率、設備在使用年限內參與發電量和設備使用過程中的維護費用等，為保證火電廠收支平衡，環保設備上所進行的投入應與未經治理的污染物排放所產生的經濟損失相當。通過數學公式表達火電廠環保設備所用成本應為：其中：C為火電廠環保設備運行所需成本；Cy為原材料消耗產生的成本；Cs，Cd，Cc，CS分別為用水、電、催化劑、蒸氣所產生的成本；Cr為人工成本；Cbm為設備運行期間的維護成本。其中原材料的消耗成本C根據實際生產情況包括脫硫所產生的原材料消耗與脫硝所產生的原材料消耗，具體情況根據污染物排放量與環保工藝的目的進行分析。而Cd作為環保設備運行過程中耗電所產生的成本，Cd的核算往往與用電量、額定出力和用電市場有關：其中：cd為電價；ε為廠環保設備用電率；N為額定出力；T為環保設備年使用時長。Cr作為人工成本，計算復雜，一般可用參與環保設備運行工人數乘工人平均工資進行簡單估算。下面，我們針對具體的脫硫和脫硝對其環保設備運行成本進行詳細分析。

2.1脫硫環保設備運行成本

我國火電廠脫硫主要以石膏濕法脫硫工藝為主。石膏濕法脫硫是將氧化鈣或碳酸鈣與水混合制成吸收劑，在吸收塔中對廢氣中的SO2進行吸收，其涉及的化學反應方程式有：從化學反應方程式中可以看出，要吸收1mol的SO2至少需要1mol的CaCO3，則消耗單位質量的SO2所用的CaCO3的質量應為QCaCO3=（100/64）QSO2=1.5625QSO2而一座火電廠每年所產生SO2的質量為QSO2=QTQ（QSO2入-QSO2出）*T/ξ。其中，QTQ為鍋爐每小時產生煙氣量；QSO2入和QSO2出分別為FGD入口和出口煙氣中SO2的含量；T為鍋爐年使用時長；ξ為鍋爐負荷率。鍋爐的負荷率ξ=Fb/Fa，其中Fb和Fa分別為鍋爐的實際和額定蒸氣流量。將上述公式進行整理，我們可以推導出對于脫硫工藝原材料消耗所需成本Cy=1.5625CCaCO3QYQ（QSO2入-QSO2出）T*Fb/Fa，其中CCaCO3為石灰石的單價[2]。

2.2脫硝環保設備運行成本

無論是我國還是國際上，煙氣脫硝的主流技術都是SCR技術，SCR技術的作用原理是在催化劑的輔助下，還原劑（一般為NH3）在300~400℃的高溫下將NOx還原成氮氣和水，其主要涉及的化學反應包括：因此，廢氣中主要成分NO2在脫硝過程中主要發生的化學反應為2NO2+4NH3+O2===3N2+6H2O一般以尿素作為氨源，尿素熱解的方程式為：CO（NH2）2+H2O===2NH3+CO2整理上述方程式得到每去除1mol的NOx需要1mol尿素。因每去除1mol的NOx需要1mol尿素，我們設需用尿素的量為QCO（NH2）2，則QCO（NH2）2=1.3043QNOx。其中QNOx為火電廠每年減排的NOx的量。如果火電廠每年減排的NOx量可以通過鍋爐排放煙氣量和煙氣中NOx進出口濃度計算，則：QNOx=QYQ（QNO2入-QNO2出)T*nb.式中：QYQ為鍋爐每小時產生的煙氣總量；QNO2入和QNO2出為反應器入口和出口中NOx的含量；T為鍋爐年工作時長；nb為鍋爐臺數。整理可得：Cy=1.3043CCO（NH2）2QYQ（QNO2入-QNO2出）Tnb，其中CCO（NH2）2為尿素的單價。SCR技術是國際上脫硝的主流技術，在SCR技術全流程中，所產生費用的環節主要包括反應器成本、催化劑成本、氨等原料成本、設備部件維護成本。其中催化劑的成本占據主要部分，可達SCR技術系統成本的30%以上，因此，降低催化劑成本是目前SCR技術推廣的當務之急[3]。

3結語

目前我國脫硫脫硝裝置配備率居世界首位，自己研發的脫硫脫硝裝置也在不斷投入生產。目前我國科研工作者致力于高效低成本的催化劑的研發，已走在世界前列，一些催化劑尚處于研究階段，很快將投入生產，相信屆時火電廠環保設備的運行成本還將大幅度下降。

參考文獻

[1]趙若焱.火力發電廠環保設備運行成本分析[J].內燃機與配件，2018（14）：233-234.

[2]洪少育.淺析環境成本計量的方法———以金橋火力發電廠為例[J].中國鄉鎮企業會計，2016（7）：155-156.

[3]馬緒勝.火力發電廠環保設備運行成本分析[D].北京：華北電力大學（北京），2010.

作者：趙繼良 單位：綏中發電有限責任公司