1. 前言

三十多年來，隨著我國經(jīng)濟改革開放不斷深入，電力技術和動力裝備領域取得了高速發(fā)展的豐碩成果，尤其是常規(guī)火電機組的發(fā)展速度彪炳史冊，從中溫中壓參數(shù)6MW機組到超超臨界1000MW機組的產(chǎn)業(yè)化僅用了半個世紀。可是，在經(jīng)濟大發(fā)展的背景下，發(fā)展與環(huán)境保護、發(fā)展與能源需求的矛盾越來越突出，客觀上又制約經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展;另一方面，政府在節(jié)能與污染源治理上化了大力氣，卻受到生產(chǎn)關系及其體制上的的種種限制，削弱了對能源需求和生態(tài)環(huán)境保護的有效控制。

2007年，在黨的十七大上，胡錦濤總書記高度概括了中國經(jīng)濟改革與發(fā)展的思路和戰(zhàn)略，提出“科學發(fā)展觀第一要義是發(fā)展，核心是以人為本，基本要求是全面協(xié)調可持續(xù)性，根本方法是統(tǒng)籌兼顧。”為我國各行各業(yè)的發(fā)展指明了方向、道路和方法措施。

2. 節(jié)能技術與發(fā)展

長期來，我國經(jīng)濟開拓的原動力來自出口外銷和低廉的勞動。當經(jīng)濟發(fā)展達到一定規(guī)模以后，持續(xù)的GDP提升必將受制于資源儲備、電力增長、環(huán)境保護等因素。原先單一性需求型的經(jīng)濟發(fā)展理念將受到實踐的檢驗并作出相應的調整，產(chǎn)業(yè)要轉型，設計思維要更新，以節(jié)能環(huán)保型的特色適應市場經(jīng)濟的發(fā)展規(guī)律。

目前，火電廠節(jié)能的途徑：其一，采用更高等級蒸汽參數(shù)(t 700℃)、燃機參數(shù)等;其二，采用 IGCC 等新技術;其三，從電廠總能系統(tǒng)考量低品位熱能利用方式，突破低溫低壓蒸汽和潛熱利用的瓶頸，拓開朗肯動力循環(huán)的低溫空間;其四，充分挖掘電站設備、系統(tǒng)設計及管理等的節(jié)能潛力。

(1)電力供需模式的自我否定

電力是國民經(jīng)濟騰飛的翅膀，也是單位GDP能耗的參照。“十二五”規(guī)劃綱要要求：非化石能源占一次能源消費比重達到11.4%。單位國內生產(chǎn)總值能源消耗降低16%，單位國內生產(chǎn)總值二氧化碳排放降低17%。

這些年來，我國越來越重視能量梯級利用，熱機技術趨向發(fā)展的第三階段，即在經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展下與環(huán)境相容協(xié)調的總能系統(tǒng)，其中將能耗、污染與余熱利用緊密地聯(lián)系在一起。

為此，電力生產(chǎn)從粗放型增長模式向集約型發(fā)展，以科學的供給滿足產(chǎn)業(yè)的合理需求;由資源的低效、高消耗轉向資源的節(jié)約高效利用。這是電力發(fā)展中質的跳躍，是電力發(fā)展模式理念上的自我否定。

(2)動力循環(huán)多樣化

1)改變火電技術結構，實現(xiàn)低碳經(jīng)濟、綠色火電

整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、富氧燃燒等新技術具有火電污染物源頭治理的優(yōu)越功能，有利于獲得高純度的二氧化碳，實施CCS/CCUS的低碳經(jīng)濟。

天津IGCC 250MW示范工程的取得進展，機組效率41%，煙氣污染物優(yōu)于新標準的排放限值。脫碳采取CCUS銷售模式，同時在示范電廠建CCS系統(tǒng)，獲取的CO2用于食品業(yè)。

IGCC的多聯(lián)產(chǎn)方式體現(xiàn)資源化的綜合利用。根據(jù)市場的需求，要求深度調峰，化、電共生，實現(xiàn)多聯(lián)產(chǎn)，發(fā)電電價可望在0.70元/kwh。

國內富氧燃燒技術也正在進展中，從小試到35WM的富氧示范項目。該技術可節(jié)約8~9%的燃料，可獲得煙氣污染物綜合治理的效果，脫硫效率99%、去汞效率99%、CO2純度在95%以上。

2)多元朗肯循環(huán)方式的開發(fā)

隨著社會需求的劇增和自然資源的匱乏，節(jié)能已成為世界性的共同課題。于是，回收各行業(yè)低溫熱量引起廣泛重視，無論是熱電冷聯(lián)產(chǎn)，還是二元朗肯循環(huán)發(fā)電，呼聲回響業(yè)內。特別在有機工質循環(huán)發(fā)電、熱泵技術在利用循環(huán)水供暖方面有長足發(fā)展。

我國在利用低熱能發(fā)電方面起步較晚，70年代中葉，利用地熱建成羊八井地熱電廠;80年代前后用氟利昂作為循環(huán)工質回收低熱能。因氟利昂破壞臭氧層的作用而自然淘汰;90年代轉入有機工質朗肯循環(huán)的研究，在熱力性研究和應用方面取得一定成效，開發(fā)低溫熱源發(fā)電、制冷復合系統(tǒng)等[5] [6];在工質選用時，為減少技術類熱損失，用非共沸的混合工質替代單工質，以改善工質循環(huán)特性。

但是，大流量回收火電站的低熱能時有機工質顯得不夠給力，無法在性價比上取得優(yōu)勢。為達到節(jié)能目標，人們的視野從有機工質轉向無機工質。

一種以水和氨的非共沸混合液作為工質的新穎熱力循環(huán)系統(tǒng)在國內浮出水面。2009年，國內引進卡琳娜循環(huán)技術，建立試驗臺，開展低溫熱能利用的工程研究，為開拓適應國情的裝備而探索。

3)非共沸的碳酸汽水工質

國內對CO2工質特性的研究也取得很大的進展，特別在制冷產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)步入CO2超臨界物性的應用領域[8];也有人研究CO2工質在火電廠低熱量的發(fā)電應用。但對于碳酸汽水工質特性研究還不多見。根據(jù)工質性質類比法，非共沸的碳酸汽水工質在回收電站低熱能發(fā)電中應有一席之地，有必要探究碳酸汽水工質的傳熱特性以及工程應用。

碳酸汽水工質與氨水工質相比，碳酸汽水是碳酸飲料工藝中碳酸化工序的安全產(chǎn)物，且CO2又具有天然優(yōu)越的屬性，在一定溫度壓力下也具有相當?shù)娜芙舛?而氨在大流量應用條件下存在泄漏、儲存等不安全性因素，單價又高，且環(huán)境對氨的泄漏濃度也有嚴格限制，客觀上增加其裝備產(chǎn)業(yè)化的風險。

從電廠總能系統(tǒng)考量低品位熱能利用方式，使用低沸點工質循環(huán)的發(fā)電制冷系統(tǒng)，將電廠可利用的熱能按照“梯級利用、溫度對口”的原則分布轉換，統(tǒng)一使用，包括鍋爐排煙、汽輪機排汽和汽化潛熱等余熱，集中發(fā)電、制冷或采暖，借此可稱之為余熱島。

從環(huán)保、安全、經(jīng)濟應用及熱工技術上講，非共沸的無機工質有著用武之地，只要應順環(huán)境條件下的工質特性而已。向電廠排放的低溫熱源要電能、冷能和采暖熱能，關鍵取決于創(chuàng)新的理念、熱電冷系統(tǒng)的優(yōu)化設計、工質及其動力循環(huán)系統(tǒng)參數(shù)的合理選定和激勵政策扶助。如能突破電廠余熱利用的瓶頸，那么余熱利用的產(chǎn)業(yè)鏈一定會有著相當大的發(fā)展空間。

(3)系統(tǒng)設計思維的突破

上海外高橋三電廠立足機組現(xiàn)有條件，充分挖掘設備及系統(tǒng)設計方面的節(jié)能潛力，提出多項創(chuàng)新技術，取得良好的節(jié)能效果(見表1)。

值得一提的是：

1)困擾國際發(fā)電行業(yè)多年的管道蒸汽側氧化皮脫落、爆管以及損傷汽輪機的問題，電廠通過整體高溫管壁蒸汽氧化和固體顆粒侵蝕的綜合治理，有效防止汽輪機保有效率的下降;

2)全天候脫硝。該脫硝技術使低負荷下省煤器入口水溫提高，使其出口煙溫相應回升，解決了低負荷下煙溫低而只能煙氣旁路的難題，確保SCR在全負荷范圍內處于催化劑的高效區(qū)運行，2011年電廠的脫硝系統(tǒng)全年投入率達98.54%，真正實現(xiàn)了在節(jié)能前提下的全天候脫硝。

通過技術創(chuàng)新，火電機組發(fā)電煤耗由2008年的287.44g/kw.h到2011年的276.02g/kw.h，節(jié)能降耗效果顯著(見表1)，煙氣污染物排放濃度優(yōu)于新標準排放限值。

最近，正在采用“一種高低位分軸布置的汽輪發(fā)電機”專利技術，研發(fā)新一代高效超臨界機組。根據(jù)SIMENS所做的熱平衡計算表明，若采用600℃等級蒸汽參數(shù)及二次再熱，高/低位布置方案，其汽輪發(fā)電機的熱耗水平相對目前一次再熱常規(guī)布置方案可再下降5%。若再集成已成熟的節(jié)能創(chuàng)新技術，機組凈效率可達48.5%~49%的劃時代水平。

電廠對系統(tǒng)的優(yōu)化改造，為設計、制造單位提供了系統(tǒng)設計的新思維，要排除迷信，解放思想。在洋為中用的同時，不要迷信，要結合國內實際情況，敢于實踐，敢于創(chuàng)新。外高橋三廠的創(chuàng)新精神值得發(fā)揚光大!

3. 火電廠污染治理

污染源治理必須是政策、技術、管理多管齊下的綜合治理。落實碳交易的政策，有力地推動低碳經(jīng)濟，拓展綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間。

(1)煙氣凈化

1)加快常規(guī)火電污染物處理技術的研發(fā)進程，健全火電廠煙氣凈化裝備市場機制

在節(jié)能環(huán)保政策和煙氣排放新標準的推動下，火電環(huán)保不斷創(chuàng)新，逐步地使火電廠由污染物減排轉向低碳近零排放，實現(xiàn)綠色煤電?；痣姀S節(jié)能與污染源治理簡況見表2。

在火電廠污染物減排進程中，環(huán)保部著重“十二五”減排目標的控制措施，開展前置管理，控制增量，達到持久的綜合脫硫效率95%，全面加強已建脫硝裝置的運行管理，核查核算，綜合確定減排的體系。

新修訂的《環(huán)境空氣質量標準》中，列入大氣細顆粒物(PM 2.5)等濃度監(jiān)測限值指標。根據(jù)地區(qū)大氣PM2.5污染的季節(jié)特征，提出結構減排、管理減排和工程減排的多污染物協(xié)同減排的科學防控途徑。

脫硝是 “十二五”期間煙氣凈化監(jiān)管的重點。前期的脫硝實踐為執(zhí)行新標準脫硝排放限值奠定了基礎。“十二五”期間新建和改造項目的火電廠將進入煙氣脫硫脫硝脫汞一體化的高潮期，為我們企業(yè)帶來巨大商機。

為此，政府主管部門應吸取脫硫市場建設方面的教訓，調動產(chǎn)學研以及各協(xié)會團體的積極性，在市場機制上下功夫，構建分工、合作、考核、后評估的多功能一體化的市場機制，增加透明度，防止惡性競爭亂象再現(xiàn)。

(2)固廢處理

我國城市化正在進行中，垃圾日產(chǎn)出量以及垃圾存量相當巨大，垃圾“圍城”不斷威脅著環(huán)境的安全和居民的健康。然而，城市垃圾的消納現(xiàn)狀，還遠遠跟不上減量化、無害化、資源化的處理、處置要求(表3)，雖然國產(chǎn)垃圾焚燒爐形成系列產(chǎn)品，推出單臺機組最大垃圾日處理量800t/d不等。

為此政府推出《“十二五”全國城鎮(zhèn)生活垃圾無害化處理設施建設規(guī)劃》。據(jù)有人測算，到2015年，為達標焚燒處理垃圾，我國的垃圾焚燒發(fā)電廠還需建設380余座。

*吳妍，《規(guī)劃》六大任務點亮垃圾處理業(yè)，中國固廢網(wǎng)

擺在面前的主要問題有：

a.需要技術更新，發(fā)展環(huán)保性能更為先進的、適合國情的垃圾處理裝備;

b.需要市政出臺實施垃圾分類及配套的可操作措施;

c.需要垃圾處理、處置地區(qū)居民的理解和配合，增加互信，處理好建設與地區(qū)環(huán)保的關系。

垃圾處理是社會性的公益事業(yè)，必須要以人為本，將城鎮(zhèn)環(huán)保與住民的民生結合起來，通過市政政策，實施垃圾分類管理、履行建設項目規(guī)定程序、邀請民眾代表參與，用數(shù)據(jù)和實例說明，提高項目的透明度;同時，明確業(yè)主責任，公開主管部門及環(huán)保檢測單位的監(jiān)督和測試數(shù)據(jù)，及時溝通地方民意代表，包括普及科普知識等。在這個關系民生的建設項目中群發(fā)事件折射著現(xiàn)實管理誠信的缺乏和管理上的錯位。

我們的著眼點在于現(xiàn)有垃圾焚燒裝備和發(fā)電系統(tǒng)的創(chuàng)新，在于現(xiàn)有基礎上升級換代。可以說，垃圾摻煤混燒是不得已而為之。擴大爐排爐焚燒設備的處理容量對于低熱值垃圾有利也有弊。有利的是爐內的熱強度提高，冷卻面積相對小了，穩(wěn)定爐膛較高的燃燒溫度;可是爐排面積加大，要求垃圾與燃燒空氣混合均勻度及污染物的控制更為嚴格。由于有毒氣體微量，在線檢測不易以及重金屬的有毒灰分無害化處理，客觀上要求改進垃圾的處理方式。

先進的垃圾處理，比如處理干垃圾的有干餾法、氣化熱解法、等離子法等，處理濕垃圾如廚余、生物質垃圾有生化處理法等。目前，這些處理技術的應用規(guī)模小，相對造價高，以致影響產(chǎn)業(yè)化;但是，其裝備環(huán)保性甚佳，值得工程示范推廣，以降低建設投資和運行成本，也更容易被社會接受，融洽社會關系。

(3)廢污水零排放處理

電廠是用水大戶，除大量沖灰渣水、水處理廢水外，冷卻塔的水耗相當驚人，必須節(jié)約用水。多年來，電廠應用廢污水處理回用技術卓有成效，幾乎達到廢污水“零排放”。那么，電廠還有節(jié)水的潛力嗎?

回答是肯定的。這就是提高熱能利用率，積極開發(fā)火電低溫低壓資源的利用技術，降低冷卻塔的水耗損失，減少熱污染，讓更多的水留給農(nóng)田或地區(qū)綠化。

(4)綜合利用

常規(guī)電廠一直是以發(fā)電、供熱為主業(yè)，不錯，在計劃經(jīng)濟時代是如此?？墒牵S著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人們越來越感到電廠有著豐富的資源，“三廢”資源可以再生產(chǎn)，賦予商品的屬性，既節(jié)約資源又增加收入。例如七十年代煤灰制磚，嘗試回收飛灰中稀有元素;九十年代后脫硫的二水硫酸鈣做成建筑材料，利用熱泵回收循環(huán)水低熱能技術為居民社區(qū)供暖等，使電廠業(yè)務成為一主多輔，擴大收入來源。對于整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電廠，化工副產(chǎn)品更多，若能在體制上拓寬管理思路，那么一條循環(huán)經(jīng)濟的產(chǎn)業(yè)鏈就形成了，這種新穎管理必將使企業(yè)盈利最大化。

4. 幾點體會

由此可見，火電廠的節(jié)能環(huán)保前景誘人，關鍵在于應用科學發(fā)展觀的原理創(chuàng)新節(jié)能環(huán)保技術、改革不適應的體制結構。歸納如下：

(1)科學發(fā)展觀是解放思想，指導各行業(yè)包括節(jié)能降耗、促進電力科學發(fā)展的銳利武器。

(2)節(jié)能環(huán)保必須以人為本。在經(jīng)濟發(fā)展的進程中將發(fā)揮企業(yè)員工最大的積極性和創(chuàng)造力，加快實現(xiàn)經(jīng)濟在可持續(xù)發(fā)展下與環(huán)境相容協(xié)調的總能系統(tǒng)、熱電冷聯(lián)產(chǎn)。

(3)電力技術的創(chuàng)新是綜合應用多學科知識的結晶，體現(xiàn)著運用科學知識與實踐相結合的不斷探索?，F(xiàn)有熱機系統(tǒng)的優(yōu)化改造以及低熱量利用技術的發(fā)展，反映著實踐是認識事物的第一性，也是經(jīng)濟發(fā)展的必然。

(4)電廠污染源的治理要充分利用資源，改革不合理的體制結構，實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、近零排放，獲取企業(yè)最大經(jīng)濟效益。

(5)政府的節(jié)能環(huán)保配套政策以及垃圾發(fā)電廠建設項目的市場運作都要體現(xiàn)民生、民意，提高透明度和可操作性。