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試論山西煤電工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究
【論文摘要】本文在分析山西當(dāng)前煤電工業(yè)現(xiàn)狀和存在問題的基礎(chǔ)上，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念為指導(dǎo)，提出從提高燃煤發(fā)電效率、綜合利用煤電工業(yè)廢棄物、實(shí)施節(jié)水措施等角度解決山西煤電工業(yè)存在的問題，從而從技術(shù)層面和政策層面把握山西煤電發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。
【論文關(guān)鍵詞】煤電工業(yè)；火電廠；循環(huán)經(jīng)濟(jì)
經(jīng)濟(jì)發(fā)展，電力先行，電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的、關(guān)系國計(jì)民生的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，世界各國在經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略中都把電力工業(yè)作為優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)領(lǐng)域。山西是我國主要的煤電生產(chǎn)大省之一，近年來山西省在大力發(fā)展煤電工業(yè)，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重大貢獻(xiàn)的同時(shí)，也給本省的生態(tài)環(huán)境帶來了沉重的壓力，成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一大瓶頸。對(duì)于山西煤電工業(yè)存在著的高能耗、高污染和低效率的現(xiàn)實(shí)情況，全面推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)模式，已成為山西煤電工業(yè)進(jìn)入良性發(fā)展的必要措施。
一、循環(huán)經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)理論
�。ㄒ唬┭h(huán)經(jīng)濟(jì)的內(nèi)涵
循環(huán)經(jīng)濟(jì)（recycle economy）本質(zhì)上是一種生態(tài)經(jīng)濟(jì)。它是以資源能源物料閉合循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)形態(tài)來持續(xù)循環(huán)產(chǎn)生效益的生產(chǎn)經(jīng)營形式。它把生態(tài)設(shè)計(jì)、清潔生產(chǎn)、資源綜合利用、再生資源回收利用等融為一體，強(qiáng)調(diào)節(jié)約和有效利用資源，以物質(zhì)、能量梯次和閉合循環(huán)使用為特征，在生產(chǎn)和消費(fèi)過程中以最小成本追求最大的經(jīng)濟(jì)效率和生態(tài)效益，是一種新型、先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)形態(tài)。
�。ǘ┭h(huán)經(jīng)濟(jì)的基本原則
循環(huán)經(jīng)濟(jì)遵循“減量化、再使用、再循環(huán)、無害化”的行為準(zhǔn)則，稱之為“3R”原則，每一項(xiàng)原則對(duì)于循環(huán)經(jīng)濟(jì)的成功實(shí)踐都是必不可少的：
1.減量化（Reduce）。循環(huán)經(jīng)濟(jì)主張從源頭減少進(jìn)入生產(chǎn)和消費(fèi)領(lǐng)域的物質(zhì)流和能量流，控制污染物的產(chǎn)生，在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的源頭就注意節(jié)約資源和減少污染，從而減輕整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)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(chǎn)品的利用效率，是延長產(chǎn)品壽命周期最有效辦法，通過對(duì)所購買的產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)使用，在一定程度上減輕了輸入端對(duì)物質(zhì)投入量的需求。資源利用率與環(huán)境污染率是成反比關(guān)系的：資源利用效率越高，環(huán)境污染率就越低，原因是把原來污染了環(huán)境的那部分資源綜合利用起來了。
3.再循環(huán)（Recycle）。再循環(huán)原則主要通過對(duì)廢棄物的再生利用和資源化來實(shí)現(xiàn)，資源化存在兩種方式，一種是原級(jí)資源化，即將消費(fèi)者遺棄的廢棄物資源化后形成與原來相同的新產(chǎn)品；第二種是次級(jí)資源化，即廢棄物被變成不同類型的新產(chǎn)品。
二、國內(nèi)外研究及實(shí)施狀況
�。ㄒ唬﹪鴥�(nèi)研究現(xiàn)狀
從1998年中國開始引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念開始，目前我國的循環(huán)經(jīng)濟(jì)正從宣傳示范的啟動(dòng)階段走向建立政策機(jī)制的推動(dòng)階段，國內(nèi)煤電工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)研究理論與實(shí)踐主要體現(xiàn)在以下四個(gè)方面。
1.發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）
3.發(fā)展超臨界和超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)
參照電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，超臨界機(jī)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(jī)組；超超臨界機(jī)組為主蒸汽壓力達(dá)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(jī)組。超超臨界機(jī)組蒸汽參數(shù)愈高，熱效率也隨之提高。亞臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為38%，而超臨界機(jī)組的發(fā)電效率約為41%。
4.建立火電廠生態(tài)工業(yè)園區(qū)
火電廠生態(tài)工業(yè)園是以火電廠為核心，利用電、水、熱和物質(zhì)副產(chǎn)品與其他企業(yè)聯(lián)合形成生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，使園區(qū)內(nèi)資源得到最佳配置，廢物得到高效利用，環(huán)境污染降到最低水平。國外的火電廠生態(tài)工業(yè)園區(qū)發(fā)展較早，丹麥的卡倫堡生態(tài)工業(yè)園是一個(gè)以大型火電廠為中心發(fā)展網(wǎng)絡(luò)共生生態(tài)工業(yè)園的成功例子。以丹麥卡倫堡生態(tài)工業(yè)園區(qū)模式為樣板，美國、加拿大、法國等國家也很早就開始了生態(tài)工業(yè)園區(qū)規(guī)劃和建設(shè)實(shí)踐，并取得豐富經(jīng)驗(yàn)。其他國家如泰國、印度尼西亞、菲律賓、納米比亞和南非等發(fā)展中國家也正積極興建生態(tài)工業(yè)園。
三、山西煤電工業(yè)存在的問題及原因分析
（一）山西煤電發(fā)展中存在的問題
1.機(jī)組參數(shù)低、能耗高
山西的供電煤耗與世界先進(jìn)水平相差約40～50g/kW·h，與世界先進(jìn)水平相比，目前山西省一年發(fā)電多耗標(biāo)準(zhǔn)煤約900萬噸。山西省火電廠平均裝機(jī)耗水率比國際先進(jìn)水平也高出40%。比如，山西陽光發(fā)電有限責(zé)任公司的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗高達(dá)351g/kW·h，比國際先進(jìn)水平（320克/千瓦時(shí)）高出31g/kw·h。
2.環(huán)境污染嚴(yán)重
山西電力的構(gòu)成中約80%以上是煤電，在電源結(jié)構(gòu)方面今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)將繼續(xù)維持燃煤機(jī)組為主的基本格局。眾所周知，火力發(fā)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(fù)面效應(yīng)：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(huì)引起局部地區(qū)酸雨；二氧化碳和甲烷等溫室氣體的排放會(huì)引起全球氣候變暖等。
3.資源浪費(fèi)嚴(yán)重
山西煤系地層中共生、伴生的礦產(chǎn)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(chǎn)資源還沒有得到綜合開發(fā)利用。同時(shí)煤炭工業(yè)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(jī)組，這些機(jī)組設(shè)備老化、技術(shù)落后、效益低下，造成煤耗的增大。
（二）造成當(dāng)前局面的原因
1.機(jī)組容量不合理，燃煤發(fā)電總體效率低下
截至2010年底，山西省發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到4700萬千瓦，其中外送電裝機(jī)容量1515萬千瓦，其中，10萬千瓦以下機(jī)組的裝機(jī)容量占12.32%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一臺(tái)30萬千瓦發(fā)電機(jī)組，每發(fā)電1千瓦時(shí)的煤耗約為330克標(biāo)準(zhǔn)煤，一臺(tái)60萬千瓦超臨界發(fā)電機(jī)組每發(fā)電1千瓦時(shí)的煤耗為300克標(biāo)準(zhǔn)煤，而13.5萬千瓦及以下機(jī)組每發(fā)電1千瓦時(shí)煤耗為350至400克，比30萬千瓦機(jī)組約多煤耗15%，比60萬千瓦超臨界機(jī)組約多煤耗26%。在熱效率方面，60萬千瓦超臨界機(jī)組的電廠熱效率達(dá)41%，30萬千瓦機(jī)組電廠的熱效率為38%左右，而13.5萬千瓦及以下機(jī)組電廠的熱效率都在35%以下。
2.煤電工業(yè)的廢棄物沒有合理利用
煤電工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物有煤矸石、粉煤灰和硫化物等，這些物質(zhì)大多都有一定的回收利用價(jià)值，如果不加以利用不僅造成很大浪費(fèi)，而且更重要的是引起嚴(yán)重的環(huán)境污染。
3.水資源緊缺，制約煤電工業(yè)發(fā)展
山西是以煤電和冶金為主的重工業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，電力、冶金、煤炭、化工和機(jī)械行業(yè)的取水量占到全省規(guī)模以上工業(yè)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(jīng)處理的污水直接排人河道或滲入地下，污染由點(diǎn)向面擴(kuò)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(duì)煤炭的大量開發(fā)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(dòng)態(tài)平衡破壞，地表塌陷，泉水減少，同時(shí)還污染河道，使水資源和生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。
四、促進(jìn)山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的主要措施
促進(jìn)山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，需要企業(yè)與政府職能部門共同以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為指導(dǎo)核心思想，大力推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略措施。具體來說，山西煤電工業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)主要有以下幾方面措施。
（一）提高燃煤發(fā)電效率（減量化Reduce）
1.發(fā)展整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)（IGCC）
加快整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)電站建設(shè)，采用IGCC技術(shù)改造現(xiàn)有中小火電機(jī)組，促進(jìn)火電產(chǎn)業(yè)技術(shù)升級(jí)。整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)，既有高發(fā)電效率，又有極好的環(huán)保性能。同樣是傳統(tǒng)煤炭能源，IGCC集高發(fā)電效率和環(huán)保性能于一體，彌補(bǔ)了煤炭利用單項(xiàng)技術(shù)難以同時(shí)滿足效率、成本和環(huán)保等多方面的不足，因此，IGCC應(yīng)當(dāng)成為山西煤電工業(yè)未來發(fā)展的主要方向。
2.繼續(xù)實(shí)施“上大壓小”，提高機(jī)組整體容量
通常，發(fā)電機(jī)組單機(jī)容量越大，發(fā)電效率越高。如前所述，山西煤電系統(tǒng)中，10萬千瓦以下機(jī)組的裝機(jī)容量占12.32%，因此，山西省有必要進(jìn)一步加大實(shí)施“上大壓小”的措施，提高發(fā)電機(jī)組的整體容量，促進(jìn)超臨界循環(huán)流化床發(fā)電技術(shù)、超超臨界燃煤發(fā)電技術(shù)等高效潔凈的燃煤發(fā)電技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化。
（二）綜合利用煤電工業(yè)的廢棄物（再利用Reuse）
1.對(duì)煤矸石進(jìn)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(fā)電是經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益最好的一種途徑。對(duì)于煤矸石中碳的含量大于20%的，因其發(fā)熱量高而宜作為燃料發(fā)電。對(duì)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(jí)陶瓷、煅燒高嶺土及分子篩選的原料。對(duì)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(yīng)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(yīng)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(gòu)筑公路和鐵路的路基與路堤、水工建筑的壩體和護(hù)層，以及其他地基的墊層等。
（2）復(fù)墾及回填礦井采空區(qū)。對(duì)逐漸風(fēng)化的、不便利用的矸石山，可進(jìn)行復(fù)墾、綠化；對(duì)表面已風(fēng)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(qū)等低洼的建筑工程用地，或用于回填礦井采空區(qū)及廢舊礦井，既可使采煤破壞的土地得到恢復(fù)，又可減少煤矸石的占地及對(duì)環(huán)境的污染。
3.利用煤矸石制磚和生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品
煤矸石燒結(jié)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(xì)高嶺土、鋁鹽系列化學(xué)品等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)上。利用煤矸石煅燒的高嶺土白度高、細(xì)度純、高分散性、高遮蓋力、可塑性、電絕緣性、化學(xué)穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在多種行業(yè)廣泛采用。
（三）發(fā)展空冷機(jī)組發(fā)電，實(shí)施節(jié)水措施（再循環(huán)Recycle）
1.發(fā)展空冷機(jī)組電廠
燃煤電站采用空冷系統(tǒng)是解決山西富煤貧水矛盾的有效措施�？绽錂C(jī)組在水耗上有著很大的優(yōu)勢：①空冷機(jī)組水耗指標(biāo)是常規(guī)自然冷卻機(jī)組水耗指標(biāo)的1/3.5～1/5之間；②機(jī)組規(guī)模越小空冷機(jī)組節(jié)水能力相對(duì)越強(qiáng)，如30萬千瓦空冷機(jī)組的水耗指標(biāo)約是帶冷卻塔的二次循環(huán)冷卻機(jī)組的1/5；60萬千瓦的空冷機(jī)組的水耗指標(biāo)約是帶冷卻塔的二次循環(huán)冷卻機(jī)組的1/4.5；100萬千瓦的空冷機(jī)組的水耗指標(biāo)約是帶冷卻塔的二次循環(huán)冷卻機(jī)組的1/3.5。因此結(jié)合山西特有的煤炭資源優(yōu)勢和水資源劣勢，大力發(fā)展空冷機(jī)組技術(shù)是山西煤電工業(yè)長期持續(xù)發(fā)展的必然選擇。
2.提高火電廠水循環(huán)用水效率
（1）火電廠廢水的再利用
現(xiàn)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(chǎn)排污水、輔助設(shè)備與機(jī)械冷卻水的排水；凝結(jié)水凈化設(shè)備的排水；凝汽器的冷卻排水或冷卻設(shè)備的排污水；水處理裝置的排污水；生活污水；輸煤系統(tǒng)的清洗水、貯煤場排水及廠區(qū)雨水排水等。火電廠廢水回用不僅可以補(bǔ)充水資源，而且可以減輕水體污染，保持水體的生態(tài)平衡和良好的環(huán)境�；痣姀S還可以從實(shí)施廢水再生回用的收益中補(bǔ)償其部分投人，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，最終形成廢水回用率逐年提高的良性循環(huán)局面。
（2）提高冷卻塔效率，降低循環(huán)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(fā)損失、風(fēng)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(huán)水量的大小。為了提高冷卻塔效率，減少循環(huán)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(qiáng)維護(hù)，定期對(duì)冷卻塔進(jìn)行清理，修復(fù)損壞設(shè)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(fēng)吹損失。④冷卻塔水池設(shè)置水位計(jì)，將水位信號(hào)與弱酸處理系統(tǒng)聯(lián)鎖，根據(jù)水池水位的高低，相應(yīng)增減弱酸處理系統(tǒng)水量。⑤冷卻塔補(bǔ)水管設(shè)置定水位控制閥門，避免循環(huán)水溢流。
五、結(jié)語
社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展客觀要求電力工業(yè)采用更節(jié)能、環(huán)境更友好的綠色電力。山西以煤電為主的能源供應(yīng)格局，決定了發(fā)展煤電工業(yè)必須走循環(huán)經(jīng)濟(jì)的途徑，使之走上可持續(xù)發(fā)展之路。同時(shí)，對(duì)于山西這樣一個(gè)工業(yè)占很大比重尤其是重化傾向嚴(yán)重的省份來說，推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)具有特別重要的意義。
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