循环经济在火电厂的应用与发展

朱长明 张文军 高凌峰 江苏镇江谏壁电厂

一、循环经济与传统经济

传统经济是“资源——产品——废弃物”的单程物质流动模式，特点是创造的产品越多，消耗的资源和产生的废弃物就越多，对资源的消耗和对环境的污染也就越大。循环经济则是在人类的生产活动中控制废弃物的产生，建立起反复利用自然的循环机制，把人类的生产活动纳入自然循环中，维护自然生态平衡，促进资源高效及循环利用。因此，循环经济是对“大生产、大消费、大废弃”的传统经济模式下的深刻变革。

图1 传统经济模式下的物质流向

图2 循环经济模式下的物质流向

二、我国火电行业发展的现状

电能是优质高效的二次能源，是能源转型的中心环节，经济价值相当于等量煤炭的17.3倍，石油的3.2倍，电能消费占终端能源消费比重每提高一个百分点，能源强度下降3.7%。我国是一个以火力发电占主的国家，截至2019年底，全国煤电装机10.4亿千瓦，占发电装机总量的52%，火电厂在生产中会产生一定的污染物和废弃物从而对环境造成一定的影响，火电厂产生的污染物有燃烧生成的SO2，固定废弃物粉尘及煤灰，排放污水及造成的热污染，排放CO2造成的温室效益等。据测算，我国能源利用率若能达到世界先进水平，每年可减少约二氧化硫排放400万吨左右，固体废弃物综合利用率若提高1个百分点，每年可减少1000万吨废弃物的排放，粉煤灰综合利用率若能提高20个百分点，就可以减少排放4000万吨，这使经济社会活动对资源环境的需求和生态环境的影响降低到最低程度，从根本上解决经济发展和环境保护之间的矛盾，以达到经济和生态的和谐统一。

三、火电厂循环经济的循环利用

（一）火电厂脱硫石膏的循环利用

煤炭中含有硫元素，在锅炉燃烧中会产生SO2，火电厂一般采用石灰石-石膏烟气湿法脱硫，产生脱硫石膏的化学过程为：

运用石灰石-石膏湿法烟气脱硫生产的主要产物是二水石膏，综合利用广泛，可以适用于水泥缓凝剂、石膏制品，还可以用农业土地改良剂、用于筑路材料等。火电厂生产的石膏产量大、品质好、供应稳定，能降低石膏建材成本，从而使产业链的产值、附加值提高，使得火电厂的二水石膏有较强的产品竞争力。

脱硫二水石膏的循环利用，一方面可以减少天然石膏的开采，节约资源，减少不可再生资源的损耗；另一方面可以消除灰渣场的占地、排放造成环境污染问题，同时还可以为火电厂创造一定的经济效益。

（二）火电厂粉煤灰的循环利用

图3 电厂固体废物综合利用模式

我国粉煤灰的综合利用遵循了循环经济理念中减量化、资源化和无害化原则。我国从90年代开始推广粉煤灰综合利用技术，将粉煤灰变废为宝。各地火电厂不断增加粉煤灰改造，上马粉煤灰的精处理项目，粉煤灰的经济价值得到提高。各大小水泥企业用粉煤灰做掺和料，成本显著降低，效益提高；农业中将粉煤灰作为农业肥料和土壤改良剂，弥补了土壤酸瘦板结的缺陷，同时作为农业肥料，降低了化肥的使用率；各公路建设单位大量用粉煤灰做路基，可显著提高道路的抗滑性能，同时也能降低成本；粉煤灰应用于混凝土加工，可有效减少钢梁的用钢量，减轻自重，降低造价，已成为建筑市场的抢手货；通过做吸附剂等环保材料，提高了粉煤灰的工业附加值。

通过对火电厂粉煤灰的再利用，节省了新建灰坝的投资，减少了对耕地的占用、对环境的污染，也给电厂及相关产业链的企业带来了较好的经济和社会效益。

（三）循环冷却水余热的循环利用

火电厂理论上采用朗肯循环，循环热效率大约在40%左右，其中50%以上的热损失伴随着循环冷却水被排放，循环冷却水是指火电厂用于冷凝汽轮机排汽的冷却水，在冷却蒸汽的过程中会吸收大量的热量。对于直流冷却系统来说，大量火电厂的循环冷却水排至江河、大海是一种资源的浪费。

由于火电厂循环冷却水排水余温在50°C以下，属于低品位热能，直接利用范围较小。目前，国内开展其余热利用的电厂很少，但是也有部分电厂进行了有效的研究和利用，比如采用热泵技术将低温热源中无法被利用的废热集中起来，传递给要加热的物质；利用火电厂的低品位热量，如输送热水或蒸汽向植物工厂供暖，输送蒸汽或热水驱动制冷机产生冷媒水对植物工厂降温，带动火电行业与设施农业快速融合，对我国工厂化农业建设具有示范引导作用；沿海某电厂利用循环水排放的余热浓缩海水，用于工业制盐，缩短了制盐周期，提高了盐田产量，体现了循环经济的魅力。

（四）二氧化碳的循环利用

推动能源清洁低碳高效安全利用，是“十四五”我国能源发展的基本方向，同时，随着我国提出二氧化碳碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和目标。据测算，中国二氧化碳排放量约为全球排放量的30%，其中燃煤电厂约占总排量的一半。目前中国的燃煤电厂发电量约为1000吉瓦，火电厂减排压力巨大。

根据CO2分离回收方法的不同，电厂烟气CO2捕集技术可分为富氧燃烧技术、燃烧前捕集技术和燃烧后捕集技术。其中，燃烧后捕集技术是指对燃料燃烧后产生烟气中的CO2进行分离回收。该技术的优点是对现有电厂系统改造较小，只需在现有烟气处理系统后增加CO2捕集装置即可，因此是当前最具市场化潜力的捕集技术。

二氧化碳是地球上最丰富的碳资源，如果能实现资源化，进行循环利用，将大大减小温室效应排放，为人类可持续发展寻求一条新的出路。

四、结论

循环经济活动的行为准则即所谓“3R原则”，即减量化（reduce）原则、再使用（reuse）原则和再循环（recycle）原则，与火电厂节能减排、降本增效相吻合，循环经济的实现使火电厂不再因为各项污染物的治理多花钱，反而从处理污染物中赚钱。火电厂有着巨大的四费排放量，从循环经济的角度看，这也可以成为一种资源。

火电厂在循环经济的指导下充分考虑到自然环境的恢复能力，提高了自然资源的利用效率，通过循环使用废弃物，创造了良好的社会效益，同时也为企业提供了良好的经济效益，实现了企业发展、环境保护、社会进步的共赢。