火力发电厂环保设备运行成本分析

火力发电厂环保设备运行成本分析

胡隆旭

四川广安发电有限责任公司  四川 广安   638000

摘要：我国煤炭产量居世界首位，储藏量居世界前三位，煤炭作为我国主要能量来源，广泛应用于工业生产。我国对于煤炭的使用以煤炭发电为主，从而形成了“以电力为中心、以煤炭为基础”的能源政策。煤炭为中心的能源政策也决定了我国煤烟型大气污染的现状。酸性气体是煤炭燃烧排放的主要污染物之一，因煤炭燃烧而排放的NOx和SO2对生态环境的影响、对工农设施的破坏和对人体健康的危害不容小觑。电力工业是煤炭使用与污染排放的大户，近年来，我国脱硫脱硝装置配备率居世界首位，还要不断摸索出环保设备运行的最优条件，提高设备利用率，降低设备运行成本，保证环保设备高效稳定地运行。

关键词：火力发电站；环保设备；运行成本

1 国内外火力发电厂环保设备应用现状

国际上对烟气脱硫的研究早于我国，20世纪60年代湿法烟气脱硫技术就已在国外被研发，20世纪80年代，脱硫脱硝工艺被进一步完善，先后出现了NOxSO、DESONOx、尿素法和海水脱硫脱硝等手段。到20世纪90年代，湿法烟气脱硫技术经过三十年的发展已经具有很好的运行稳定性和较高的脱硫效率，广泛应用在世界电厂尾气末端治理上。我国目前广泛应用的脱硫技术包括石灰石—石膏湿法、海水脱硫法等，在脱硫技术上已达到世界领先水平，工程造价成本也大幅度降低。环保设备投入生产后，其运行成本随运行工艺和工况随时发生变化，因此，火力发电厂环保设备的运行成本成为今年来研究者较为关心的问题。

2 火力发电厂环保设备运行成本模型

目前世界上主要以三个指标对生产所产生的环境成本进行评估：一是以污染所损害的价值作为计算标准；二是以污染后对污染的治理和补偿作为计算标准；三是以预防污染发生所投资的成本作为计算标准。我国对环保成本的核算形式多种多样，但大都依据经济学理论对其建模分析，所涉及参数一般包括火电厂环保设备的投资成本、设备折旧率、设备在使用年限内参与发电量和设备使用过程中的维护费用等，为保证火电厂收支平衡，环保设备上所进行的投入应与未经治理的污染物排放所产生的经济损失相当。

通过数学公式表达火电厂环保设备所用成本应为：

其中：C为火电厂环保设备运行所需成本；Cy为原材料消耗产生的成本；Cs,Cd,Cc,CS分别为用水、电、催化剂、蒸气所产生的成本；Cr为人工成本；Cbm为设备运行期间的维护成本。

其中原材料的消耗成本C根据实际生产情况包括脱硫所产生的原材料消耗与脱硝所产生的原材料消耗，具体情况根据污染物排放量与环保工艺的目的进行分析。而Cd作为环保设备运行过程中耗电所产生的成本，Cd的核算往往与用电量、额定出力和用电市场有关：

其中：cd为电价；ε为厂环保设备用电率；N为额定出力；T为环保设备年使用时长。

Cr作为人工成本，计算复杂，一般可用参与环保设备运行工人数乘工人平均工资进行简单估算。

下面，我们针对具体的脱硫和脱硝对其环保设备运行成本进行详细分析。

2.1 脱硫环保设备运行成本

我国火电厂脱硫主要以石膏湿法脱硫工艺为主。石膏湿法脱硫是将氧化钙或碳酸钙与水混合制成吸收剂，在吸收塔中对废气中的SO2进行吸收，其涉及的化学反应方程式有：

从化学反应方程式中可以看出，要吸收1 mol的SO2至少需要1 mol的Ca CO3，则消耗单位质量的SO2所用的Ca CO3的质量应为QCa CO3=(100/64)QSO2=1.562 5QSO2

而一座火电厂每年所产生SO2的质量为QSO2=QTQ(QSO2入-QSO2出）*T/ξ。其中，QTQ为锅炉每小时产生烟气量；QSO2入和QSO2出分别为FGD入口和出口烟气中SO2的含量；T为锅炉年使用时长；ξ为锅炉负荷率。锅炉的负荷率ξ=Fb/Fa，其中Fb和Fa分别为锅炉的实际和额定蒸气流量。

将上述公式进行整理，我们可以推导出对于脱硫工艺原材料消耗所需成本Cy=1.562 5CCa CO3QYQ(QSO2入-QSO2出）T*Fb/Fa，其中CCa CO3为石灰石的单价。

2.2 脱硝环保设备运行成本

无论是我国还是国际上，烟气脱硝的主流技术都是SCR技术，SCR技术的作用原理是在催化剂的辅助下，还原剂（一般为NH3）在300～400℃的高温下将NOx还原成氮气和水，其主要涉及的化学反应包括：

对于一些条件下可能发生如下副反应：

因此，废气中主要成分NO2在脱硝过程中主要发生的化学反应为2NO2+4NH3+O2===3N2+6H2O

一般以尿素作为氨源，尿素热解的方程式为：

整理上述方程式得到每去除1 mol的NOx需要1 mol尿素。

因每去除1 mol的NOx需要1 mol尿素，我们设需用尿素的量为QCO(NH2)2，则QCO(NH2)2=1.304 3QNOx。其中QNOx为火电厂每年减排的NOx的量。如果火电厂每年减排的NOx量可以通过锅炉排放烟气量和烟气中NOx进出口浓度计算，则：

式中：QYQ为锅炉每小时产生的烟气总量；QNO2入和QNO2出为反应器入口和出口中NOx的含量；T为锅炉年工作时长；nb为锅炉台数。

Tnb，其中CCO(NH2)2为尿素的单价。

SCR技术是国际上脱硝的主流技术，在SCR技术全流程中，所产生费用的环节主要包括反应器成本、催化剂成本、氨等原料成本、设备部件维护成本。其中催化剂的成本占据主要部分，可达SCR技术系统成本的30%以上，因此，降低催化剂成本是目前SCR技术推广的当务之急。

3 结语

目前我国脱硫脱硝装置配备率居世界首位，自己研发的脱硫脱硝装置也在不断投入生产。目前我国科研工作者致力于高效低成本的催化剂的研发，已走在世界前列，一些催化剂尚处于研究阶段，很快将投入生产，相信届时火电厂环保设备的运行成本还将大幅度下降。

参考文献

[1]赵若焱.火力发电厂环保设备运行成本分析[J].内燃机与配件，2018(14):233-234.

[2]洪少育.浅析环境成本计量的方法---以金桥火力发电厂为例[J].中国乡镇企业会计，2016(7):155-156.

[3]马绪胜.火力发电厂环保设备运行成本分析[D].北京：华北电力大学（北京），2010.