孫栓柱，代家元，周春蕾，李春巖，王其祥，楊晨琛

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

燃煤機(jī)組節(jié)能減排績(jī)效綜合評(píng)價(jià)方法研究

孫栓柱，代家元，周春蕾，李春巖，王其祥，楊晨琛

(江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇南京211102)

為了全面定量評(píng)估燃煤機(jī)組的節(jié)能減排效果，首先對(duì)燃煤機(jī)組供電煤耗率、SO2排放績(jī)效、NOx排放績(jī)效、煙塵排放績(jī)效等單一評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)闡述，然后應(yīng)用雷達(dá)圖、基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績(jī)效評(píng)價(jià)等兩種方法分析燃煤機(jī)組節(jié)能減排績(jī)效綜合評(píng)價(jià)效果，最終對(duì)比分析了兩種綜合評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件，并提出了優(yōu)化改進(jìn)意見。

燃煤機(jī)組;節(jié)能減排;綜合評(píng)價(jià);績(jī)效指標(biāo)

0 引言

為了推進(jìn)低碳電力發(fā)展，我國(guó)相關(guān)政府管理部門已積極籌劃，相繼出臺(tái)了一系列監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)我國(guó)電力節(jié)能減排監(jiān)管朝著制度化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。例如，新的《火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 13223－2011)從燃煤機(jī)組污染物排放濃度等方面規(guī)定了燃煤發(fā)電的污處設(shè)施考核評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，《電力企業(yè)節(jié)能降耗主要指標(biāo)的監(jiān)管評(píng)價(jià)》(GB/ T 28557－2012)，要求以供電煤耗、廠用電率來評(píng)價(jià)燃煤發(fā)電的節(jié)能效果。

雖然，上述標(biāo)準(zhǔn)從節(jié)能、減排兩個(gè)角度對(duì)燃煤機(jī)組評(píng)價(jià)過程均提出了切實(shí)可行的指標(biāo)體系(節(jié)能方面:供電煤耗，減排方面:污染物排放濃度)，但是，目前國(guó)內(nèi)相關(guān)政府部門出臺(tái)的一系列電力企業(yè)節(jié)能減排監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)要求評(píng)估的指標(biāo)較為分散，并未出現(xiàn)燃煤機(jī)組節(jié)能減排綜合性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。實(shí)際上，分散的節(jié)能指標(biāo)與減排指標(biāo)之間存在較大的耦合關(guān)系，例如，同樣的機(jī)組，脫硫系統(tǒng)是否投運(yùn)，供電煤耗差別較大，以600MW等級(jí)燃煤機(jī)組為例，脫硫系統(tǒng)的投運(yùn)對(duì)機(jī)組廠用電率的影響絕對(duì)值達(dá)到1%～2%［1］，除塵系統(tǒng)對(duì)機(jī)組廠用電率的影響占總廠用電率的3%～4%［2］，SCR類型脫硝系統(tǒng)對(duì)機(jī)組廠用電率的影響占總廠用電率的3%～5%［3］;同樣的機(jī)組，加裝煙氣脫硝系統(tǒng)后煤耗會(huì)增加。

因此，為了準(zhǔn)確反映機(jī)組的節(jié)能減排性能，需要設(shè)計(jì)一套綜合考慮煤耗、污染排放量等指標(biāo)的模型，對(duì)燃煤電廠節(jié)能減排績(jī)效進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

1 燃煤機(jī)組單一評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 節(jié)能方面

火電機(jī)組的供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗是反映機(jī)組能耗水平的最直接的技術(shù)指標(biāo)［4］，其計(jì)算公式如下:

式中:bg為火電機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)供電煤耗，g/(kW·h);qr汽輪機(jī)熱耗率，kJ/(kW·h);ηgl鍋爐熱效率，%;ηp系統(tǒng)管道效率，%;e為機(jī)組廠用電率，%。

1.2 減排方面

減排方面評(píng)價(jià)指標(biāo)主要以經(jīng)污處設(shè)施處理后的凈煙氣為對(duì)象，燃煤電廠減排方面評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括SO2、NOx、煙塵排放三方面［5－8］。

(1)污染物排放濃度

污染物(SO2、NOx、煙塵)排放濃度取煙囪入口CEMS系統(tǒng)測(cè)量的平均SO2、NOx、煙塵濃度，再經(jīng)過氧量換算(燃煤鍋爐過量空氣系數(shù)取1.4):

(2)污染物排放績(jī)效

污染物(SO2、NOx、煙塵)排放績(jī)效指的是機(jī)組單位發(fā)電量對(duì)應(yīng)的污染物排放量:

式中:W代表污染物排放量，GW為對(duì)應(yīng)發(fā)電量。其中污染物排放量通過排口實(shí)測(cè)流速、排放濃度及排口截面積計(jì)算得到:

式中:V為排口實(shí)測(cè)流速;S為排口截面積;X為排口實(shí)測(cè)煙氣濕度;T為排口實(shí)測(cè)煙溫;P為排口實(shí)測(cè)煙氣壓力。

2 燃煤機(jī)組節(jié)能減排績(jī)效綜合評(píng)價(jià)方法

2.1 基于雷達(dá)圖的節(jié)能減排績(jī)效評(píng)價(jià)方法

雷達(dá)圖分析法是多屬性體系結(jié)構(gòu)描述的對(duì)象綜合評(píng)價(jià)中較為常用的一種方法，它指的是將各評(píng)價(jià)指標(biāo)投影到同一二維平面圖形上，各指標(biāo)分布在不同的數(shù)值軸上，各數(shù)值軸在中心點(diǎn)周邊呈輻射狀，數(shù)值軸上各指標(biāo)數(shù)值點(diǎn)連接后形成的多邊形即為雷達(dá)圖［9－11］。對(duì)于雷達(dá)圖，以特征向量為基礎(chǔ)，構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)向量如下:

其中:

式中:S代表評(píng)價(jià)對(duì)象雷達(dá)圖區(qū)域面積;Smax代表各評(píng)價(jià)對(duì)象中雷達(dá)圖區(qū)域面積最大者;L代表評(píng)價(jià)對(duì)象雷達(dá)圖區(qū)域周長(zhǎng)。

根據(jù)綜合評(píng)價(jià)向量，構(gòu)造雷達(dá)圖綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)如下:

2.2 基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績(jī)效評(píng)價(jià)方法

燃煤發(fā)電是一種能源轉(zhuǎn)換的過程，該過程對(duì)環(huán)境造成的影響主要包括以下兩方面:一方面是對(duì)煤炭等自然資源的消耗;另一方面是排放SO2、NOx、煙塵等環(huán)境污染物。因此，燃煤發(fā)電過程節(jié)能減排績(jī)效可以表述如下:

對(duì)于煤炭等自然資源、排放的污染物，無法從質(zhì)量衡量等角度進(jìn)行統(tǒng)一度量。本文從能源消耗及產(chǎn)生環(huán)境影響付出的經(jīng)濟(jì)代價(jià)角度設(shè)計(jì)了一種燃煤發(fā)電節(jié)能減排績(jī)效綜合評(píng)價(jià)方法:

式中:B標(biāo)煤、BSO2、BNOx、B煙塵分別為標(biāo)煤價(jià)格、SO2排放量、NOx排放量以及煙塵排放量;P標(biāo)煤、PSO2、PNOx、P煙塵為SO2、NOx、煙塵超標(biāo)罰款價(jià)格及排污費(fèi)單價(jià)。

3 應(yīng)用分析

燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能減排所包含的影響因素眾多，包括機(jī)組供電煤耗、脫硫系統(tǒng)運(yùn)行水平、脫硝系統(tǒng)運(yùn)行水平等，為了推進(jìn)節(jié)能減排的精細(xì)化管理，需要建立多目標(biāo)、多層次的節(jié)能減排績(jī)效綜合評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)燃煤機(jī)組節(jié)能減排效果的全面評(píng)估。下面將利用雷達(dá)圖、基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化兩種方法進(jìn)行分析。

下面以江蘇10家電廠20臺(tái)燃煤發(fā)電機(jī)組實(shí)測(cè)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)為例介紹綜合評(píng)價(jià)方法應(yīng)用情況，表1為江蘇部分發(fā)電企業(yè)裝機(jī)情況。

表2所示即為江蘇省各發(fā)電企業(yè)2014年7月3日9∶00至10∶00節(jié)能減排實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

從表2中可以看出，若只考慮機(jī)組供電煤耗，則S3U1機(jī)組最節(jié)能，若只考慮二氧化碳排放情況，則S7U2機(jī)組最環(huán)保，若只考慮氮氧化物排放情況，則S1U1機(jī)組最環(huán)保，若只考慮煙塵排放情況，則S10U1機(jī)組最環(huán)保。

表1 江蘇部分發(fā)電企業(yè)裝機(jī)情況

表2 各機(jī)組實(shí)測(cè)節(jié)能環(huán)保指標(biāo)g/(kW·h)

3.1 基于雷達(dá)圖的節(jié)能減排績(jī)效評(píng)價(jià)

表3 雷達(dá)圖法計(jì)算得到的各機(jī)組綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.2 基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績(jī)效評(píng)價(jià)

依據(jù)《排污費(fèi)征收使用管理?xiàng)l例》及《關(guān)于調(diào)整排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)的通知》要求，計(jì)算排污費(fèi)。動(dòng)力煤價(jià)按照800元/t(5000kCal)計(jì)算，按照節(jié)綜合評(píng)價(jià)方法計(jì)算，燃煤發(fā)電機(jī)組節(jié)能減排綜合績(jī)效指標(biāo)計(jì)算公式為:

按照上式計(jì)算得到的結(jié)果如表4所示。

表4 基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)

從表4中可以看出，基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績(jī)效評(píng)價(jià)方法計(jì)算得到S3U1機(jī)組綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)最小，其節(jié)能環(huán)保性能最佳。

3.3 兩種評(píng)價(jià)方法對(duì)比分析

雷達(dá)圖法一方面要求評(píng)價(jià)對(duì)象的各評(píng)價(jià)指標(biāo)要盡量小，同時(shí)要求評(píng)價(jià)對(duì)象各指標(biāo)要盡量協(xié)調(diào)，即保持指標(biāo)的勻稱性，該特征代表著機(jī)組節(jié)能減排性能的可持續(xù)性。該方法默認(rèn)所有評(píng)價(jià)因子在綜合評(píng)價(jià)體系中權(quán)重一致。

基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的評(píng)價(jià)方法從機(jī)組發(fā)電經(jīng)濟(jì)成本的角度進(jìn)行綜合度量評(píng)價(jià)，它側(cè)重于機(jī)組的消耗成本分析，各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重為各指標(biāo)的成本單價(jià)。但由于污染物排放量?jī)H占原煤消耗量的0.14%左右，按照該方法計(jì)算得到的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)嚴(yán)重偏向供電煤耗指標(biāo)，污染物排放因子的影響幾乎被忽略。

因此，可以看出兩種方法的適用對(duì)象并不一致，對(duì)于雷達(dá)圖法，適合于從宏觀角度比較各機(jī)組的節(jié)能減排效果及其性能的可持續(xù)性，而基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的評(píng)價(jià)方法適合于發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行控制成本的角度進(jìn)行各機(jī)組的綜合比較及改進(jìn)提升。

針對(duì)雷達(dá)圖方法中默認(rèn)所有評(píng)價(jià)因子在綜合評(píng)價(jià)體系中權(quán)重一致的問題，在應(yīng)用雷達(dá)圖法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)時(shí)可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化處理公式進(jìn)行改進(jìn)，式中加入代表修正系數(shù)λij即:

比如“十二五”期間，電力行業(yè)要突出治理氮氧化物排放問題，引導(dǎo)發(fā)電企業(yè)新裝或改造脫硝設(shè)施，為了突出展示燃煤機(jī)組NOx減排效果，可將λij設(shè)置為大于1的系數(shù)。對(duì)于SO2、NOx、煙塵三種污染物排放指標(biāo)的修正系數(shù)確定，可根據(jù)三種污染物單位排放經(jīng)濟(jì)損失系數(shù)確定。

針對(duì)基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的評(píng)價(jià)方法中嚴(yán)重偏向供電煤耗指標(biāo)的問題，對(duì)公式進(jìn)行變換處理，從發(fā)電凈成本的角度分析機(jī)組性能:

式中:I為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo);bgd為標(biāo)準(zhǔn)供電煤耗;fd為單位質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)煤價(jià)格;wi為第i種污染物排放量;fi為單位第i種污染物排污費(fèi)價(jià)格;ki為第i種污染物考核費(fèi)用;Esw代表上網(wǎng)電量、fsw代表上網(wǎng)電價(jià);Qsq代表售汽量;fsq代表售汽單價(jià)。

4 結(jié)語(yǔ)

介紹了雷達(dá)圖法、基于能源消耗與環(huán)境代價(jià)統(tǒng)一量化的評(píng)價(jià)方法等兩種燃煤機(jī)組節(jié)能減排綜合績(jī)效評(píng)價(jià)方法，雖然兩種方法適用場(chǎng)景、應(yīng)用對(duì)象有所差別，但兩種方法均能實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組節(jié)能減排綜合績(jī)效的多目標(biāo)評(píng)價(jià)，均能實(shí)現(xiàn)火電機(jī)組節(jié)能減排效果的全面評(píng)估，同時(shí)推進(jìn)節(jié)能減排的精細(xì)化管理。

［1］徐鋼，袁星，楊勇平，等.火電機(jī)組煙氣脫硫系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012，32(32):22－29.

［2］錢永貴，欒立海.燃煤電廠電除塵器優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整及效果分析［J］.中國(guó)電力，2012，45(9):72－75.

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［5］GB 13233－2011，火電廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［6］HJ/T 75－2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范(試行)［S］.

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Research on comprehensive evaluation of the energy－saving emission reduction performance method of coal－fired units

In order to assess the effect of energy saving and emission reduction of coal fired units，some evaluation indices，such as the power supply coal consumption rate，sulfur dioxide emission performance of coal－fired units，nitrogen oxide emission performance，soot emission performance were expounded.Then this paper analysed coal－fired unit comprehensive evaluation of energy saving and emission reduction performance by the application of radar chart and the method which based on the performance of energy－saving emission reduction unified quantitative evaluation.Finally this paper analysed the advantages，disadvantages and the applicable conditions of two kinds of comprehensive evaluation methods，and provided suggestions for improvement.

coal fired units;energy saving and emission reduction;comprehensive evaluation;performance indicator

TM 611

B

1674－8069(2015)05－053－04

2015-03-16;

2015-05-24

孫栓柱(1973-)，男，江蘇邳州人，高級(jí)工程師，主要從事火力發(fā)電在線監(jiān)測(cè)方向研究。E－mail:15905166625@163.com