燃煤機組節(jié)能減排績效綜合評價方法研究

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)

燃煤機組節(jié)能減排績效綜合評價方法研究

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)

為了全面定量評估燃煤機組的節(jié)能減排效果，首先對燃煤機組供電煤耗率、SO2排放績效、NOx排放績效、煙塵排放績效等單一評價指標(biāo)進行詳細(xì)闡述，然后應(yīng)用雷達圖、基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績效評價等兩種方法分析燃煤機組節(jié)能減排績效綜合評價效果，最終對比分析了兩種綜合評價方法的優(yōu)缺點及適用條件，并提出了優(yōu)化改進意見。

燃煤機組;節(jié)能減排;綜合評價;績效指標(biāo)

0 引言

為了推進低碳電力發(fā)展，我國相關(guān)政府管理部門已積極籌劃，相繼出臺了一系列監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，推動我國電力節(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)施考核評價標(biāo)準(zhǔn)，《電力企業(yè)節(jié)能降耗主要指標(biāo)的監(jiān)管評價》(GB/ T 28557－2012)，要求以供電煤耗、廠用電率來評價燃煤發(fā)電的節(jié)能效果。

雖然，上述標(biāo)準(zhǔn)從節(jié)能、減排兩個角度對燃煤機組評價過程均提出了切實可行的指標(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，目前國內(nèi)相關(guān)政府部門出臺的一系列電力企業(yè)節(jié)能減排監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)要求評估的指標(biāo)較為分散，并未出現(xiàn)燃煤機組節(jié)能減排綜合性評價指標(biāo)體系。實際上，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，同樣的機組，脫硫系統(tǒng)是否投運，供電煤耗差別較大，以600MW等級燃煤機組為例，脫硫系統(tǒng)的投運對機組廠用電率的影響絕對值達到1%～2%［1］，除塵系統(tǒng)對機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)對機組廠用電率的影響占總廠用電率的3%～5%［3］;同樣的機組，加裝煙氣脫硝系統(tǒng)后煤耗會增加。

因此，為了準(zhǔn)確反映機組的節(jié)能減排性能，需要設(shè)計一套綜合考慮煤耗、污染排放量等指標(biāo)的模型，對燃煤電廠節(jié)能減排績效進行綜合性評價。

1 燃煤機組單一評價指標(biāo)

1.1 節(jié)能方面

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

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

1.2 減排方面

減排方面評價指標(biāo)主要以經(jīng)污處設(shè)施處理后的凈煙氣為對象，燃煤電廠減排方面評價指標(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)污染物排放績效

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

式中:W代表污染物排放量，GW為對應(yīng)發(fā)電量。其中污染物排放量通過排口實測流速、排放濃度及排口截面積計算得到:

式中:V為排口實測流速;S為排口截面積;X為排口實測煙氣濕度;T為排口實測煙溫;P為排口實測煙氣壓力。

2 燃煤機組節(jié)能減排績效綜合評價方法

2.1 基于雷達圖的節(jié)能減排績效評價方法

雷達圖分析法是多屬性體系結(jié)構(gòu)描述的對象綜合評價中較為常用的一種方法，它指的是將各評價指標(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)值軸在中心點周邊呈輻射狀，數(shù)值軸上各指標(biāo)數(shù)值點連接后形成的多邊形即為雷達圖［9－11］。對于雷達圖，以特征向量為基礎(chǔ)，構(gòu)造綜合評價向量如下:

其中:

式中:S代表評價對象雷達圖區(qū)域面積;Smax代表各評價對象中雷達圖區(qū)域面積最大者;L代表評價對象雷達圖區(qū)域周長。

根據(jù)綜合評價向量，構(gòu)造雷達圖綜合評價指標(biāo)函數(shù)如下:

2.2 基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績效評價方法

燃煤發(fā)電是一種能源轉(zhuǎn)換的過程，該過程對環(huán)境造成的影響主要包括以下兩方面:一方面是對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)能減排績效可以表述如下:

對于煤炭等自然資源、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)濟代價角度設(shè)計了一種燃煤發(fā)電節(jié)能減排績效綜合評價方法:

式中:B標(biāo)煤、BSO2、BNOx、B煙塵分別為標(biāo)煤價格、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)罰款價格及排污費單價。

3 應(yīng)用分析

燃煤發(fā)電機組節(jié)能減排所包含的影響因素眾多，包括機組供電煤耗、脫硫系統(tǒng)運行水平、脫硝系統(tǒng)運行水平等，為了推進節(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)能減排績效綜合評價模型，實現(xiàn)對燃煤機組節(jié)能減排效果的全面評估。下面將利用雷達圖、基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化兩種方法進行分析。

下面以江蘇10家電廠20臺燃煤發(fā)電機組實測評價指標(biāo)數(shù)據(jù)為例介紹綜合評價方法應(yīng)用情況，表1為江蘇部分發(fā)電企業(yè)裝機情況。

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)能減排實測統(tǒng)計指標(biāo)數(shù)據(jù)。

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

表1 江蘇部分發(fā)電企業(yè)裝機情況

表2 各機組實測節(jié)能環(huán)保指標(biāo)g/(kW·h)

3.1 基于雷達圖的節(jié)能減排績效評價

表3 雷達圖法計算得到的各機組綜合評價指標(biāo)

3.2 基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績效評價

依據(jù)《排污費征收使用管理條例》及《關(guān)于調(diào)整排污費征收標(biāo)準(zhǔn)的通知》要求，計算排污費。動力煤價按照800元/t(5000kCal)計算，按照節(jié)綜合評價方法計算，燃煤發(fā)電機組節(jié)能減排綜合績效指標(biāo)計算公式為:

按照上式計算得到的結(jié)果如表4所示。

表4 基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的綜合評價指標(biāo)

從表4中可以看出，基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的節(jié)能減排績效評價方法計算得到S3U1機組綜合評價指標(biāo)最小，其節(jié)能環(huán)保性能最佳。

3.3 兩種評價方法對比分析

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

基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的評價方法從機組發(fā)電經(jīng)濟成本的角度進行綜合度量評價，它側(cè)重于機組的消耗成本分析，各評價指標(biāo)的權(quán)重為各指標(biāo)的成本單價。但由于污染物排放量僅占原煤消耗量的0.14%左右，按照該方法計算得到的綜合評價指標(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象并不一致，對于雷達圖法，適合于從宏觀角度比較各機組的節(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)境代價統(tǒng)一量化的評價方法適合于發(fā)電企業(yè)生產(chǎn)運行控制成本的角度進行各機組的綜合比較及改進提升。

針對雷達圖方法中默認(rèn)所有評價因子在綜合評價體系中權(quán)重一致的問題，在應(yīng)用雷達圖法進行綜合評價時可對標(biāo)準(zhǔn)化處理公式進行改進，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組NOx減排效果，可將λij設(shè)置為大于1的系數(shù)。對于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)濟損失系數(shù)確定。

針對基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的評價方法中嚴(yán)重偏向供電煤耗指標(biāo)的問題，對公式進行變換處理，從發(fā)電凈成本的角度分析機組性能:

式中:I為綜合評價指標(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種污染物排污費價格;ki為第i種污染物考核費用;Esw代表上網(wǎng)電量、fsw代表上網(wǎng)電價;Qsq代表售汽量;fsq代表售汽單價。

4 結(jié)語

介紹了雷達圖法、基于能源消耗與環(huán)境代價統(tǒng)一量化的評價方法等兩種燃煤機組節(jié)能減排綜合績效評價方法，雖然兩種方法適用場景、應(yīng)用對象有所差別，但兩種方法均能實現(xiàn)燃煤機組節(jié)能減排綜合績效的多目標(biāo)評價，均能實現(xiàn)火電機組節(jié)能減排效果的全面評估，同時推進節(jié)能減排的精細(xì)化管理。

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

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

［3］李立峰.火電廠環(huán)保設(shè)施的能耗分析與對策［J］.廣東電力，2010，23(11):108－111.

［4］錢立軍，周強，代家元.火力發(fā)電機組能耗實時監(jiān)測模型的研究［J］.江蘇電機工程，2010，29(1):62－64.

［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)測技術(shù)規(guī)范(試行)［S］.

［7］HJ/T 76－2007，固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)要求及檢測方法(試行)［S］.

［8］孫栓柱，王林，張友衛(wèi).脫硝電價考核判斷規(guī)則的設(shè)計與應(yīng)用［J］.中國電力，2013，46(12):131－135.

［9］鄭惠莉，劉陳，翟丹妮.基于雷達圖的綜合評價方法［J］.南京郵電學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版)，2001，21(2):75－79.

［10］王永瑜.雷達圖定量綜合評價方法中存在的問題及改進措施［J］.統(tǒng)計教育，2007，88(01):18－20.

［11］饒清華，邱宇，許麗忠，等.基于多目標(biāo)決策的節(jié)能減排績效評估［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2013，33(2):617－625.

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，高級工程師，主要從事火力發(fā)電在線監(jiān)測方向研究。E－mail:15905166625@163.com