IT技術(shù)幫助煤電污染“消毒”
電力工業(yè)是關(guān)系國(guó)計(jì)民生的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)和公用事業(yè)。安全、穩(wěn)定和充足的電力供應(yīng)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定持續(xù)快速發(fā)展的重要前提條件。在中國(guó)，目前火力發(fā)電仍然是電力發(fā)展的主力軍，火電機(jī)組裝機(jī)容量約占全國(guó)發(fā)電設(shè)備裝機(jī)總量的四分之三。但是，火力發(fā)電在以低成本的方式解決國(guó)家電力緊缺問(wèn)題的同時(shí)，其對(duì)環(huán)境的污染也是最為人詬病之處。
利用煤、石油和天然氣等燃料所含能量發(fā)電的方式統(tǒng)稱為火力發(fā)電。按發(fā)電方式，火力發(fā)電分為燃煤汽輪機(jī)發(fā)電、燃油汽輪機(jī)發(fā)電、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和內(nèi)燃機(jī)發(fā)電。中國(guó)擁有大量的煤炭資源儲(chǔ)備，因此目前中國(guó)火力發(fā)電主要采用燃煤發(fā)電技術(shù)。
燃煤發(fā)電污染環(huán)境三宗罪
燃煤發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題到底有多嚴(yán)重？燃煤發(fā)電究竟會(huì)產(chǎn)生哪些污染？
福建廈門嵩嶼電廠總經(jīng)理助理張文平介紹:“在燃煤發(fā)電系統(tǒng)生產(chǎn)電能的全過(guò)程中，如果不加控制，會(huì)產(chǎn)生煙氣、粉塵、灰渣、廢水、廢液以及設(shè)備噪聲等各種污染源，容易引起煙氣污染、粉塵污染、水污染等環(huán)境污染。”
據(jù)了解，燃煤發(fā)電機(jī)組排出的煙氣中主要污染成分包括二氧化硫（SO2）、二氧化碳（CO2）和氮氧化物等氣體。其中，二氧化硫?qū)Νh(huán)境造成的直接后果是在大氣中形成酸雨。由于中國(guó)燃煤電廠數(shù)量眾多，目前中國(guó)的酸雨帶呈急劇蔓延之勢(shì)，成為繼歐洲、北美之后世界第三大酸雨區(qū)。二氧化碳是導(dǎo)致全球變暖的直接罪魁禍?zhǔn)住５趸锶菀仔纬晒饣瘜W(xué)煙霧，對(duì)人和動(dòng)植物的損害非常大。1952年美國(guó)洛杉磯因?yàn)榈趸镆l(fā)光化學(xué)煙霧事件，當(dāng)時(shí)致使大批居民發(fā)生眼睛紅腫、喉痛咳嗽、皮膚潮紅等癥狀，嚴(yán)重者心肺功能衰竭，有400余名65歲以上老人因此死亡。
燃煤電廠排放出的粉塵主要包括輸煤系統(tǒng)中的煤塵、鍋爐及灰渣系統(tǒng)中的煤塵和灰塵、濕法及干法脫硫系統(tǒng)中的粉塵等。這些游離在空氣中的粉塵的分散度越高（即粉塵粒直徑越小），其在空氣中的穩(wěn)定性越高，在空氣中懸浮時(shí)間越長(zhǎng)，人們吸入的機(jī)會(huì)越多，對(duì)人體的危害就越大。
燃煤電廠排放的工業(yè)廢水是另一個(gè)重要的污染源，其排放的廢水主要有沖灰(渣)水、化學(xué)廢水、油污水、煤場(chǎng)排水、地面沖洗水等，如果不進(jìn)行回收或處理直接進(jìn)行排放，可造成土壤和地下水的污染，會(huì)大大降低水體的自凈能力，同時(shí)這些工業(yè)廢水可通過(guò)植物吸收，在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化，對(duì)人、畜危害巨大。
因此，治理煙氣、粉塵和水污染，已成為燃煤發(fā)電企業(yè)必須跨越的三道“環(huán)保”坎！如何治理這些污染，是擺在所有燃煤發(fā)電企業(yè)面前的巨大挑戰(zhàn)。
治理污染IT擔(dān)綱
隨著國(guó)家開始重視環(huán)境保護(hù)，各級(jí)政府將治理燃煤發(fā)電企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題擺在了議事日程上，出臺(tái)了各種相關(guān)的污染物排放標(biāo)準(zhǔn)，并投入巨資用于治理。
針對(duì)燃煤發(fā)電企業(yè)，國(guó)家制定了相應(yīng)的大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn): 對(duì)二氧化硫排放的指標(biāo)限制在100mg/Nm3以下; 對(duì)粉塵的最高容許排放質(zhì)量濃度為10 mg／Nm3。
面對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，各燃煤發(fā)電企業(yè)也認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)的重要性，并表現(xiàn)出積極的態(tài)度。從2007年開始，紛紛投入巨資用于設(shè)備的改造，并不斷引進(jìn)和開發(fā)各種新的技術(shù)與設(shè)備，以求達(dá)到國(guó)家制定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求。
張文平向記者介紹，粉塵污染和水污染屬于發(fā)電企業(yè)中的老問(wèn)題，目前幾乎所有的燃煤發(fā)電廠都已經(jīng)具備處理粉塵污染和水污染的能力。而煙氣排放導(dǎo)致的二氧化硫污染和氮氧化物污染，則屬于目前環(huán)境治理中的新問(wèn)題，也是需要注意的工作。根據(jù)國(guó)家要求，目前新建燃煤電廠必須同步安裝脫硫設(shè)施。擴(kuò)建工程必須 “以老帶新”，即在新建機(jī)組安裝脫硫設(shè)施的同時(shí)，對(duì)原有機(jī)組實(shí)施脫硫改造。而其他老電廠則必須限期進(jìn)行脫硫改造。
福建廈門嵩嶼電廠投產(chǎn)于1995年，2004年開始進(jìn)行二期工程擴(kuò)建，目前有4臺(tái)30萬(wàn)千瓦燃煤火電機(jī)組。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，電廠投入了7.6億元巨資進(jìn)行脫硫、脫硝、電除塵改造、全封閉煤罐建設(shè)等環(huán)保治理，實(shí)現(xiàn)了“增產(chǎn)減污”，主要污染物的排放達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和總量控制要求，二氧化硫、氮氧化物、煙塵等主要污染物排放濃度比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)控制值還降低50%以上。
“嵩嶼電廠所采用的脫硝技術(shù)，采用了今年國(guó)家新提出來(lái)的技術(shù)要求。雖然這項(xiàng)技術(shù)并不是強(qiáng)制性的要求，但嵩嶼電廠認(rèn)為這是為環(huán)保做的一個(gè)新貢獻(xiàn)，因此毫不猶豫地上馬了‘脫硝’項(xiàng)目。”張文平說(shuō): “下一步，燃煤電廠還必須面對(duì)二氧化碳排放對(duì)大氣的污染問(wèn)題，這是全世界共同面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)，二氧化碳捕獲和填埋技術(shù)將在應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)中扮演重要角色，各國(guó)政府也正在制定相應(yīng)的政策法規(guī)來(lái)推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用推廣”。
天津北疆發(fā)電廠是一個(gè)正在建設(shè)中的項(xiàng)目，是天津?yàn)I海新區(qū)開工建設(shè)的十大重點(diǎn)項(xiàng)目之一，總投資達(dá)260億元。它采用了當(dāng)今世界上最先進(jìn)的高參數(shù)、大容量、高效率、低污染的“超臨界發(fā)電技術(shù)”，這也是該項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)的首次使用。
據(jù)北疆電廠環(huán)保工程師楊鎖印介紹，北疆發(fā)電廠是國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)項(xiàng)目，采用了“發(fā)電—海水淡化—濃海水制鹽—土地節(jié)約整理—廢棄物資源化再利用 ”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式，規(guī)劃建設(shè)4×100萬(wàn)千瓦燃煤發(fā)電超臨界機(jī)組和40萬(wàn)噸/日海水淡化裝置，電廠所有的水源均取自海水。除了采用高效脫硫、除塵設(shè)施對(duì)煙氣進(jìn)行治理外，對(duì)于電廠及海水淡化產(chǎn)生的濃海水進(jìn)行綜合利用，就近排入電廠附近的漢沽鹽場(chǎng)進(jìn)行制鹽，在提高鹽產(chǎn)量的同時(shí)，節(jié)省了大量的土地面積，并且實(shí)現(xiàn)了電廠廢水的零排放。對(duì)電廠產(chǎn)生的廢渣及脫硫石膏，則進(jìn)行進(jìn)一步的開發(fā)及加工，用于生產(chǎn)天津?yàn)I海新區(qū)緊缺的建筑材料。
據(jù)了解，多項(xiàng)節(jié)能環(huán)保的新技術(shù)在北疆電廠大范圍使用，如海水淡化裝置采用當(dāng)前世界上先進(jìn)的低溫多效海水淡化技術(shù)，控制系統(tǒng)采用國(guó)內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先的DCS分散控制技術(shù)，制鹽在國(guó)內(nèi)開創(chuàng)了采用電廠及海水淡化排放濃鹽水進(jìn)行制鹽的先河，讓企業(yè)直接達(dá)到了國(guó)際環(huán)保要求。
張文平和楊鎖印都認(rèn)為，在電廠的節(jié)能減排工作中，IT技術(shù)發(fā)揮了出色的控制和監(jiān)測(cè)功能，不僅可以有效地控制電力的生產(chǎn)流程，還可以極大地提高可節(jié)能減排的效率。同時(shí)通過(guò)有效的數(shù)據(jù)采集，為環(huán)境監(jiān)管部門提供有效的決策依據(jù)。
特別是電力企業(yè)中普遍采用的離散控制系統(tǒng)DCS，所謂DCS就是以微型計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，融匯計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、CRT屏幕顯示技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。它對(duì)電力的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中管理和分散控制，分布于生產(chǎn)過(guò)程中的各種以微處理器為核心的過(guò)程控制站，分別對(duì)各部分工藝流程進(jìn)行控制，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與中央控制室的各監(jiān)控操作站聯(lián)網(wǎng)，因此也被稱為集散控制系統(tǒng)(TDCS)。操作人員只要通過(guò)監(jiān)控站CRT終端,可以對(duì)全部生產(chǎn)過(guò)程的工況進(jìn)行監(jiān)視和操作,網(wǎng)絡(luò)中的專業(yè)計(jì)算機(jī)適時(shí)地給各過(guò)程站發(fā)出控制信息，調(diào)整運(yùn)行工況。
“采用DCS系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電生產(chǎn)流程控制，在電力生產(chǎn)中發(fā)揮了巨大的作用。隨著電廠對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的需求不斷增加，DCS系統(tǒng)更是新增添了許多環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、監(jiān)控和上傳功能。”張文平說(shuō)。
過(guò)去許多電廠采取的是每個(gè)月向上級(jí)環(huán)保局或當(dāng)?shù)厥姓峤幌嚓P(guān)的環(huán)保數(shù)據(jù)報(bào)表，以表明自己達(dá)到了環(huán)保要求。隨著各地環(huán)保部門自身信息系統(tǒng)和政府網(wǎng)絡(luò)的逐漸完善，這些管理部門要求必須讓電廠的DCS系統(tǒng)與環(huán)保系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接，以便每天實(shí)時(shí)采集環(huán)保數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控。因此，DCS系統(tǒng)中必須增加相關(guān)的數(shù)據(jù)采集功能，為環(huán)保數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)及采集服務(wù)。“目前，嵩嶼電廠的DCS系統(tǒng)就與福建省、廈門市環(huán)保部門的信息系統(tǒng)連接，每天實(shí)時(shí)傳遞采集到的數(shù)據(jù)，環(huán)保部門可實(shí)時(shí)檢查，看是否達(dá)到了環(huán)保要求，這是IT系統(tǒng)為環(huán)境監(jiān)測(cè)做出的新貢獻(xiàn)。”張文平說(shuō)。
“脫硫是治理燃煤電廠污染的最關(guān)鍵環(huán)節(jié)！”楊鎖印對(duì)記者說(shuō):“北疆發(fā)電廠嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家及地方標(biāo)準(zhǔn)，并在該標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了進(jìn)一步的提高——國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)二氧化硫排放的指標(biāo)限制在 100mg/Nm3以下，北疆電廠的排放濃度為93mg/ Nm3，這其中IT技術(shù)也發(fā)揮了巨大作用。”
楊鎖印介紹，北疆電廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)會(huì)對(duì)煙氣系統(tǒng)、漿液系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)的流程參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控保護(hù)，同時(shí)設(shè)有過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)和上位監(jiān)控系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)通過(guò)測(cè)量模件檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程熱工參數(shù)，在控制器中進(jìn)行修正、補(bǔ)償、開環(huán)、閉環(huán)運(yùn)算，同時(shí)在操作員監(jiān)控終端上進(jìn)行監(jiān)控，系統(tǒng)運(yùn)算結(jié)果輸出到控制現(xiàn)場(chǎng)讓設(shè)備執(zhí)行。自動(dòng)控制系統(tǒng)還需要與磨粉機(jī)、旋轉(zhuǎn)分離器、增壓風(fēng)機(jī)、GGH、煙氣擋板、循環(huán)泵、皮帶機(jī)、儲(chǔ)液罐、上下料機(jī)、料倉(cāng)等設(shè)備自帶的電氣設(shè)備和電氣控制柜進(jìn)行連接，使工作人員在中央控制室通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)屏幕的觀察和操作，能夠?qū)@些設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制、報(bào)警、保護(hù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)歷史運(yùn)行狀況的紀(jì)錄，整個(gè)發(fā)電廠的脫硫能力可以達(dá)到了95%以上。
國(guó)家政策的扶持，燃煤電廠的積極配合，使得全國(guó)治理燃煤電廠污染問(wèn)題進(jìn)展順利且效果明顯。新疆天業(yè)自備電廠四期4×13.5萬(wàn)千瓦熱電機(jī)組的脫硫項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)展順利，該集團(tuán)公司副總安志明說(shuō)，此項(xiàng)目投資1.2億元人民幣，目前是中國(guó)最大的電石渣煙氣脫硫設(shè)施，采用以廢治廢的環(huán)保循環(huán)新型技術(shù)，脫硫效率運(yùn)行成本以及廢渣綜合利用率在國(guó)內(nèi)都處于領(lǐng)先水平。據(jù)了解，該項(xiàng)目進(jìn)行了一年的技術(shù)準(zhǔn)備，于2008年年3月份開始建設(shè)，預(yù)計(jì)8月將建成。
資金保障是關(guān)鍵
有效治理電力污染，資金投入是一個(gè)重要的保障。
“我們每發(fā)一度電，國(guó)家給予人民幣一分五的補(bǔ)貼用于開展除硫等環(huán)保項(xiàng)目。這對(duì)于減輕企業(yè)的資金負(fù)擔(dān)起到了關(guān)鍵作用。”張文平介紹說(shuō)。
楊鎖印介紹說(shuō)，北疆發(fā)電廠用于環(huán)保治理的總投資達(dá)7億元，約占電廠工程靜態(tài)總投資的8%，主要的項(xiàng)目為脫硫、除塵、廢水治理、水土保持等。 “我們超臨界機(jī)組的發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為272克／千瓦時(shí)，而2006年，全國(guó)發(fā)電煤耗平均為366克／千瓦時(shí)，未采用脫硫設(shè)施時(shí)約排放6克的二氧化硫，采用高效脫硫設(shè)施后約排放0.22克二氧化硫。其自動(dòng)監(jiān)控和管理系統(tǒng)發(fā)揮了重要作用，目前電廠用于IT方面的投入已經(jīng)達(dá)到了4000萬(wàn)元。”
燃煤發(fā)電企業(yè)在執(zhí)行節(jié)能減排政策的同時(shí)，依然面臨一些困難。張文平說(shuō)，發(fā)電企業(yè)實(shí)施節(jié)能減排所需要投入的設(shè)備和技術(shù)費(fèi)用通常在數(shù)億元以上，初始購(gòu)置成本巨大。除此之外，影響火電公司使用減排設(shè)施的障礙還有其昂貴的日常營(yíng)運(yùn)費(fèi)用，這也是不小的一筆開支。楊鎖印感慨道:“執(zhí)行國(guó)家的政策自然義不容辭，但成本問(wèn)題也確實(shí)制約著節(jié)能減排工作的進(jìn)一步開展。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在這方面也沒(méi)有很好的解決辦法。煙氣的高效低成本處理及綜合利用技術(shù)是個(gè)世界性難題和全球性課題。要想更有效地實(shí)施節(jié)能減排，還需要更為先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，IT行業(yè)應(yīng)當(dāng)擔(dān)當(dāng)起推動(dòng)技術(shù)發(fā)展的責(zé)任。”
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