Research on effect evaluation of flue gas desulfurization transformation for coal fired power plants

Economic Management Journal July 2013, Volume 2, Issue 3, PP.93-98

Research on Effect Evaluation of Flue Gas Desulfurization Transformation for Coal-fired Power Plants Wei Li North China Electric Power University, School of Economics and Management, Baoding 071003 Email:514712569@qq.com

Abstract With the rapid development of economy, the sulfur dioxide produced in coal has increased dramatically. Flue gas desulfurization is an effective measure to control the sulfur dioxide emissions. Taking Handan thermal power plant as example, this paper evaluates the effectiveness of flue gas desulfurization transformation using the fuzzy comprehensive evaluation method, which may contribute to the implementation of the transformation of outdated flue gas desulfurization.

Keywords: Coal-fired Power Plants; Flue Gas Desulfurization; Transformation; Evaluation

火电厂烟气脱硫改造效果评价研究 李薇 华北电力大学，经济与管理系，保定 071003 摘 要：随着经济的高速发展，我国因燃煤产生的二氧化硫急剧增加。烟气脱硫是火电厂控制二氧化硫排放量的有效措施。 文章主要以邯郸热电厂为例，运用模糊综合评价方法对烟气脱硫改造效果进行评价，以期对未来老火电机组的脱硫改造工 作提出一些建议。 关键词：火电厂；烟气脱硫；改造；评价

引言 我国二氧化硫排放量的 85%来自于燃煤，二氧化硫污染已成为制约我国社会经济发展的重要环境因素。我 国以煤为主的能源消耗结构导致了二氧化硫的大量排放，燃煤电厂是二氧化硫排放的主要来源。当前的火电行 业中具备脱硫功能的机组中，大多是新机组，老机组很少。单纯依靠新机组来减少二氧化硫的排放量是远远不 够的，这就需要对老火电机组进行烟气脱硫改造。所以对老火电机组的烟气脱硫改造对控制二氧化硫的排放至 关重要。 国家环保总局下发的《燃煤二氧化硫排放污染防治技术政策》（环发[2002]26 号)提出，燃用中、高硫煤的 电厂锅炉必须配套安装烟气脱硫设施进行脱硫，对于新、扩、改建燃煤电厂，应在建厂同时配套建设烟气脱硫 设施，实现达标排放，并满足二氧化硫排放总量控制要求；对于已建的火机组，若二氧化硫排放未达排放标准 或未达到排放总量许可要求、剩余寿命（按照设计寿命计算）大于 10 年（包括 10 年）的，应补建烟气脱硫设 施，实现达标排放，并满足二氧化硫排放总量控制要求。 当前世界各国使用的脱硫技术的数量已达 200 余种。根据在燃烧过程中脱硫技术使用的位置可分为三类:燃 烧前脱硫、燃烧中脱硫及燃烧后脱硫（烟气脱硫）。燃烧前脱硫由于投资大，且占用较大场地，在已建电厂或 新建电厂都不适用。燃烧过程中脱硫主要用于小锅炉。对于当前的技术和能力而言，燃烧后脱硫（烟气脱硫） 仍是控制二氧化硫排放量最经济、有效的手段。 - 93 www.emj-journal.org

美国、德国等发达国家从 20 世纪 70 年代起就对各种烟气脱硫技术和装置进行了研究试验。我国火电厂烟 气脱硫技术始于 20 世纪 60 年代，取得了一些研究成果，但由于经济、技术方面原因，一直未能在大型工业设 备上得到应用。直到 20 世纪 90 年代，我国才从国外引进了一系列烟气脱硫技术。在一批电厂中取得了较好的 环境效益。目前燃煤电厂烟气脱硫在我国已经处于大规模的应用阶段。 本文主要通过对邯郸热电厂进行烟气脱硫后的效果进行评价来进行实例分析，以此来有效地指导以后的老 火电机组的烟气脱硫改造。

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构建综合评价指标体系 关于烟气脱硫的综合评价，国内外已经进行了大量的研究。当前比较成熟的评价体系有十几种。国外的烟

气脱硫技术发展很早，从 20 世纪 80 年代初就已开始对 FGD 系统进行评价和筛选。国内也有许多评价体系，这 些评价体系的基本评价指标都大同小异。随着脱硫技术的发展，评价体系也在不断发展着，评价指标越来越细 化，而且越来越定量化。

2.1 综合评价指标列表 本文的评价指标体系是在国内外学者研究成果的基础上，根据近年来火电厂的具体情况确定的。本文烟气 脱硫技术评价指标体系主要包括经济特性指标、技术性能指标以及环境性能指标三个方面，每个方面的性能均 由多个具体指标来反映，最终加以综合评价。具体的评价指标见表-1。 表 1 烟气脱硫效果综合评价指标 A

B 经济指标（B1）

脱 硫 效 果 评 价 指 标

技术指标（B2）

环境指标（B3）

C 单位投资 C11 运行费用 C12 脱硫成本 C13 脱硫率 C21 脱硫剂的利用率 C22 技术成熟度 C23 工艺复杂度 C24 脱硫剂的易得性 C25 对锅炉系统的影响 C26 环境特性 C31 对周围环境的影响 C32 副作物的可回收性 C33

单位 元. kw-1 万元.a-1 元.t-1 % % 商业化、工业化、中试 简单、一般、复杂 易、一般、难 小、中、大 很好、好、不好 小、中、大 回收、抛弃

2.2 各评价指标的含义 （1）单位投资=工程总投资/总装机容量。烟气脱硫工程的总投资由各种工程费用构成，主要包括烟气脱硫 工程的工程设计费用、工程建设费用和一些不可预见的费用等。单位投资是经济特性指标中最重要的指标之一， 也是节能客户最关心的指标之一。 （2）运行费。运行费的含义是指烟气脱硫工程运行一年中所产生的各种费用。主要包括烟气脱硫工程中使 用脱硫剂的费用、耗费的水电费用、所使用的人工费用还有脱硫系统每年的维护费用和管理费用等。 （3）脱硫成本。脱硫成本也是进行烟气脱硫时考虑的重要因素，它直接关系到烟气脱硫系统能否被接受的 关键因素。它的计算公式为，脱硫成本=（工程总投资+年运行费用×30a）/脱除 SO2 的总量。其中脱除 SO2 的总 量=入口烟气 SO2 浓度×处理烟气量×脱硫率×7000h×30a。 （4）脱硫率。脱硫率直接反映脱硫效果的大小。燃煤电厂排放的烟气中含有大量的二氧化硫，为了节能减 排，就必须达到规定的排放标准，这就要求烟气脱硫系统有较高的脱硫率。脱硫率的计算方式为：脱硫率=出 口烟气 SO2 浓度/入口烟气 SO2 浓度。 （5）脱硫剂的利用率。脱硫剂的利用率的含义是指脱硫系统运行时参加反应的脱硫剂与使用的脱硫剂总量 - 94 www.emj-journal.org

之比。该指标直接关系到脱硫剂使用量的多少，也关系到脱硫成本的大小和脱硫设备的管道设计。所以脱硫剂 的利用率越大对脱硫系统越有利。 （6）技术成熟度。技术成熟度是指烟气脱硫系统技术在使用过程中的运行是否稳定。这个指标一般分为实 验室、中试、工业示范、工业应用和商业化这五个方面。其中工业应用和商业化这两个方面的代表技术已经很 成熟，但经国内外学者研究发现，中试技术也具有很好的应用前景。 （7）工艺复杂度。工艺复杂度，指烟气脱硫系统的复杂程度。该指标一般分为简单、一般和复杂三方面。 这个直接关系到烟气脱硫系统是否具有可行性及该系统能否被节能客户所接受。 （8）脱硫剂的易得性。脱硫剂的易得性是指脱硫剂获取的难易程度。该指标可以分为易、一般、难三种。 脱硫剂是烟气脱硫系统的关键因素，所以脱硫剂的易得性对脱硫系统具有重要的影响 （9）对锅炉系统的影响。该指标的含义是指烟气脱硫系统对锅炉系统是否具有破坏作用。对锅炉系统的影 响分为小、中、大三种。烟气脱硫系统可能对锅炉的管道、烟气的排放等产生影响，所以该指标对烟气脱硫系 统的评价有一定的作用。 （10）环境特性。环境特性指标的含义是烟气脱硫系统对环境的影响程度，该指标包括很好、好和不好三 方面。现代社会对环境越来越关注，所以环境特性这个指标非常重要。 （11）对周围环境的影响。对周围环境的影响，是指烟气脱硫系统是否对周围环境产生污染。该指标主要 包括小、中、大三个方面。 （12）副产物的可回收性。副产物的可回收性主要指烟气脱硫系统是否产生副产物，如果烟气脱硫系统产 生副产物，那么就得对副产物进行回收再利用。副产物的可回收性直接关系到该系统对环境的影响，所以该指 标对评价烟气脱硫系统必不可少。

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实例分析

3.1 项目简介 为了响应国家低碳经济的号召，力求各项气体达到排放要求，邯郸热电厂对#11、#12 锅炉进行了烟气脱硫 改造。 邯郸热电厂烟气脱硫系统采用石灰石-石膏湿法脱硫工艺，实际投资达 1.336 亿元，平均单位脱硫投资为 334 元/kW。2008 年实际发生脱硫运行成本 3390 万元，其中，石灰石占 11.15%，脱硫设备用电占 37.51%，水耗占 2.09 %，人工费用占 8.18%，维修费用占 11.65%，折旧费占 29.42%。折合单位发电量运行成本约增加 0.0191 元/（kWh）。

3.2 模糊综合评价 对燃煤电厂的烟气脱硫系统的综合评价是一个多指标的、定性指标和定量指标相结合的复杂过程。专家会 议法和头脑风暴法存在一定的局限性。本文采用模糊综合评价方法，定性和定量相结合，从经济、技术和环境 三方面对烟气脱硫改造后的系统进行综合评价。本文以模糊综合评价模型为基础，根据邯郸热电股份有限公司 的实际情况确定隶属函数、评价矩阵和相应指标的权重。经过两级模糊综合评价，最终得出评价结果。 3.2.1

确立隶属函数

隶属函数分为两类三种:一类为定量隶属函数，另一类为定性隶属函数。定量隶属函数又分为偏小型隶属函 数和偏大型隶属函数。

 0 a x  偏小型: u ( X )＝  2  a2  a1   1

a2  x

a1  a2 0  x  a1

（公式 1）

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 1  xa 1 偏大型：  ( X )    a  a  2 1   0 定性型：  ( X )  x

a2  x

0xn

n

（公式 2）

aa  x  a 2 0  x  a1

（公式 3）

其中 a1 和 a2 分别是隶属函数的下限和上限，对于不同的指标，值是不相同的，一般根据由专家的经验和建 议来确定；n 是定性指标的评判语分级。 3.2.2

建立评价矩阵

将各个指标的值代入相对应的隶属函数得到单因子评价矩阵，经济指标 R1、技术指标 R2 和环境指标 R3 如 下:

0.943 R1   0     0 

3.2.3

0 . 9 93 0 . 9 29    1   1  R2   3     2   3   1     3 

1  1  R3    3 1 

确定指标权重

根据各指标的重要性，构造判断矩阵进行计算。所得结果如下: (1) 判断矩阵 A（相对于总目标 A 而言，各类指标之间相对重要性的比较） 由表 2 可以看出，相对于总目标而言:经济指标最重要，技术指标其次，环境指标更次之，这与我国当前的 国情和经济实力相吻合。 表 2 矩阵 A 及其特征向量 W A B1 B2 B3

B1 1 3 7

B2 1/3 1 5

B3 1/7 1/5 1

W 0.726 0.172 0.102

(2) 判断矩阵 B1 从表 3 的计算结果来看，在经济指标中，用户更关心总投资和运行费用，这和烟气脱硫技术工程投资大的 特点息息相关。 表 3 矩阵 B1 及其特征向量 W1 B1

C11

C12

C13

W1

C11

1

1/3

1/6

0.717

C12

3

1

1/5

0.195

C13

6

5

1

0.088

(3) 判断矩阵 B3 在表 4 的计算结果中，对于技术指标而言:脱硫率、脱硫剂的利用率的权重值分别排在前二位，高于其它技 术指标，与实际情况非常贴近。 - 96 www.emj-journal.org

表 4 矩阵 B2 及其特征向量 W2 B2 C21 C22 C23 C24 C25 C26

C21 1 3 7 6 9 8

C22 1/3 1 4 1/6 3 8

C23 1/7 1/4 1 5 1/2 1/4

C24 1/6 6 1/5 1 5 6

C25 1/9 1/3 2 1/5 1 1/3

C26 1/8 1/8 4 1/6 3 1

W2 0.241 0.235 0.151 0.231 0.125 0.017

(4) 判断矩阵 B3 从表 5 中的计算结果来看，在环境指标中，环境特性的权重值最大，这是脱硫必须达到的目标。 表 5 矩阵 B3 及其特征向量 W3

3.2.4

B3

C31

C32

C33

W3

C31

1

1/3

1/5

0.637

C32

3

1

1/3

0.259

C33

5

3

1

0.105

综合评价

(1) 一级评价





经济评价 由 4.2.3.2 确定的权重向量矩阵为 W1  0, 717 0.195 0.088 和 4.2.2 建立的单因子评价矩阵 相乘得：

0.943 B1  W1  R1  0.717 0.195 0.088   0   0.676    0  技术评价。同理可得：

0.993 0.929   1   0.774 B2  W2  R2   0.241 0.235 0.151 0.231 0.125 0.017   1 / 3    2 / 3  1 / 3    环境评价。同理可得： B3  W3  R3   0.637

0.259

1  0.105  1 / 3  0.828   1 

(2) 3.2.4.2 综合评价

由上确定的一级权重向量矩阵为 W  0.726 0.172 0.102 和由一级评价结果 B1 B2 B3 组成的矩阵 R 相乘得

综合评价矩阵 B:

0.676 B  W  R  0.726 0.172 0.102  0.774  0.708   0.828 将评价结果转化成百分制为 70.8。

3.3 结果分析 通过建立模糊综合评价模型对河北邯郸热电股份有限公司烟气脱硫改造工程进行系统评价，评价得分为 - 97 www.emj-journal.org

70.8，结论为“一般”，该脱硫工程脱硫效率很高，主要污染物的排放达到了标准要求。但是脱硫成本和脱硫 耗电量还是偏高，增加了运行成本，应引起电厂方面的充分重视。

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【作者简介】 李薇（1986- ），女，河北人，华北电力大学经济与管理系硕士，专业：企业管理，研究方向：电力市场理论 研究及应用，Email: 514712569@qq.com

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