1. 前言
三十多年来，随着我国经济改革开放不断深入，电力技术和动力装备领域取得了高速发展的丰硕成果，尤其是常规火电机组的发展速度彪炳史册，从中温中压参数6MW机组到超超临界1000MW机组的产业化仅用了半个世纪。可是，在经济大发展的背景下，发展与环境保护、发展与能源需求的矛盾越来越突出，客观上又制约经济的可持续发展;另一方面，政府在节能与污染源治理上化了大力气，却受到生产关系及其体制上的的种种限制，削弱了对能源需求和生态环境保护的有效控制。
2007年，在党的十七大上，胡锦涛总书记高度概括了中国经济改革与发展的思路和战略，提出“科学发展观第一要义是发展，核心是以人为本，基本要求是全面协调可持续性，根本方法是统筹兼顾。”为我国各行各业的发展指明了方向、道路和方法措施。
2. 节能技术与发展
长期来，我国经济开拓的原动力来自出口外销和低廉的劳动。当经济发展达到一定规模以后，持续的GDP提升必将受制于资源储备、电力增长、环境保护等因素。原先单一性需求型的经济发展理念将受到实践的检验并作出相应的调整，产业要转型，设计思维要更新，以节能环保型的特色适应市场经济的发展规律。
目前，火电厂节能的途径：其一，采用更高等级蒸汽参数(t 700℃)、燃机参数等;其二，采用 IGCC 等新技术;其三，从电厂总能系统考量低品位热能利用方式，突破低温低压蒸汽和潜热利用的瓶颈，拓开朗肯动力循环的低温空间;其四，充分挖掘电站设备、系统设计及管理等的节能潜力。
(1)电力供需模式的自我否定
电力是国民经济腾飞的翅膀，也是单位GDP能耗的参照。“十二五”规划纲要要求：非化石能源占一次能源消费比重达到11.4%。单位国内生产总值能源消耗降低16%，单位国内生产总值二氧化碳排放降低17%。
这些年来，我国越来越重视能量梯级利用，热机技术趋向发展的第三阶段，即在经济可持续发展下与环境相容协调的总能系统，其中将能耗、污染与余热利用紧密地联系在一起。
为此，电力生产从粗放型增长模式向集约型发展，以科学的供给满足产业的合理需求;由资源的低效、高消耗转向资源的节约高效利用。这是电力发展中质的跳跃，是电力发展模式理念上的自我否定。
(2)动力循环多样化
1)改变火电技术结构，实现低碳经济、绿色火电
整体煤气化联合循环发电、富氧燃烧等新技术具有火电污染物源头治理的优越功能，有利于获得高纯度的二氧化碳，实施CCS/CCUS的低碳经济。
天津IGCC 250MW示范工程的取得进展，机组效率41%，烟气污染物优于新标准的排放限值。脱碳采取CCUS销售模式，同时在示范电厂建CCS系统，获取的CO2用于食品业。
IGCC的多联产方式体现资源化的综合利用。根据市场的需求，要求深度调峰，化、电共生，实现多联产，发电电价可望在0.70元/kwh。
国内富氧燃烧技术也正在进展中，从小试到35WM的富氧示范项目。该技术可节约8~9%的燃料，可获得烟气污染物综合治理的效果，脱硫效率99%、去汞效率99%、CO2纯度在95%以上。
2)多元朗肯循环方式的开发
随着社会需求的剧增和自然资源的匮乏，节能已成为世界性的共同课题。于是，回收各行业低温热量引起广泛重视，无论是热电冷联产，还是二元朗肯循环发电，呼声回响业内。特别在有机工质循环发电、热泵技术在利用循环水供暖方面有长足发展。
我国在利用低热能发电方面起步较晚，70年代中叶，利用地热建成羊八井地热电厂;80年代前后用氟利昂作为循环工质回收低热能。因氟利昂破坏臭氧层的作用而自然淘汰;90年代转入有机工质朗肯循环的研究，在热力性研究和应用方面取得一定成效，开发低温热源发电、制冷复合系统等[5] [6];在工质选用时，为减少技术类热损失，用非共沸的混合工质替代单工质，以改善工质循环特性。
但是，大流量回收火电站的低热能时有机工质显得不够给力，无法在性价比上取得优势。为达到节能目标，人们的视野从有机工质转向无机工质。
一种以水和氨的非共沸混合液作为工质的新颖热力循环系统在国内浮出水面。2009年，国内引进卡琳娜循环技术，建立试验台，开展低温热能利用的工程研究，为开拓适应国情的装备而探索。
3)非共沸的碳酸汽水工质
国内对CO2工质特性的研究也取得很大的进展，特别在制冷产业，已经步入CO2超临界物性的应用领域[8];也有人研究CO2工质在火电厂低热量的发电应用。但对于碳酸汽水工质特性研究还不多见。根据工质性质类比法，非共沸的碳酸汽水工质在回收电站低热能发电中应有一席之地，有必要探究碳酸汽水工质的传热特性以及工程应用。
碳酸汽水工质与氨水工质相比，碳酸汽水是碳酸饮料工艺中碳酸化工序的安全产物，且CO2又具有天然优越的属性，在一定温度压力下也具有相当的溶解度;而氨在大流量应用条件下存在泄漏、储存等不安全性因素，单价又高，且环境对氨的泄漏浓度也有严格限制，客观上增加其装备产业化的风险。
从电厂总能系统考量低品位热能利用方式，使用低沸点工质循环的发电制冷系统，将电厂可利用的热能按照“梯级利用、温度对口”的原则分布转换，统一使用，包括锅炉排烟、汽轮机排汽和汽化潜热等余热，集中发电、制冷或采暖，借此可称之为余热岛。
从环保、安全、经济应用及热工技术上讲，非共沸的无机工质有着用武之地，只要应顺环境条件下的工质特性而已。向电厂排放的低温热源要电能、冷能和采暖热能，关键取决于创新的理念、热电冷系统的优化设计、工质及其动力循环系统参数的合理选定和激励政策扶助。如能突破电厂余热利用的瓶颈，那么余热利用的产业链一定会有着相当大的发展空间。
(3)系统设计思维的突破
上海外高桥三电厂立足机组现有条件，充分挖掘设备及系统设计方面的节能潜力，提出多项创新技术，取得良好的节能效果(见表1)。
值得一提的是：
1)困扰国际发电行业多年的管道蒸汽侧氧化皮脱落、爆管以及损伤汽轮机的问题，电厂通过整体高温管壁蒸汽氧化和固体颗粒侵蚀的综合治理，有效防止汽轮机保有效率的下降;
2)全天候脱硝。该脱硝技术使低负荷下省煤器入口水温提高，使其出口烟温相应回升，解决了低负荷下烟温低而只能烟气旁路的难题，确保SCR在全负荷范围内处于催化剂的高效区运行，2011年电厂的脱硝系统全年投入率达98.54%，真正实现了在节能前提下的全天候脱硝。
通过技术创新，火电机组发电煤耗由2008年的287.44g/kw.h到2011年的276.02g/kw.h，节能降耗效果显著(见表1)，烟气污染物排放浓度优于新标准排放限值。
最近，正在采用“一种高低位分轴布置的汽轮发电机”专利技术，研发新一代高效超临界机组。根据SIMENS所做的热平衡计算表明，若采用600℃等级蒸汽参数及二次再热，高/低位布置方案，其汽轮发电机的热耗水平相对目前一次再热常规布置方案可再下降5%。若再集成已成熟的节能创新技术，机组净效率可达48.5%~49%的划时代水平。
电厂对系统的优化改造，为设计、制造单位提供了系统设计的新思维，要排除迷信，解放思想。在洋为中用的同时，不要迷信，要结合国内实际情况，敢于实践，敢于创新。外高桥三厂的创新精神值得发扬光大!
3. 火电厂污染治理
污染源治理必须是政策、技术、管理多管齐下的综合治理。落实碳交易的政策，有力地推动低碳经济，拓展绿色产业的发展空间。
(1)烟气净化
1)加快常规火电污染物处理技术的研发进程，健全火电厂烟气净化装备市场机制
在节能环保政策和烟气排放新标准的推动下，火电环保不断创新，逐步地使火电厂由污染物减排转向低碳近零排放，实现绿色煤电。火电厂节能与污染源治理简况见表2。
在火电厂污染物减排进程中，环保部着重“十二五”减排目标的控制措施，开展前置管理，控制增量，达到持久的综合脱硫效率95%，全面加强已建脱硝装置的运行管理，核查核算，综合确定减排的体系。
新修订的《环境空气质量标准》中，列入大气细颗粒物(PM 2.5)等浓度监测限值指标。根据地区大气PM2.5污染的季节特征，提出结构减排、管理减排和工程减排的多污染物协同减排的科学防控途径。
脱硝是 “十二五”期间烟气净化监管的重点。前期的脱硝实践为执行新标准脱硝排放限值奠定了基础。“十二五”期间新建和改造项目的火电厂将进入烟气脱硫脱硝脱汞一体化的高潮期，为我们企业带来巨大商机。
为此，政府主管部门应吸取脱硫市场建设方面的教训，调动产学研以及各协会团体的积极性，在市场机制上下功夫，构建分工、合作、考核、后评估的多功能一体化的市场机制，增加透明度，防止恶性竞争乱象再现。
(2)固废处理
我国城市化正在进行中，垃圾日产出量以及垃圾存量相当巨大，垃圾“围城”不断威胁着环境的安全和居民的健康。然而，城市垃圾的消纳现状，还远远跟不上减量化、无害化、资源化的处理、处置要求(表3)，虽然国产垃圾焚烧炉形成系列产品，推出单台机组最大垃圾日处理量800t/d不等。
为此政府推出《“十二五”全国城镇生活垃圾无害化处理设施建设规划》。据有人测算，到2015年，为达标焚烧处理垃圾，我国的垃圾焚烧发电厂还需建设380余座。
*吴妍，《规划》六大任务点亮垃圾处理业，中国固废网
摆在面前的主要问题有：
a.需要技术更新，发展环保性能更为先进的、适合国情的垃圾处理装备;
b.需要市政出台实施垃圾分类及配套的可操作措施;
c.需要垃圾处理、处置地区居民的理解和配合，增加互信，处理好建设与地区环保的关系。
垃圾处理是社会性的公益事业，必须要以人为本，将城镇环保与住民的民生结合起来，通过市政政策，实施垃圾分类管理、履行建设项目规定程序、邀请民众代表参与，用数据和实例说明，提高项目的透明度;同时，明确业主责任，公开主管部门及环保检测单位的监督和测试数据，及时沟通地方民意代表，包括普及科普知识等。在这个关系民生的建设项目中群发事件折射着现实管理诚信的缺乏和管理上的错位。
我们的着眼点在于现有垃圾焚烧装备和发电系统的创新，在于现有基础上升级换代。可以说，垃圾掺煤混烧是不得已而为之。扩大炉排炉焚烧设备的处理容量对于低热值垃圾有利也有弊。有利的是炉内的热强度提高，冷却面积相对小了，稳定炉膛较高的燃烧温度;可是炉排面积加大，要求垃圾与燃烧空气混合均匀度及污染物的控制更为严格。由于有毒气体微量，在线检测不易以及重金属的有毒灰分无害化处理，客观上要求改进垃圾的处理方式。
先进的垃圾处理，比如处理干垃圾的有干馏法、气化热解法、等离子法等，处理湿垃圾如厨余、生物质垃圾有生化处理法等。目前，这些处理技术的应用规模小，相对造价高，以致影响产业化;但是，其装备环保性甚佳，值得工程示范推广，以降低建设投资和运行成本，也更容易被社会接受，融洽社会关系。
(3)废污水零排放处理
电厂是用水大户，除大量冲灰渣水、水处理废水外，冷却塔的水耗相当惊人，必须节约用水。多年来，电厂应用废污水处理回用技术卓有成效，几乎达到废污水“零排放”。那么，电厂还有节水的潜力吗?
回答是肯定的。这就是提高热能利用率，积极开发火电低温低压资源的利用技术，降低冷却塔的水耗损失，减少热污染，让更多的水留给农田或地区绿化。
(4)综合利用
常规电厂一直是以发电、供热为主业，不错，在计划经济时代是如此。可是，随着市场经济的发展，人们越来越感到电厂有着丰富的资源，“三废”资源可以再生产，赋予商品的属性，既节约资源又增加收入。例如七十年代煤灰制砖，尝试回收飞灰中稀有元素;九十年代后脱硫的二水硫酸钙做成建筑材料，利用热泵回收循环水低热能技术为居民社区供暖等，使电厂业务成为一主多辅，扩大收入来源。对于整体煤气化联合循环电厂，化工副产品更多，若能在体制上拓宽管理思路，那么一条循环经济的产业链就形成了，这种新颖管理必将使企业盈利最大化。
4. 几点体会
由此可见，火电厂的节能环保前景诱人，关键在于应用科学发展观的原理创新节能环保技术、改革不适应的体制结构。归纳如下：
(1)科学发展观是解放思想，指导各行业包括节能降耗、促进电力科学发展的锐利武器。
(2)节能环保必须以人为本。在经济发展的进程中将发挥企业员工最大的积极性和创造力，加快实现经济在可持续发展下与环境相容协调的总能系统、热电冷联产。
(3)电力技术的创新是综合应用多学科知识的结晶，体现着运用科学知识与实践相结合的不断探索。现有热机系统的优化改造以及低热量利用技术的发展，反映着实践是认识事物的第一性，也是经济发展的必然。
(4)电厂污染源的治理要充分利用资源，改革不合理的体制结构，实现循环经济、近零排放，获取企业最大经济效益。
(5)政府的节能环保配套政策以及垃圾发电厂建设项目的市场运作都要体现民生、民意，提高透明度和可操作性。
原标题：用科学发展观引领火电节能环保技术创新
