Synthetic Economic Analysis of FGD in Shanghai’s Coal-fired Power Plants

储益萍 钱华 戴海夏 景启国 刘利 耿春女 邬坚平

摘要：上海市2006年-2008年环境保护和建设三年行动计划中提出，未来三年全市将有11家电厂35台共约650.8万kW的燃煤发电机组实施烟气脱硫。文章结合上海市实际，提出一系列假定条件，在此基础上，考虑SO₂减排的作用及脱硫产物的利用等方面，从经济、环境等角度对上海市650.8万kW燃煤发电机组实施湿法烟气脱硫的成本、效益进行了综合分析。

关键词：烟气脱硫，脱硫石膏，经济分析，效益

Abstract: According to the requirements of Shanghai Environmental Three-year Action Plan (2006~2008), 35 coal-fired generating sets about 6,508 MW in total in11 power plants in Shanghai will be equipped with flue gas desulfurization (FGD) installations. On the basis of some assumed conditions on the context of the actuality in Shanghai, considering the SO₂ emission reductions and FGD gypsum application, the thesis analyzes the cost and benefit of FGD of above 6,508 MW coal-fired generating sets from environmental and economical perspective.

Key Words: flue gas desulfurization(FGD); FGD gypsum; economic analysis; benefit

 

根据“上海市2006年-2008年环境保护和建设三年行动计划”，未来三年将有11家电厂34台共约650.8万kW的燃煤发电机组实施烟气脱硫，包括外高桥电厂的2×300MW机组、石洞口电厂的4×300MW机组、吴泾第二电厂2×600MW机组等。其中外高桥电厂一期300MW1号燃煤机组烟气脱硫装置已于2005年12月30日成功完成168小时的试运转并通过验收，于12月31日起正式投入调试运行。

国内外烟气脱硫的方法有很多，但一般来说，对于较大机组，石灰石-石膏法即湿法脱硫方法被认为是当今世界较为成熟可靠、使用最广泛、效益-费用比较高的主流方法。上海市燃煤电厂均考虑使用湿法脱硫方式。

本文从经济、环境等角度对上海市650.8万kW燃煤发电机组实施湿法烟气脱硫的成本、效益情况进行综合分析。

为方便估算，特根据烟气脱硫装置市场现状，参考国内外电厂烟气脱硫实例尤其是已投入运行的上海市外高桥电厂设计与现状运行参数，对相关数据作出如下假设或界定：

(1)     假设上海市2006-2008年650.8万kW燃煤发电机组年运行时间5500小时，使用的煤含硫量为0.8%，发电煤耗350g/kW·h；

(2)     考虑国产化率的提高，使用的湿法烟气脱硫装置脱硫效率90%，总投资以300元/kW计，贷款比例80%，贷款年限10年，贷款利率以6%计，10年等额还本；

(3)     石灰石：每万kW机组耗量约0.1t/h，价格45元/t；

水：每万kW机组耗量约1.5t/h，价格以工业水价格计，即约0.65元/t；

蒸汽：每万kW机组耗量约0.15t/h，价格80元/t；

电：脱硫电耗以总发电量的1.5%计，电价计为0.2元/kW·h；

(4)     职工工资以55000元/人·年计，正常运行所需技术及研究人员以平均10人/台机组计(共34台机组)；

(5)     固定资产折旧年限10年；设备维修费用按平均每年占脱硫总工程造价的2%计。

脱硫经济成本主要包括固定资产投资和运行费用两方面。

根据上文设定的假设条件，上海市电厂650.8万kW燃煤机组安装烟气脱硫装置的总投资约为19.524亿元，按80%的贷款比例计，则贷款额共约为15.62 亿元。

运行费用主要包括生产成本、运营费用、财务费用和其他费用^[1]。其中生产成本指的是原辅材料、能源资源的成本(石灰石、水、蒸汽、电等)；运营费用包括固定资产折旧费、修理费用、工资与福利等；财务费用主要指贷款利息；其他费用以上述费用总和的10%计算。

根据上述参数界定，可得出运行费用各项组成部分的数值，详见表1。

 

 

 

 

表1  脱硫设施运行费用分析

 

由此可见，在上海所处背景下，依据上述假设条件，脱硫设施运行费用以生产成本和运营费用为主；从各分项来看，总运行费用中比例最大的组成部分依次为固定资产折旧、用电费用、财务费用等，分别占总运行费的37.41%、20.57%、9.88%，这三项的比例总和约达70%。

从上述运行费用构成中可以看出，上海市电厂湿法烟气脱硫设施运行费用与设备总投资额、电及蒸汽等原辅料消耗量及其价格、贷款比例及利息额等因素之间存在较大的正相关关系。

根据上述计算，上海市这几家电厂650.8万kW燃煤机组上烟气脱硫设施后平均每年约增加发电成本5.22亿元，单位发电成本平均约增加0.015元/kW·h。

按照每度电350g原煤发电煤耗、0.8%的煤含硫量、90%的SO₂转化率计算，650.8万kW机组上脱硫装置后每年SO₂处理量约达18.04万吨，按90%的脱硫效率计，则脱硫设施共可削减约16.24万吨的SO₂排放。

按上海市目前SO₂排污费0.63元/kg计，则650.8万kW机组上脱硫后每年可节省SO₂排污费用约1.02亿元。

此外，脱硫装置可在脱硫的同时减少NO_x、粉尘等污染物的排放，在很大程度上有助于改善大气环境质量。

湿法脱硫方式下，每处理1吨SO₂理论上约产生2.7吨脱硫石膏(二水石膏)。考虑到产生的石膏中可能含有某些杂质等因素，以1:3计，则上海未来三年650.8万kW机组上脱硫装置后，共可产生约54.12万吨的脱硫石膏。

目前上海市正从多方面开展对电厂脱硫石膏综合利用的研究与实践工作，从文献与实地调研、专家访谈、物料测试等结果来看，脱硫石膏的特性较优，可用于石膏板制作、水泥缓凝剂等，其市场前景良好。脱硫石膏价格目前还处于不稳定状态，与供求关系、质量、电厂地理位置等均有很大联系，现状价格一般约在25~60元/吨。若按50元/吨的价格计算，则650.8万kW机组上脱硫产生的脱硫石膏共可使电厂获得每年0.27亿元的经济收入。

上海市大气环境质量总体情况较好，但仍有待改善，大气污染对人体健康等仍有一定的影响。研究表明^[2]，上海市2000年由于大气污染而造成的健康损失约占当年GDP的1.6%。而其中燃煤大气污染(主要为SO₂和颗粒物)是除了汽车尾气污染以外的主要大气污染。

若上海市2006-2008年不对这650.8万kW的燃煤机组实施烟气脱硫，每年将因此多排放16.24万吨SO₂，以及NO_x、粉尘等其他污染物的排放，增加大气中污染物的量及浓度，对人体健康、农作物以及环境质量等造成极大的损害，带来严重损失。

SO₂是一种有毒气体，患有心脏病和呼吸道疾病的人对这种气体最为敏感，还常跟大气中的飘尘结合在一起，进入人和其它动物的肺部，或在高空中与水蒸气结合成酸性降水，对人和其它动植物造成危害。

空气中SO₂浓度只有1PPM时，会使人产生被压迫的不适感；浓度达到8PPM时，人就会感到呼吸困难；浓度达到10PPM时，咽喉纤毛就会排出粘液。1989年科学研究人员对北京的两个居民区作了大气污染与死亡率的相关值研究^[3]，结果表明，大气中SO₂的浓度每增加1倍，总死亡率增加11%；总悬浮物颗粒物浓度每增加1倍，总死亡率增加4%。根据潘小川、Kristin Aunan等专家2004年所做的研究#，大气中SO₂浓度增加1μg/m³，将使呼吸系统疾病死亡人数增加0.1%、心血管疾病死亡人数增加0.04%(同前)；另有研究表明，大气中SO₂浓度增加1μg/m³，还将使肺癌死亡率增加34.43例/10万人^[4]。

因此，SO₂排放可能对人体健康和生命造成影响，从而引发疾病和死亡，带来门诊损失、住院损失、误工损失、陪护损失等健康损失；同时也可能造成农作物减产、生物多样性减少等危害。

综上，上海市650.8万kW机组上脱硫将可避免重大的健康损失、农业损失与生态破坏，改善上海市大气环境质量，具有极大的环境与社会效益。

上海市电厂实施湿法烟气脱硫，产生的产物为脱硫石膏。相对于其他烟气脱硫方式而言，这种产物更易于利用，且利用价值比较高，利用前景也比较喜人，因此将带动上海市与脱硫石膏利用相关的产业的发展，提供新的就业岗位，创造良好的社会效益。

同时，对脱硫石膏的利用可以在一定程度上减少对天然石膏矿产资源的开采利用，避免资源价值流失，并避免了石膏开采、运输过程中引发的水土流失、生态破坏、环境污染等问题。因此，由于矿产资源、生态环境所具有的特殊价值，电厂在脱硫的同时，也间接避免了此类环境成本。

综上所述，上海市2006-2008年对650.8万kW燃煤机组实施烟气脱硫的综合经济成本-效益分析详见表2。

表2  综合经济成本-效益分析

序号	类别			数量(亿元/年)
1	成本	固定资产投资		共19.524亿元
2		运行成本	生产成本 (原辅料、能源等成本)	1.70
3			运营费用 (工资福利、折旧、维修等)	2.53
4			财务费用(贷款利息)	0.52
5			其他费用	0.47
6	效益	经济效益	节省SO2排污费	1.02
7			脱硫石膏销售	0.27
8		环境效益	减少SO2等污染物排放，改善大气环境质量，避免人体健康、生命以及农作物、生态等损害
9		延伸效益	促进与脱硫石膏利用相关产业的发展，创造社会效益
10			产物利用可间接避免矿产资源价值流失，减少生态破坏

 

由上述分析可以发现，燃煤电厂烟气脱硫的固定资产投资和运行费用均较大，而脱硫产生的直接经济效益相对较小，其效益更多地体现在无法直接以货币衡量的环境效益、社会效益上。

(1) 分析结果的不确定性

由于本文的成本分析结果是以一系列条件与参数的假设或界定为基础得出的，存在特定性，每个参数的改变都可能导致分析结果的差异。

一方面，各个电厂的实际情况差异较大，包括采用的设备、贷款比例、人员工资福利水平、修理率等，此外不同电厂所使用的能源的来源不同也可能导致较大成本差异(如有些电厂使用自备水厂提供的水)，因此各个电厂的脱硫经济成本并不是确定的。

另一方面，各种原料、能源的价格与不同时间市场供应等因素有关，可能随时间变化存在较大波动，导致经济成本的不确定性。

此外，从长期来看，由于脱硫设施的使用年限一般长于本文设定的折旧及贷款年限(10年)，因此，当缴完贷款并完成固定资产折旧摊销后，每年的脱硫经济成本将有较大程度的降低(按照本文的一系列假定条件，至少降低45%)。

(2) CO₂的排放

湿法烟气脱硫方式下，每处理1吨SO₂理论上将排放约0.7吨的CO₂。

目前全球气候变化问题正逐渐受到关注，如何在降低燃煤电厂SO₂等污染的同时，不造成其他污染，并保持环境经济效益最优，是需要进一步研究解决的问题。

(3) 环境效益的量化

目前，环境作为一种特殊资源的价值正越来越受到人们的重视，如何将环境损失或效益的价值进行货币化，并将其纳入到经济分析中去，是当前环境经济学者们正着力研究解决的问题。这种货币化需要较大的统计数据支持及人力、物力的投入，同时需要确立各种适用于国情与各地实际情况的剂量反应关系，有待进一步研究。

 

 

 

 

 

[1]    王志轩, 彭俊, 张家杰, 成先红. 石灰石-石膏法烟气脱硫费用分析. 中国电力，2004， 37(2): 69-72

[2]    阚海东, 陈秉衡等. 提高能源效率及结构调整对居民健康影响的评价. 上海环境科学，2002，21(9):520-524

[3]   《中国环境报》1999年7月21日第五版

[4]   赵尔民. 乌鲁木齐市肺癌死亡率与大气污染的相关分析. 环境与健康杂志，1997，14(1): 40

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