复旦大学能源研究中心 潘克西 朱汉雄 常征 刘治星 单钰理

上海煤炭流向与先进燃煤发电路线图分析

复旦大学能源研究中心 潘克西 朱汉雄 常征 刘治星 单钰理

能源流向图能够清晰、直观地核算展示从生产调入、加工转换，直至终端消费的上海煤炭利用全景全程。该文基于2010年“上海煤炭流向与先进燃煤发电路线图”，系统分析各个环节煤炭数据的基本构成和内在联系，重点关注发电用煤的变化趋势和深层措施，多情景预测上海煤炭利用的优化目标和实现路径。研究显示，上海煤炭消费的“饱和点”已于2011年出现，煤炭消费已开始向能源利用效率高、污染排放控制好的发电领域集中。以2012年全市煤炭消费量为基准，关闭、替代分散中小锅炉窑炉约能削减耗煤300万t；关闭、改造热电联产机组约能削减耗煤300万t；关闭、升级亚临界等低效机组，即使实现将所有燃煤机组全部升级为超超临界机组的强化情景，也只能再削减耗煤250万t左右。若要考虑能效、排放、装备技术、企业成本、居民电价承受力等多目标最优，就必须进行煤炭全供应链、以及煤电全生命周期等系统分析，绘制多方案行动路线图，该文是相关系列研究的初探。

煤炭；流向；燃煤发电；上海

上海煤炭流向始于外省市调入和进口，经运输中转（主要指市外的水陆联运、内河与铁路运输）、加工转换（发电、供热、炼焦、制气），止于锅炉窑炉等终端利用设备，环环相扣、紧密衔接，具有清晰的、系统的内在联系和数据相关性，如图1所示①数据来源：复旦大学能源流向与碳排放因子数据库http://202.120.227.3/dvn/dv/FDED。当前和今后一段时期，上海的煤炭消费将快速持续地向发电企业集中，等量、减量替代升级的发电机组将主要为超超临界、IGCC等，上海的煤炭利用将呈现高能效、低排放、环境友好的先进燃煤发电景象。

1 上海煤炭流向的主要节点与关键数据

在图1中用纵向红线分割、标注出上海煤炭流向的七大主要节点和关键数据，具体为原产地调入量、运输中转量、可供消费量、分品种消费量、分用途消费量、分发电企业消费量、高效机组消费量等。

（1）原产地调入量

上海煤炭全部由外埠调入，国内为主、进口为辅。2010年上海总计调入煤炭7853.7万t，其中来自山西、内蒙古、陕西、河北、河南、山东以及东北三省等主产地的煤炭累计7218.2万t，占调入总量的91.91%；来自安徽、江苏等邻近省份的煤炭323万t，占调入总量的4.11%；进口150多万t，呈现快速增加的态势。

（2）运输中转量

煤炭通过水陆联运、铁路和内河运输进入上海，其中水陆联运是最主要的输运方式。2010年经水陆联运进入上海的煤炭累计6776.6万t，占调入总量的86.29%，中转港主要有秦皇岛港、京唐港、天津港、黄骅港、青岛港、日照港、连云港、锦州港等，江苏徐州等地的煤炭经京杭运河、西南煤炭经长江进入上海，江苏大屯、安徽淮南淮北等地的煤炭经铁路进入上海。参见图2。

2010年经上海中转调出煤炭1869.0万t，主要去向为江苏、浙江，主要品种为烟煤。

（3）可供本地消费量与主要煤种

图1上海煤炭流向与先进燃煤发电路线图2010年（单位：万t）

图2上海煤炭调入流向图（2010年,万t）[注2]

2010年，可供上海本地消费的煤炭量为5945.8万t（含其他焦化产品70.28万t），其中消费的原煤、洗精煤、型煤等合计5875.52万t，比2009年增长10.75%，比2001年增长27.35%；扣除12万t的配送损失量，实际消费煤炭5863.52万t。其中，烟煤4725.2万t、炼焦煤949.4万t、无烟煤189.0万t。烟煤主要用于发电、供热、制气、化工原料和分散的中小锅炉窑炉，炼焦煤全部用于炼焦，来自河南永城的无烟煤（182万t）全部用于宝钢的高炉喷吹，无烟洗块煤（14.3万t）用于工业窑炉。

（4）分用途消费量

上海煤炭的主要利用途径为发电（含自备电厂）、供热（发电供热、热电联产供热、集中供热）、工商业锅炉窑炉③]主要指除电力企业、宝钢以外的工商业企业使用的中小锅炉、茶水炉、灶及窑炉。、制煤气、冶金炼焦、宝钢高炉喷吹和化工原料等；主要用煤部门为电力（包括发电和供热用煤）、工商业（除电力、宝钢以外的锅炉窑炉用煤）、冶金（包括炼焦、高炉喷吹用煤）、化工（化工原料用煤）。其中发电、供热、锅炉窑炉为通过燃烧的能源利用，制气为非燃烧的能源利用，炼焦、高炉喷吹、化工原料为非能源利用。

2010年上海发电用煤达到3421.2万t的高位，比2009年增加560.91万t，比2001年增加1199.26万t，是10年来增长最快的一年，这主要是世博会的拉动。发电和供热的用煤增量（581.26万t）超过了当年煤炭消费的总增长量（570.35万t）；得益于天然气置换煤气工作的大面积完成，2010年制气用煤比2009年减少14.06万t，下降63.76%，是10年来降幅最大的年份；炼焦用煤承接长期的递减趋势再减28.49万t，下降2.84%；化工原料用煤比2009年增加30.13万t，上升26.49%。

2010年直接燃烧用煤合计1004.86万t，仅比2009年微增1.51万t。直接燃烧用煤主要由工商业分散中小锅炉窑炉用煤、宝钢高炉喷吹用煤、宝钢罗泾综合板厂Corex炉用煤以及市内配送损失量构成。高炉喷吹用煤由宝钢本部和不锈钢厂用煤两部分组成，2010年为375.73万t，伴随不锈钢厂的关闭迁出，2017年前会逐步减少，之后唯一的宝钢本部高炉喷吹用煤将长期稳定在300万t左右；2010年Corex炉消耗大同洗块煤94.7万t，2013年前宝钢罗泾综合板厂的两座Corex炉将全部关停，煤炭消费量归零；工商业分散中小锅炉窑炉消费的洗块煤长期稳定在每年15万t左右，消费的原煤由10年前的每年700万t左右，逐步减少到2010年的508.13万t，伴随上海市分散燃煤锅炉窑炉关闭、清洁能源替代工作的有序推进，用于中小锅炉窑炉的煤炭将于2015年底基本削减完毕。

（5）分发电企业消费量

2010年，上海20家燃煤发电企业共拥有发电机组58台，装机容量合计1583.97万kW，占全市发电装机总量（1987.38万kW）的79.7%；燃煤机组发电866.29亿kWh，占全市发电总量（941.05亿kWh）的92.06%；全年消耗电煤3669.42万t，占全市煤炭消费总量的62.45%，其中发电耗煤3421.20万t，发电供热耗煤20.27万t、热电联产供热耗煤227.95万t。

（6）高效燃煤机组消费量

伴随外高桥三厂、漕泾发电厂等超超临界机组的陆续投产和稳定运行，2010年上海高效燃煤机组（超超临界532万kW、超临界300万kW）的耗煤量快速增加至1562.0万t，占电力企业用煤量的42.57%，占全市用煤总量的26.58%，在很好地保障了全市经济社会特别是世博会用电需求的同时，显著地提高了用煤效率、降低了污染物排放。其中超超临界机组耗煤872.2万t，占电力企业用煤量的23.77%，较往年有突破性的提升；超临界机组耗煤689.8万t，占电力企业用煤量的18.80%，较往年大幅提升。与此同时，亚临界机组耗煤1432.8万t、其他机组耗煤674.7万t，都从既往消费高位快速跌落。

2011年上海煤炭消费总量达到6141.95万t的历史高位，成为上海煤炭消费的“饱和点”，详见图3；2012年上海煤炭消费迅速回落到5703.22万t，利用途径优化趋势明显，在全市耗煤总量削减的前提下，超超临界、超临界等高效燃煤机组耗煤量比2010年增加313.9万t，增长20.1%，占电力企业用煤量的51.43%，占全市用煤总量的32.89%；其中最先进的超超临界机组耗煤量增长342.4万t，增长39.3%，在电力企业用煤量和全市用煤总量中的占比分别达到33.3%和21.3%。表明上海煤炭向能源利用效率高、污染排放控制好的先进燃煤发电领域集中的速度更快、强度更高④数据来源：复旦大学能源流向与碳排放因子数据库http://202.120.227.3/dvn/dv/FDED，《上海煤炭流向与先进燃煤发电路线图2010-2012》。。

图3上海煤炭分用途消费量变化趋势图（2001-2012）

2 上海煤炭流向与需求情景分析

伴随产业结构的有序调整和大气污染治理力度的不断加大，上海煤炭消费逐步进入可判、可控、可循的规律性发展轨道。按基准情景、优化情景、强化情景发展，上海煤炭的消费“饱和点”——6200万t已在2011年出现。优化情景是比较客观、比较现实的发展目标；鉴于当前中央政府强烈的治污意愿和百姓高涨的环保诉求，强化情景的兑现落地已成大势所趋，但涉及众多利益相关方，工作难度较大；照常情景不会出现、也不允许出现。

基于2010-2012年上海煤炭流向图及历年煤炭分用途消费实际数据⑤数据来源：复旦大学能源流向与碳排放因子数据库之上海能源流向与碳排放因子数据库http://202.120.227.3/dvn/dv/ FDED/faces/StudyListingPage.xhtml;jsessionid=9dec56575082be5e8b31f7bc90d5?mode=1&collectionId=47。，测算得到2015年、2020年、2030年等关键年份各情景的分用途上海煤炭需求量数据，详见表1。

照常情景设定为上海煤炭按照既往利用模式与消费趋势惯性发展，继续加强本市自发电能力的建设（主要是新建或改造升级的超超临界等先进燃煤机组）。2025年发电用煤达到4888万t，同时全市煤炭消费总量达到6300万t的“饱和点”，随后再逐年平缓下降，2030年约为6050万t⑥数据来源：复旦大学能源流向与碳排放因子数据库之上海能源流向与碳排放因子数据库http://202.120.227.3/dvn/dv/ FDED/faces/StudyListingPage.xhtml;jsessionid=9dec56575082be5e8b31f7bc90d5?mode=1&collectionId=47。《上海能源中长期发展战略研究：煤炭石油》（上海市发改委、复旦大学能源研究中心，2012）。

基准情景按照《上海市能源发展“十二五”规划》、《上海市节能和应对气候变化“十二五”规划》、《上海市环境保护和生态建设“十二五”规划》等政府文件要求，以2015年上海煤炭消费总量5800万t的控制目标为基准进行分项测算。随着上海焦化厂、浦东煤气厂的关闭，上海炼焦用煤全部为宝钢的炼焦用煤，同时根据《上海市钢铁产业“十二五”发展规划》以及宝钢集团的企业规划，2012-2017年间将完成钢铁产业结构调整，宝钢在上海地区减少铁产能约580万t，钢产能约660万t，相应减少煤炭的消费量（约为目前的三分之一），同时参照《清洁生产标准——钢铁行业（高炉炼铁）》“入炉焦比”逐步降低等要求，得到相应的数据；伴随天然气置换工作的进行，人工煤气厂陆续关闭，制气用煤归零；随着工商业中小燃煤锅炉关停、清洁替代工作力度的加大，到2015年除个别确需保留的窑炉外，上海分散燃烧用煤基本削减完毕；依据宝钢的企业规划，同时参照国家《清洁生产标准——钢铁行业（高炉炼铁）》“高炉喷吹煤比”逐步提高等要求并考虑技术进步因素，预计高炉喷吹用煤会有所减少；目前上海化工原料用煤全部为华谊集团的煤化工用煤。2012年底，华谊集团位于吴泾的4#工程建成，年耗煤量有所增加，考虑到技术进步等因素预测2015年为220万t。根据上海的产业结构调整规划，煤化工项目将逐步迁出上海，因此预测2020年后化工原料用煤量将降到200万t以下。

表1 上海煤炭分用途需求量预测表（单位：万t）

优化情景按照国家《大气污染防治行动计划》、《上海市清洁空气行动》等一系列控制煤炭消费总量、改进煤炭利用方式的政策措施和责任目标，以2015年上海煤炭消费总量5400万t为责任目标进行分项测算。2500余台工商业中小锅炉、300余台工业窑炉将会关闭或完成清洁能源替代，可削减煤炭约300万t，到2017年上海市将全面取消分散燃煤；2030年后煤化工项目全部迁出。

强化情景是在优化情景基础上的进一步挖潜，主要工作是关闭、改造污染控制较差的热电联产供热机组（或由燃机和天然气分布式供能替代），相关的300余万吨耗煤转入先进燃煤发电；压减炼焦用煤和化工用煤，力争实现2015年煤炭消费总量控制在5000万t的目标。

就煤炭对上海清洁空气行动和能源结构优化的贡献而言，一在消费总量的控制，二在利用途径的改变。其主要任务近期在于削减分散中小燃煤锅炉窑炉的耗煤量，中期在于削减效率低、污染大的热电联产耗煤量，远期在于通过发电技术、冶炼技术的更新换代，在改善煤炭质量、提高煤炭利用效率的同时，从根本上隔断燃煤与大气污染物排放的联系，彻底实现煤炭的清洁、低碳利用。电力是煤炭利用的最高形式，超超临界、IGCC等先进燃煤发电技术是煤炭高效、清洁、低碳利用的主要途径和依托，是上海煤炭利用优化的必由之路。

3 燃煤发电进展与技术的先进性

电力是国民经济的基础性与支柱性产业，是生产、传输和销售电能的公用事业；是命脉行业，关系国计民生，对日常生产生活的影响直接、深刻而广泛。由于电力是一种最清洁最精确的、可定时定量控制的、能实现多种形式转换的、输送快捷使用方便的能源，因此电力的利用已经遍及经济社会和人民生活的各个领域，成为现代社会之必需。事实上，电力工业的发展水平已经成为衡量一个国家和城市经济社会发展水平特别是综合技术发展水平的重要标尺。

我国燃煤发电的路线一直是向着大容量、高参数、高能效、低污染的先进发电目标发展。上世纪70年代，燃煤发电设备以高压为主，单机容量在10万kW以下，电厂净效率仅为32%，尾气只进行简单的除尘，之后直接排入大气，对环境污染巨大；80年代，燃煤发电设备以超高压为主，单机容量在10-30万kW之间，电厂净效率有所提高，开始安装尾气脱硫装置；到90年代，燃煤发电设备逐步从超高压转向亚临界，单机容量以30-60万kW为主，电厂净效率进一步提高到37%，尾气处理关注NOx排放。开始引进超临界机组，电厂净效率达到40%左右。

进入本世纪，我国超临界、超超临界燃煤发电机组快速发展，并屡创全球运行最好记录。单机容量迅速过渡到100万kW以上，电厂净效率提高到41%-42%，未来有望进一步提升到46%，在严格除尘、脱硫、脱硝的基础上，脱汞和捕集CO2技术已进入研发和示范阶段。

从全球来看，经过几十年的发展，超超临界机组已成为一项成熟的先进燃煤发电技术，节能、环保效益显著，并且还在向更高的参数、更好的效益方向发展。超超临界一次再热机组热效率一般可以达到43%以上，二次再热机组的热效率可以达到45%以上，由此超超临界燃煤发电技术必将成为煤炭高效、清洁、低碳利用的主要途径。

目前，上海共有6台超超临界机组，分别为2008年投产运行的上海外高桥第三发电厂（简称“外三”）的两台1000MW机组、2009年底投产运行的华能上海石洞口发电有限公司（简称“华能石洞口”）两台660MW机组和2010年投产运行的上海上电漕泾发电有限公司（简称“上电漕泾”）的两台1000MW机组。6台机组自投产以来，运行稳定，供电煤耗持续降低。其中，外三机组连年刷新世界同期最低供电煤耗记录，详见表2。

表2 上海超超临界发电厂供电煤耗（gce/kWh）

超超临界机组的高效率有效提升了上海燃煤机组的总体效率。2012年上海燃煤机组供电煤耗仅为305.4gce/kWh，其中超超临界机组供电煤耗282.7 gce/kWh，电厂净效率43.5%，比超临界机组供电煤耗低19.6gce/kWh，电厂净效率高2.8%；比亚临界机组供电煤耗低44.7gce/kWh，电厂净效率高5.9%。

按照2012年上海燃煤供电量794.2亿kWh计算，若采用超超临界机组替代亚临界和其他燃煤机组发电（情景1），可减少供电煤耗150.0万t标准煤，折合实物量减少电煤消费量210.0万t；若全部采用超超临界机组发电（情景2），可减少供电煤耗180.2万t标准煤，折合实物量减少电煤消费量252.3万t，详见图4。

4 结语

图4上海超超临界替代情景电煤消费量变化趋势图（2010-2012）

（1）上海煤炭流向图能够清晰、直观地展示从生产调入、加工转换，直至终端消费的煤炭利用全景全程，能够核算并系统阐明各个环节煤炭数据的基本构成和内在联系，是研究上海煤炭问题、判断上海煤炭形势的理想工具和方法；

（2）上海煤炭消费的“饱和点”已于2011年出现，上海煤炭优化的目标和路线图已日渐清晰、可控。2015年基本完成分散中小锅炉窑炉的用煤削减（约300万t），2020年完成部分现役热电联产机组用煤的等量、减量转换（约300万t），推动煤炭消费快速向能源利用效率高、污染排放控制好的超超临界、IGCC等先进燃煤发电领域集中；

（3）2015年上海煤炭的消费总量会下降到5400万t以下，甚至更低，这主要得益于工商业分散中小锅炉窑炉的关闭、替代。届时上海的煤炭消费也将主要集中于发电企业和宝钢，中远期煤炭消费总量的下降幅度将主要取决于先进发电技术、冶炼技术的应用水平和设备更新换代的进程。

（4）在未来可以预见的时间内，煤炭仍将是上海发电的主要燃料，但伴随超超临界、IGCC等先进燃煤发电技术和设备在上海的普遍利用，常规污染物排放将会得到根本性的改观，减缓和控制CO2等温室气体排放的条件日渐成熟。

（5）实施空气清洁行动计划：控制煤炭消费总量是基础，调整煤炭消费途径是核心，提升煤炭利用技术和设备水平是关键、是根本，是隔断煤炭利用与污染排放联系的革命性措施，能够切实保障经济社会的持续健康发展。

5 致谢

本文及相关研究的进行，始终得到上海市发改委、经信委、统计局、环保局，以及华东电网、申能集团、上海电力公司等机构和相关人士的支持与帮助，特别得到上海能源资深专家施明融先生、章树荣先生的具体指导和数据审核，在此一并致以诚挚的谢意。

“煤为基础、电为中心”的能源格局将长期存在，“高碳能源、低碳利用”之征途任重而道远，“保障供应、消解价格”牵一发而动全身，敏感而迫切，需要持续的煤炭全供应链、电煤全生命周期等系统分析，笔者所在复旦能源团队基于长期的实证数据积累和先进的能流图、Leap模型以及利益相关者网络分析等工具方法，就相关问题展开系列的研究，期望能够对上海乃至全国的煤炭消费总量控制、大气污染防治有所贡献，期望与各位同仁共进、共荣，共同为上海的能源事业增添动力。

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[2]上海市统计局.上海工业能源交通统计年鉴[M].上海：2001-2009.

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吕东1龚成晨1李健1徐竟成2

1.上海纺织节能环保中心2.同济大学环境科学与工程学院

摘要：印染行业是我国传统支柱产业，由于印染废水成分复杂、可生化性差，其处理过程具有工艺复杂、处理流程长、耗能高等特点。该文从印染废水的处理工艺、处理设备及污泥处置等方面就其节能途径进行分析，探讨工艺技术及设备对印染废水处理能耗的影响并提出相应的节能对策，以求在达标排放或资源化利用的前提下，实现低能耗、低成本运行，为印染废水的低能耗处理处置提供参考和借鉴。

关键词：印染废水；处理工艺；能耗；节能途径；资源化

Abstract:Dying industry is one of the traditional pillar industries in china.Due to the complicated compositions and poor biodegradability of dying wastewater,conventional treatment processesforwhicharecomplex,longtreatmentprocessandhighenergyconsumption. Starting with discussion on possible energy saving ways in treatment processes,equipments and sludge disposal of dying wastewater,the study has investigated the effects of different technologies and processes of the wastewater and put forward some feasible energy saving measures,to guarantee that effluent meet the discharge standard or can be reused.The study could provide a reference for the low-energy treatment of dying wastewater.

Keywords:dying wastewater；treatment process；energy consumption；energy saving way；reuse

0 前言

印染行业作为传统支柱产业，在我国国民经济中发挥着巨大的作用。然而印染行业属于高能耗、高污染产业，据不完全统计，我国印染废水日排放量为3×106～4×106 t，是工业废水的主要来源之一[1]。印染废水具有水质复杂、碱度大、色度高、有机物含量高、可生化性差等特点，为废水处理带来了较大的难度。

印染废水的传统处理主要有物理法、化学法和生物法。物化法对印染废水具有一定的去除效果，但处理成本高，且易生成大量难处理的污泥导致后续处置费用的增加。生物法被认为是运行成本相对较低且污泥生成量较少的处理方法，我国印染废水处理以生物法为主。然而，为取得较好的处理效果，传统生物处理工艺流程较长，处理负荷低且好氧鼓风曝气、污泥脱水等工序能耗高，在很大程度上增加了处理成本[2]。

近年来，随着我国印染废水处理工艺及资源化技术的不断发展，低能耗及处理成本是技术进步的重要考察内容之一。本文综合分析印染废水处理工艺、运行设备及污泥处置过程中的能耗分析，探析废水处理过程中的资源化利用潜力及有效途径，为印染废水的低能耗处理提供参考与借鉴。

1 印染废水处理工艺节能途径分析

印染废水可生化性差，单独好氧生物法较难取得良好的处理效果。因此在处理过程中，采用缺氧水解工艺作为预处理，将可生化性较差、难降解有机物转化成可降解有机物，提高废水的可生化性，为提高好氧处理效率创造条件，典型处理流程如图1所示：

由图1可见，印染废水处理主要由缺氧水解、好氧处理、泥水分离等工序组成，随着处理工艺不断发展，不同工艺在能耗及处理效果、成本方面均存在一定的差异。

（1）厌氧工艺能耗分析

印染废水的厌氧处理主要是利用厌氧反应的水解阶段提高可生化性，常称为缺氧水解或水解酸化，其原理为通过将厌氧反应控制在水解和产酸阶段，使废水中难降解有机物转化成小分子有机物，提高可生化性，达到脱色的效果，具有投资低、负荷高等优点，但传统的缺氧水解工艺存在设备能耗较高且维护频繁等不足；为了节省动力，近年来水解工艺逐渐发展为多采用斜板式厌氧折流板反应器（ABR）（Anaerobic baffle-plate reactor），利用水力下降速度冲击下层活性污泥，起到了良好的泥水混合效果，减少机械搅拌设备能耗；研究发现该工艺具有投资省、操作简便等优点，同时可节省约10%的运行能耗[3]。

（2）好氧工艺能耗分析

印染废水经厌氧处理后可生化性明显提高，通过后续好氧处理能进一步降解有机物。曝气生物滤池和生物接触氧化法的实质都是生物膜法，即通过在池内安装一定数量的生物填料，利用填料上附着的生物膜与充足供应的氧气产生的生物氧化作用降解有机物，达到水质净化目的[4]。

曝气生物滤池是在生物滤池基础上发展而来的新型工艺，与传统活性污泥法相比，该工艺具有氧传递利用效率高、占地面积小、抗负荷冲击能力强、避免污泥膨胀和出水水质稳定等优势。

生物接触氧化法相较传统活性污泥法，最明显的优势在于容积负荷高且处理时间短；由于处理时间缩短，相同体积的生物接触氧化池与活性污泥池相比，处理能力提高了2～8倍。同时新型多孔性纤维材料极大的增加了填料的比表面积，提高氧的传递效率，降低供氧能耗；此外省去污泥回流工序也一定程度的降低了能耗，加上生物接触氧化法不存在污泥膨胀问题，且污泥生成量较小，减轻了后续污泥处置负荷。赵炜[5]通过研究发现与传统好氧工艺相比，采用生物接触氧化法可节约30%的运行能耗。

（3）减少过程水力提升次数与扬程

印染废水处理过程中，水力提升是必须步骤，也是印染废水处理的主要能耗组成部分。通过水泵流量及扬程的合理选择对废水进行有效的一次提升，避免二次提升所造成的额外能耗，对能耗降低具有直接效益。同时污水处理厂整体布局应使各设备尽量紧凑，避免管路连接过长造成不必要的水头损失，减少水泵台数和选用高效水泵，都能不同程度的降低电耗。

图1印染废水典型处理流程图

（4）低耗能印染废水组合处理工艺

综上所述，印染废水处理工艺应向高效、节能、低碳等方向不断发展；通过分析，利用缺氧水解-生物接触氧化为生化处理主体工艺的组合工艺具有处理效果好、能耗低、污泥生成量少、运行费用低等优点，具有较好的节能潜力。

2 印染废水处理设备节能途径分析

印染废水处理过程中，各种设备的电耗是日常运行的主要成本，占总运行成本的60%以上；而水泵及鼓风机等设备电耗占整个污水处理厂总电耗的70%～80%。可见在印染废水处理过程中，水泵及风机等大型耗电设备的合理运行具有很大的节能空间。

（1）低能耗提升设备

水泵是污水处理过程中的重要设备，其作用是原水提升、污水回流及剩余污泥排放等，水泵的运行效率直接影响电耗及运行成本。随着变频技术的不断成熟，利用变频调速控制代替阀门或调速挡板能始终维持水泵高效运行，具有显著的节能节电效益。

（2）低能耗曝气设备

鼓风机主要用于好氧生物处理的供氧，供气量控制是鼓风机最显著的节能方法。近年来利用反应池溶解氧（DO）（Dissolved oxygen）在线监测进行风量控制的PID（Proportion Integration Differentiation）控制技术得到广泛运用（参见图2），可有效避免过度曝气及不必要的硝化反应，具有较好的节能效益[6]；此外通过对DO的模糊控制，能有效减少阀门调节频率，延长设备使用寿命，近年来在污水处理行业得到广泛应用。

曝气装置主要用于将空气快速、均匀、高效地转移致污水中，加强有机物与微生物接触，最终实现废水降解的目的。与传统曝气设备相比，新型微孔曝气装置具有结构简单、气泡粒径小、性能稳定、耐腐蚀性强、能耗低等优点，能显著提高氧利用效率，降低曝气设备运行负荷，节约供氧成本。

3 印染废水污泥处置过程节能途径分析

印染废水处理后的剩余污泥成分复杂、有害物浓度高、处置难度大，一般纳入危险废弃物范畴。通过传统机械脱水方式得到的泥饼含水率在80%左右，无法达到填埋工艺的要求且容易造成二次污染，而焚烧法处理印染废水污泥的能耗大、成本高[7]，因此深度脱水成为污泥后续处理处置的前提条件。

热干化技术是污泥深度处理的主要手段之一，但该方法能耗大且稳定性差。厌氧消化技术能量回收较高、环境影响较小，但同样存在着技术尚不成熟、资源化程度低、处置成本高等缺陷。近年来，利用水泥工业作为污泥资源化途径受到重视，水泥窑的高温环境可实现污泥的干化、焚烧并充分利用其热值，残渣也能部分代替粘土用作水泥原料，最终实现污泥的无害化、减量化、资源化，为印染废水污泥低能耗处置提供可行的出路[8]。

图2溶解氧在线监测PID控制系统示意图

4 印染废水资源化利用能效分析

印染废水主要来源于退浆、煮练、漂白、染色等工序，浆料、染料及纤维是印染废水的主要成分；其回收利用，不仅节省资源、降低成本、创造经济效益，还能减轻废水处理的难度，减少排放量，对印染废水的资源化利用具有重要意义。

（1）高浓度有机物分离

印染废水中大量有机物如浆料（PVA等）（Polyvinyl alcohol）、丝光淡碱、丝胶蛋白等均具有一定的回收利用价值。利用化学凝结法进行印染废水PVA回收具有设备简单、操作方便、运行能耗低等优势[9]，通过对上海某印染企业废水处理的研究发现，经化学凝结法处理后的PVA回收率及COD（Proportion Integration Differentiation）去除率均达到80%左右，回收的PVA经进一步处理可达到资源化利用目的。李海红等[10]通过酸析法提取印染废水中的溶解性丝胶蛋白后利用超滤膜分离浓缩上清液，研究发现酸析和超滤对COD去除率分别在35%和70%左右，丝胶蛋白得到有效回收。

（2）印染废水再生利用

将处理后的印染废水进行循环利用是提高重复利用率、降低新水消耗的重要途径。张景丽等[11]利用水解酸化—生物接触氧化—微滤—反渗透工艺处理某企业印染废水，处理后出水水质高于企业染整软水标准，可作为染整用水重复利用。黄瑞敏等[12]利用混凝处理+曝气生物滤池处理印染废水，研究表明出水COD指标低于国家污水排放标准，接近回用水平。

（3）废水热量回收利用

印染工艺中排放大量废水的同时热量也随之被携带排出，造成能量浪费。利用水源热泵回收印染废水中的废热是一项有效的节能措施，该技术可减少一次性能源消耗，提高生产效率并降低运行成本。夏冬[13]通过研究发现常州某印染企业利用工业热泵系统回收印染废水中的热量，并将其用于染缸前端的自来水加热及车间供暖的热源，全年节省能耗、电耗约130万元，具有较好的节能及经济效益。

5 结束语

随着我国污水处理行业节能减排工作的不断深入，印染废水处理处置也趋于高效、节能、低碳。选择处理效果好、能耗低的生化处理组合工艺，采用低能耗供氧与动力设备，并利用信息化技术采取对应的工艺控制方式，可以显著降低运行电耗；此外，通过有机物分离回收、废水再生利用及余热利用等途径提高印染废水的资源化利用水平，对降低印染废水处理处置的能耗也具有应用价值。

参考文献

[1]戴日成,张统,郭茜,等.印染废水水质特征及处理技术综述[J].工业给排水,2000,26 (10):33-37.

[2]李慧君,岳晓勤,王蔚蔚,等.废水好氧生物处理中曝气技术的现状和研究动向[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2003,35(3): 268-271.

[3]杨蒲仙.印染行业废水处理的节能减排技术研究[C].蓝天中国印染行业节能环保年会, 2009.

[4]高廷耀,顾国维,周琪.水污染控制工程(下)[M].北京:高等教育出版社,2007.

[5]赵炜.水解酸化-生物接触氧化法处理印染废水影响因素的研究[D].武汉理工大学硕士论文,2009.

[6]李春光,徐晓宇.污水处理厂设计和运行中的节能考虑[J].水工业市场,2010,5:21-24.

[7]王宏权.浅谈印染企业废水处理污泥处置和资源化利用[J].污染防治技术,2010,23(5):52-54.

[8]龚成晨,徐竟成,李健.水泥工业协同处置印染废水污泥的可行性[J].印染,2013,39(6):11-13.

[9]徐竟成,魏巧玲,郑涛,等.印染退浆废水PVA处理技术[J].印染,2009,35(8):50-52.

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[11]张景丽,曹占平.印染废水处理及回用实例[J].给水排水,2007,33(8):65-67.

[12]黄瑞敏,王欣,陈克复,等.印染废水回用处理技术研究[J].工业水处理,2004,24(7):33-35.

[13]夏冬.水源热泵在回收印染废水能量中的应用[J].印染,2011,37(3):28-30.

Coal Flow and Advanced Coal-Fired Power Generation Pathways Analysis for Shanghai

Pan ke xi,Zhu han xiong,Chang zheng,Liu zhi xing,Dan yu li

Energy flow chart can be used to clearly and directly demonstrate the entire picture and process of coal use in Shanghai from production and import/export,to transformation and finally to end-use sectors.Based on Shanghai Coal Flow and Advanced Coal-Fired Power Generation Chart in 2010,this paper systematically analyzed basic compositions and inner relations of data between each using-process.Focusing on the changing trends of coal for power generation and further measurements,a multi-scenario forecast of coal use optimization target and realization pathways has been developed.The results show that the so-called‘peak point’of coal consumption in Shanghai had appeared in 2011 which indicated that coal consumption has begun to converge into energy-efficient and emission-controlled sector of power generation.Taken 2012 as base year,coal consumption could be reduced by 3000000 tons by shut-down and accelerations of energy-inefficient units such as decentralized small size units;and reduced by 3000000 tons more through shut-down and renovation of combined heat and power(CHP)units;and at most reduced by 2500000 tons more from substituting other coalfired power units such as sub-critical units by ultra-supercritical ones.Therefore,it is quite necessary to systematically analyze the whole supply chain of coal and life cycle analysis of coal-fired power generation,and to portray a multi-strategy action plan if we take more objectives into consideration such as efficiency,emission,equipment,technology,cost and affordance of electric price by residence.And this study is the first attempt of the studies series.

coal; flow; coal-fired power generation; Shanghai

印染废水处理过程的节能途经分析

The Analysis of the Energy Saving Ways in Dying Wastewater Treatment

Lu dong，Gong Cheng-chen，Li Jian，Xu Jing cheng

国家社科基金（《能源利用中的碳脉分析与减排政策研究》10BGL064）、电力系统国家重点实验室项目（《电力用煤潜在碳排放因子核算与电厂煤样实测分析》SKLD10KZ02）、复旦大学“985工程”三期整体推进社会科学研究项目（《后危机时代欧盟政治、经济、社会格局的调整及我国的应对》2012SHKXYB010）。

潘克西，复旦大学社会发展与公共政策学院副教授、复旦大学能源研究中心副主任。

②数据来源：复旦大学能源流向与碳排放因子数据库http://202.120.227.3/dvn/dv/FDED

【基金项目】水体污染控制与治理国家科技重大专项（2009ZX07317-005）

【作者简介】吕东（1961～），上海纺织节能环保中心副主任，高级工程师。徐竟成（1961～），同济大学环境科学与工程学院教授，博士生导师。研究方向：水污染控制及水资源再生利用。