火電廠中節能環保技術措施的應用探索

國家能源集團國能寶清煤電化公司 李子波

1 火電廠中節能環保技術措施的應用目的

1.1 提高燃燒效率

電能作為人類生存不可或缺能源，其電能開發項目中類型繁多，截至2022年我國發電裝機容量累計25.6億kWh，與2021年比較有遞增趨勢（見表1），同比增長28.1%，且投資完成額為7208億元，同比增長22.8%，其中電廠發電設備總利用時間為3687h（≥6000kWh），而火電廠時間為4379h，同比下降65%，表明發電設備利用率面臨提升挑戰。

表1 2021—2022年我國發電裝機規模變化情況（數據來源于國家能源局）

為進一步推動某火電廠高質量發展，順應新時代趨勢應重點應用節能環保技術措施，且根本目的是在技術輔助下提高燃燒效率，進而增加發電設備利用時間數量。在某火電廠實施高效燃燒計劃期間，需要確保鍋爐設備中燃煤燃料實現充分燃燒。一般可參照下列公式了解燃燒效率（η），而后從中摸索熱量變化規律確定優化方向，進而通過改造火電機組設備結構提升燃燒穩定性。

即：

其中Q、W 分別表示有用功和吸熱能量；qm為煤炭收到基低位發熱量。隨著Q、W 的提高，η將有所增加。因此，采取有效措施實現高效燃燒是某火電廠踐行節能環保目標的重要途徑。

1.2 降低能量損耗

節能環保技術措施應用于某火電廠創新改革時期，除了為了提高燃燒效率外，還在于實現低損耗。比如，落實各項措施后可減少燃油、燃煤、設備耗電量等損耗量，同時還能抑制污染物大量排放。而在設備用電方面，若能加強機組單側風煙系統改造，其負荷指標可滿足30%既定負荷標準，此時能適當控制廠內設備耗電水平。至于排放物方面，應用節能環保技術措施以后通過脫硝脫硫、電除塵等技術，即可抑制污染物形成，保證廠內滿足＜48℃煙氣排放溫度、＜10mg/m3（二氧化硫）、30mg/m3（氮氧化物）、5mg/m3（顆粒物）等行業標準。

2 火電廠中節能環保技術措施的應用準則

某火電廠在應用節能環保措施期間，主要遵循以下兩項原則：一是節能性，根據上述內容，無論是改造火電機組結構，還是應用脫硫脫硝等高新技術，都是為了提高效率和降低能量損失，因此所應用的技術措施務必具備節能性優勢。

二是環保性，某火電廠應用節能環保技術措施時，還應滿足環保指標要求，如3.8～25MPa 出口壓力鍋爐是否滿足《火力發電機組及蒸汽動力設備水汽質量》國標規范；水質硬度是否＜5μg/L，堿度是否＜200μg/L；鍋爐燃煤收到基低位熱值是否高于29.7MJ/kg；大型高效發電機組供電煤耗是否在290～340g/kWh，50000kWh 火電機組煤耗是否低于440g/kWh 等，這些火電廠環保標準都是實踐應用階段重要依據。

據此，要求在落實節能環保技術措施期間，某火電廠應深入貫徹節能性和環保性準則，以供獲得可觀效益，有利于維護周邊環境安全[1]。

3 火電廠中節能環保技術措施的應用要點

3.1 煙氣在線監測技術

在某火電廠運行的生產系統中，包含大量功能各異的子系統，其中發電系統與在線監測系統之間的協調與配合，會對整個企業電力生產效率造成直接影響。為實時監測某火電廠運行期間產生的污染氣體及其排放狀況，可運用煙氣在線監測技術對廠內煙氣排放量、主要污染物排放濃度展開實時監測。在確保監測數據準確性的前提下，將其向中控中心進行傳輸，在全面收集相關數據信息后，運用煙氣在線監測系統對其進行處理，結合廠內實際情況對現行生產技術方案進行不斷優化。

煙氣在線監測技術以數據采集、傳輸、存儲和處理為要點，為節能環保計劃提供參考。在煙氣在線監測技術中，主要利用測量儀、采樣器、變送器等作為該技術前端監測子系統，監測某火電廠運行期間排放氣體的煙氣參數、擬態污染物、顆粒物等，通過OPC 定義的標準接口和基于Windows Socket 編程接口打破傳統數據傳輸技術，對傳輸距離和網絡類型的限制，并利用HDFS 文件系統建立煙氣監測數據存儲系統，搭建Hadoop+Hbase 集群環境完成數據存儲寫入、更新、處理等各項操作。

在300MW 亞臨界燃煤試點機組中應用該技術，可以使煤耗綜合節能效益從324g/kWh 降至214g/kWh，并使該機組污染區排放超標時間大幅縮短，從原本的76h 縮短至7h，提高某火電廠節能環保技術水平。

某火電廠為降低煙塵污染物產生量，專門提出投放電袋復合除塵器，經過初期調研發現該產品至少能夠吸收70%的煙塵顆粒物，同時可有效降低煙塵排放濃度?？紤]到某火電廠前期在火力發電項目中存在明顯的“煙塵環繞”問題，故具體引進該裝置，以煙塵在線監測技術控制煙塵排放濃度，顯然監測中測定濃度低于50mg/m3，在某火電廠運行的2臺1000MW 燃煤發電機時，煙塵得以處理后明顯現有問題得到了妥善解決。

3.2 煙氣脫硫脫硝技術

某火電廠應用節能環保措施，為減少污染物排放量，需加強煙氣脫磷脫硫技術的有效應用。常見方法有干法脫硫、濕法脫硫、SNCR 脫硝技術等，每項技術都能體現環保優勢。比如，可以在廠內安裝某公司生產的“新型高效干法脫硫除塵一體化工藝”，能夠將某火電二氧化硫排放量下調至50mg/m3，并且形成的脫硫灰成分還可在1300℃的溫度條件制成水泥再生料，可按照9%的摻入量用于建筑工程中，此時可提供額外增收服務。另外，還可使用煙氣循環流化床，此設備至少能對3%含硫量以上的高硫煤，獲取至少90%的脫硫成效，而且可以減少30%左右的吸收劑用量，有效縮減某火電廠運營成本，但該設備多同除塵設備聯用。

某火電廠在脫硫處理作業中，針對900～1250℃爐膛溫度區域可借助爐內噴鈣尾部濕化方式，促使鍋爐內碳酸鈣物質分解為二氧化硫等其他硫化物煙氣，順利轉化為硫酸鈣，此時既能優化脫硫效果，又能降低投資額。為達到100mg/m3以下固體燃料污染物排放要求時，可依靠SNCR 脫硝技術，促使煙氣在200～450℃溫度環境下經催化還原反應形成氮氣和水分，且脫硝效率最高可達到90%。經由脫硫脫硝技術的充分輔助，即可完成節能環保轉型任務[2]。

3.3 火電機組優化技術

火電機組作為影響節能環保效益的重要結構，應充分運用火電機組優化技術降低能耗，提高運行效率。一般情況改造時多以動力系統為改造重點，某火電廠具體借鑒了盤南電廠改造經驗，即針對600MW火電機組應用XDC800硬件平臺，以及ICAN 軟件對火電機組輸煤流程進行實時監測。經過并網處理后火電機組性能得以提升，且整體運行安全水平較高。

例如，某火電廠選用回旋式預熱裝置聯合普通鍋爐，該機組往往存在低轉換速率問題，因而可從自動化改造層面，將機組優化為循環式過濾處理裝置，此時能自動調節出口壓力，甚至能在負荷監測下控制污染物濃度，改造后即可在釋放人工管理負擔之上保障火電機組運行質量，理應制定完善計劃指引火電機組得以合理改造。至于動力傳輸系統的運行，可從數字化編程方面加以改造，遵循下列公式規律提高熱效率（ηd），使廠內火電機組以高效穩定狀態持久性運行：ηd=10E×3600/Bb×29271，式中E、Bb各自表示計算期內發電量和發電標準煤耗量，且后者數值可通過（全廠原煤耗量×原煤平均熱值+耗用油量×41816）×發電比/29271進行計算。

3.4 智能照明節能技術

某火電廠需要24h 進行持續發電，造成發電期間常需要照明服務，為節省照明能量，還可運用智能照明節能技術強化節能環保效能。具體可應用總線式智能照明控制技術，其中通過連接多個燈具、照明配電箱，在協調器、傳感器輔助下順利向控制中心傳遞照明需求信息，即秉承著“智能調節”原則控制燈具啟動狀態及照明時長、照度等參數。此技術下，可對傳統照明開關系統予以優化處理，即應用遠程自動控制模式根據不同應用場景進行自動控制，且配備對應的智能照明控制箱，經對比發現在其白間照明期間，其功率多在54kW 到70kW 以內，夜間為70kW 到80kW，經過計算后可發現應用智能照明節能技術后可至少節約514kWh/d 電能。

本文列舉幾種常見照明場景：其一，機組停機，即按照白晝黑夜照明需求，將鍋爐照明功率調整為15%額定功率（前半夜）、10%（后半夜）；其二，路燈照明，自動調整功率，即70%正常功率（22點前）、30%正常功率（22點后）；其三，機組開機，白間根據經緯度時間控制燈具啟動狀態，而在夜間則以50%功率（前半夜巡檢）、15%（后半夜無人值守）等標準控制功率參數，且每種場景下均可結合實際需求人工調節亮度，針對循環水、電除塵等重要區域需要適當保持高亮度照明狀態。至于廠內樓梯、走廊等區域，應設定人體感應器，以熱量感應或聲音感應原理在有人途經時啟動照明功能，此時可避免產生燈具能源閑置消耗問題。通過節約內部耗電量，有利于滿足節能環保改進標準[3]。

3.5 電除塵改造技術

電除塵是某火電廠改革期間發揮除塵環保功效的重要設施，要想獲得顯著的節能環保技術成果，還應運用電除塵改造技術提高電除塵效率（η除塵）及節電率（η節電），具體可根據下列公式加以分析：η除塵=1-c2/c1，其中：c1、c2分別表示除塵前后煙塵濃度；η 節電=S 單相-S 三相/S 三相×100%，式中Q用電、q發電分別表示電除塵用電量和發電量。

在改造電除塵系統時，也要權衡電除塵用電率的有效控制，盡量保證改造后的電除塵系統具有低耗電特征。

首先，在電除塵改造技術中需使用高頻電源，傳統電除塵裝置以工頻電源為主，改造后運行電壓可達到130%工頻電源電壓，電流可至200%工頻電源，從而發揮突出功效。而且高頻電源還有40kHz載波頻率優勢，整體無須投入過多改造成本，在以三相平衡高頻電源替代傳統工頻電源時，經了解至少可達到20%的節能率，其功率因數多高于90%。

其次，在配備高頻電源后，還需面對鍋爐設施的工頻高壓控制柜加以改造，將“H 型”轉化為“HV32新型”，而且在除塵操作中還能利用電振動振幅的調整增強除塵效果。改造高頻電源期間也應配套整改連接變壓器的纜線以及配套設施，促使改造后電除塵系統能保持完整結構。

最后，電除塵改造技術實施階段，應設定好相關參數。例如，空載條件下一號柜母線電壓需在改造后達到563V，二號柜為559V，一次電流均為212A。三號柜母線電壓和一次電流參數宜設為549V和176A。而在負荷狀態下兩個參數應分別為563V（70A）、531V（95A）、535V（84A），以便在參數均衡分布下達到預期改造效果。通常應用電除塵改造技術前后除塵效率可增長0.43%，起到電除塵優化作用，見表2。因而在應用節能環保技術措施時，既可以從外部引入高新技術，如上文提及的脫硫脫硝技術，又可加強內部裝置結構的有效改造，如電除塵改造、智能照明改造等，助力某火電廠實現綠色發展。

表2 電除塵改造前后除塵效率變化情況

綜上所述，某火電廠應用節能環保技術措施，實則為了提高燃燒效率和降低能量損耗，要求在落實綜合措施時，應遵循節能性和環保性原則優選節能環保技術，從煙氣在線監測、煙氣脫硫脫硝、火電機組優化、智能照明節能以及電除塵改造技術著手，以期達成既定目標，保護生態環境基礎上滿足用戶用電需求。