火電廠鍋爐汽輪機(jī)引起的環(huán)境問(wèn)題及節(jié)能運(yùn)行管理

神華神東電力山西河曲發(fā)電有限公司（國(guó)家能源集團(tuán)山西分公司） 徐懷德

火電廠鍋爐汽輪機(jī)的運(yùn)行，對(duì)于煤炭資源的消耗較大，煤炭在燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量具有污染性的氣體，不僅存在嚴(yán)重的能源消耗問(wèn)題，而且會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。為更好實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰與碳中和目標(biāo)，火電廠要主動(dòng)履行自身職能，注重對(duì)生產(chǎn)目標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行的管控，以綠色低碳、節(jié)能運(yùn)行為主要目標(biāo)，盡可能降低鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行對(duì)于能源的消耗以及對(duì)環(huán)境造成的影響，便于火電廠在未來(lái)發(fā)展中能夠更好地適應(yīng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的要求。

1 火電廠發(fā)電系統(tǒng)分析

火力發(fā)電廠在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，在火電廠日常運(yùn)行與管理過(guò)程中，通過(guò)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等設(shè)備進(jìn)行能量循環(huán)和能量轉(zhuǎn)換，比較典型的就是通過(guò)燃燒煤炭等資源，將化學(xué)能消耗并轉(zhuǎn)化為電能。在火電廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，一般可以采用蒸汽再熱系統(tǒng)和給水再熱系統(tǒng)。在實(shí)際發(fā)電過(guò)程中，如何高效地實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)、優(yōu)化管理的方式提高發(fā)電效率已成為研究重點(diǎn)。由于火電機(jī)組的發(fā)電容量存在一定差異，不同發(fā)電機(jī)組對(duì)于熱力系統(tǒng)的需求不同，火電廠鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)的機(jī)組控制系統(tǒng)通常采用的是廠級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)，以及分散控制系統(tǒng)的信息化管理方式。

2 火電廠鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題

2.1 鍋爐熱效率偏低

在我國(guó)各行業(yè)及領(lǐng)域不斷發(fā)展過(guò)程中，人們對(duì)于電力能源的需求不斷提升，火力發(fā)電作為我國(guó)最主要的電力供應(yīng)方式之一，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的過(guò)程中承擔(dān)的壓力越來(lái)越大，對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的運(yùn)行需求不斷提高。鍋爐汽輪機(jī)在火電廠發(fā)電中的作用較為突出，但是在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中還存在較多亟須解決的問(wèn)題，如鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行會(huì)消耗大量能源，在消耗能源的同時(shí)會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成污染。

鍋爐汽輪機(jī)在火電廠運(yùn)行過(guò)程中較為關(guān)鍵，鍋爐汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)了熱能和機(jī)械功的相互轉(zhuǎn)化，但是因?yàn)檫@種設(shè)備的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害氣體，加劇了環(huán)境污染問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)械使用和我國(guó)綠色發(fā)展的理念不符，因此該設(shè)備也正在逐漸被優(yōu)化并替代。同時(shí)，受鍋爐汽輪機(jī)整體性能不高、生產(chǎn)容量較低的影響，在運(yùn)行過(guò)程中鍋爐汽輪機(jī)可能存在煤炭燃燒不充分的問(wèn)題，排煙溫度急劇上升，產(chǎn)生大量的熱能，這些熱能難以轉(zhuǎn)化為電能，增加火電廠鍋爐汽輪機(jī)的熱損失，影響鍋爐汽輪機(jī)的熱效率。如果為了降低熱損失而讓大容量鍋爐的汽輪機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，不僅會(huì)浪費(fèi)大量能源，而且還會(huì)降低鍋爐汽輪機(jī)的燃燒工況。

2.2 自動(dòng)化水平不高

當(dāng)前，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)有效提高了電力生產(chǎn)的效率與質(zhì)量。從火電廠鍋爐汽輪機(jī)的運(yùn)行情況來(lái)看，該設(shè)備對(duì)于自動(dòng)控制裝置的使用率不高，與計(jì)算機(jī)技術(shù)聯(lián)系不夠緊密，導(dǎo)致火電廠鍋爐汽輪機(jī)的自動(dòng)化水平低下，在實(shí)際運(yùn)行中對(duì)于人力操作的需求較大，存在一定安全和質(zhì)量隱患，在無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障問(wèn)題的情況下，可能會(huì)加劇鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行中的能源消耗以及環(huán)境污染，不利于設(shè)備節(jié)能運(yùn)行。

2.3 能耗和污染較大

火電廠鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，需要燃燒大量煤炭等燃料，在此過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量濃煙，濃煙中含有的二氧化碳、二氧化硫等氣體在未經(jīng)過(guò)嚴(yán)格處理直接排放后，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成非常嚴(yán)重的污染。再加上部分火電廠的鍋爐汽輪機(jī)主要采用的是層燃模式，鍋爐汽輪機(jī)的燃燒效率不高，在不完善燃燒的情況下，導(dǎo)致鍋爐排放的污染氣體增多，尤其是在大量燃燒煤炭的情況下，大量二氧化碳的排放會(huì)加劇溫室效應(yīng)[1]。

火電廠鍋爐汽輪機(jī)的氣缸屬于一種密閉的氣室，具有隔絕內(nèi)外部空氣的作用，可以將蒸汽轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)，氣缸中會(huì)逐漸產(chǎn)生較高的蒸汽熱能，在熱傳導(dǎo)下內(nèi)缸溫度會(huì)大幅上漲，在內(nèi)外缸之間存在空氣夾層，氣流可以間接進(jìn)行熱量傳輸，在鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，夾層氣流能夠起到預(yù)加熱的效果，這樣一來(lái)就能夠保證氣缸內(nèi)部良好的工作狀態(tài)，反之在夾層氣流熱量傳輸效果不佳的情況下，會(huì)對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，使得汽輪機(jī)能源消耗加劇。另外，受復(fù)雜工作環(huán)境影響，氣候因素、灰塵等會(huì)對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的正常運(yùn)行造成影響，可能會(huì)導(dǎo)致跳過(guò)管的熱阻變大，最終對(duì)鍋爐汽輪機(jī)組緩凝器的傳熱功能造成影響，尤其是當(dāng)鍋爐汽輪機(jī)處于負(fù)風(fēng)壓力區(qū)時(shí)，風(fēng)扇吸入的空氣不足，不利于設(shè)備內(nèi)部循環(huán)運(yùn)行，會(huì)加大設(shè)備對(duì)于能源的消耗。

3 火電廠鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行的意義分析

鍋爐汽輪機(jī)在電力生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域具有較高價(jià)值，該設(shè)備具有使用周期長(zhǎng)、運(yùn)行效率高、單機(jī)功率大等顯著特征，在火電廠運(yùn)行過(guò)程中屬于一種有效的能源轉(zhuǎn)換設(shè)備。但是在火電廠鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，該設(shè)備容易受到各種不良因素的影響，導(dǎo)致設(shè)備對(duì)于能源的利益效率受到影響。在科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的背景下，我國(guó)目前正積極采取有效措施，減少生活生產(chǎn)中存在的環(huán)境污染以及能源消耗問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)對(duì)火電廠鍋爐汽輪機(jī)的節(jié)能運(yùn)行管理，符合時(shí)代發(fā)展特征。

火電廠鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中若受各種因素影響，不僅會(huì)加大鍋爐汽輪機(jī)對(duì)于能源的消耗，而且會(huì)導(dǎo)致更加嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題出現(xiàn)，容易對(duì)人們的身體健康造成危害。因此，站在節(jié)能與環(huán)保等角度考慮，注重火電廠鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中節(jié)能降耗效果提升，加強(qiáng)對(duì)鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行的管理具有十分重要的意義。如可通過(guò)優(yōu)化改造汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)的方式，提高鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行的可靠性與安全性，降低鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于能源的消耗并減少?gòu)U氣排放，在提高火電廠電力生產(chǎn)效率的同時(shí)，更好地滿足人類社會(huì)發(fā)展對(duì)于電力能源的需求。

4 火電廠鍋爐汽輪機(jī)引起的環(huán)境問(wèn)題

4.1 二氧化硫排放

從我國(guó)能源消耗結(jié)構(gòu)來(lái)看，煤炭占比居高不下，煤炭能量主要是通過(guò)燃燒的方式提取。火力發(fā)電作為我國(guó)電力生產(chǎn)的主要方式之一，火電廠對(duì)于煤炭的需求量較大，在煤炭燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量具有腐蝕性的二氧化硫氣體，危害人們的身體健康，導(dǎo)致環(huán)境污染嚴(yán)重。同時(shí)，鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生的二氧化硫氣體大量排放，酸雨天氣頻繁，同時(shí)還會(huì)影響地下與地表水水質(zhì)下降、土壤環(huán)境遭到污染等。并且，二氧化硫氣體在陽(yáng)光的催化作用下與煙塵結(jié)合，會(huì)逐漸形成酸霧，對(duì)人們的身體健康造成較大影響。

4.2 二氧化碳排放

人類社會(huì)在快速發(fā)展的過(guò)程中，面臨的環(huán)境污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，尤其是二氧化碳?xì)怏w的大量排放，進(jìn)一步加劇了全球氣候變暖的趨勢(shì)。在人類生產(chǎn)、生活所排放的溫室氣體當(dāng)中，二氧化碳是導(dǎo)致氣候變暖的主要因素，近年來(lái)二氧化碳排放量呈現(xiàn)持續(xù)上漲的趨勢(shì)，甚至一些地方大氣中的二氧化碳濃度已經(jīng)超過(guò)了400ppmv，全球二氧化碳排放總量達(dá)到頂點(diǎn)，直接導(dǎo)致全球地面溫度上漲近1℃左右。這樣一來(lái)，會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，因此火電廠在使用鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電的過(guò)程中，應(yīng)注重對(duì)二氧化碳排放的控制，避免在隨意排放二氧化碳的情況下加劇溫室效應(yīng)。

4.3 廢渣和煙氣排放

火電廠鍋爐汽輪機(jī)在燃燒高硫煤的過(guò)程中會(huì)排放大量煙氣，這些煙氣中含有大量三氧化硫，酸露點(diǎn)溫度會(huì)超過(guò)140℃，為避免高濃度三氧化硫?qū)﹀仩t汽輪機(jī)或其他發(fā)電設(shè)備設(shè)施造成腐蝕，通常需要嚴(yán)格對(duì)煙氣排放溫度進(jìn)行控制。從目前的情況來(lái)看，我國(guó)火電廠鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，煙氣排放溫度在110～160℃左右，在工業(yè)領(lǐng)域鍋爐汽輪機(jī)的煙氣排放溫度可能更高[2]。因此，會(huì)對(duì)火電廠鍋爐汽輪機(jī)造成影響。同時(shí)，在煤炭含碳量超過(guò)正常值的情況下，火電廠鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量灰渣，在火電廠未能及時(shí)、合理對(duì)這些灰渣進(jìn)行處理的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的灰塵污染現(xiàn)象，對(duì)火電廠周邊環(huán)境以及建筑、土壤造成影響，不符合我國(guó)綠色發(fā)展目標(biāo)。因此，迫切需要通過(guò)節(jié)能運(yùn)行的方式，減少火電廠鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的污染，在滿足基本供電需求的同時(shí)，促進(jìn)火電廠綠色發(fā)展。

5 促進(jìn)火電廠鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行的措施

5.1 加大鍋爐汽輪機(jī)的更新與改造力度

對(duì)火電廠鍋爐汽輪機(jī)進(jìn)行更新和改造，是促進(jìn)該設(shè)備節(jié)能運(yùn)行的關(guān)鍵。首先，對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的高低壓缸進(jìn)行改造，通過(guò)降低高壓缸運(yùn)行阻力的方式達(dá)到提高設(shè)備運(yùn)行效率的目的，同時(shí)還可以節(jié)省設(shè)備運(yùn)行時(shí)對(duì)能源的消耗[3]。對(duì)動(dòng)葉型汽輪機(jī)的動(dòng)葉片進(jìn)行整體固定，能夠起到提高設(shè)備動(dòng)力的效果；針對(duì)靜葉型汽輪機(jī)，可以考慮去除葉片當(dāng)中的加強(qiáng)筋，通過(guò)這種方式達(dá)到降低設(shè)備運(yùn)行阻力的效果。在鍋爐汽輪機(jī)內(nèi)部可以使用保溫巖棉，可提高鍋爐汽輪機(jī)的保溫性能，降低設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的熱量損耗。同時(shí)，還可以對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的進(jìn)出風(fēng)口進(jìn)行優(yōu)化，采取相應(yīng)的方式確保設(shè)備內(nèi)部的燃料可以得到充分燃燒，以此加強(qiáng)對(duì)燃料的陳充分利用，實(shí)現(xiàn)減少有害氣體排放量、緩解粉塵污染的問(wèn)題。

5.2 采用多元化節(jié)能凈化技術(shù)

為了保障火力發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行效果，需要做好整體的技術(shù)分析，采用綠色節(jié)能的技術(shù)，保障整體發(fā)電工作有序開(kāi)展。要優(yōu)化設(shè)計(jì)鍋爐汽輪機(jī)，注重多元化節(jié)能環(huán)保技術(shù)，保障汽輪機(jī)能提升效率、降低污染。目前，在技術(shù)應(yīng)用中，將多齒蜂窩汽封技術(shù)引入鍋爐汽輪機(jī)的實(shí)際嘗試，該方法有效改善設(shè)備循環(huán)性能，在設(shè)備運(yùn)行降阻上產(chǎn)生了較好的作用，另外也可以將干冰清洗技術(shù)、鍋爐水處理技術(shù)引入到鍋爐汽輪機(jī)設(shè)計(jì)中，充分利用干冰低溫收縮的功能，清洗鍋爐汽輪機(jī)內(nèi)的煤垢和污垢。鍋爐水處理技術(shù)主要是通過(guò)低溫余熱產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行的原理，采用該方式可降低鍋爐器汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)電能的損耗。

6 火電廠鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行管理措施

6.1 強(qiáng)化設(shè)備控制

火電廠在使用鍋爐汽輪機(jī)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重控制設(shè)備的給水溫度，定期檢查設(shè)備加熱器，保障實(shí)際的加熱器運(yùn)行中各部分協(xié)同作業(yè)，且具有較強(qiáng)的密封性，該方式能夠有效滿足鍋爐和汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行的實(shí)際要求，有效帶動(dòng)設(shè)備的傳熱和熱交換地進(jìn)行。而在鍋爐汽輪機(jī)檢修過(guò)程中，要做好細(xì)致審查，并及時(shí)修補(bǔ)高壓鋼筋泄漏點(diǎn)，如果破損位置嚴(yán)重，必須更換相關(guān)位置的零部件，以免因?yàn)楦鼡Q不及時(shí)等問(wèn)題，產(chǎn)生設(shè)備能耗加劇等問(wèn)題。另外，因?yàn)樵O(shè)備啟動(dòng)并完成點(diǎn)火后，技術(shù)人員需要較長(zhǎng)時(shí)間才能完成機(jī)組的并網(wǎng)。這就需要技術(shù)人員在保證設(shè)備安全性的基礎(chǔ)上，盡可能減少設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)間，減少并網(wǎng)期間消耗的能源[4]。

6.2 應(yīng)用脫硫工藝

針對(duì)火電廠鍋爐汽輪機(jī)的節(jié)能運(yùn)行管理，加強(qiáng)對(duì)脫硫工藝的應(yīng)用，主要是為了減少設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的污染，盡管這會(huì)加大設(shè)備運(yùn)行的成本，但是也需要引起火電廠的重視，認(rèn)識(shí)到應(yīng)用脫硫工藝對(duì)減少鍋爐汽輪機(jī)污染程度的重要性。現(xiàn)階段，常用的脫硫工藝主要有電子束處理、臭氧氧化處理、應(yīng)用碳基材料等。通過(guò)在火電廠鍋爐汽輪機(jī)上安裝脫硫裝置，可以有效減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)的二氧化硫排放，有助于緩解設(shè)備腐蝕和環(huán)境污染，有效控制鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的煙氣排放溫度。如采用碳基材料吸附特性進(jìn)行脫硫處理，主要是在鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中對(duì)硫化物進(jìn)行固定和轉(zhuǎn)移。該工藝可以降低鍋爐排放煙氣中的二氧化硫含量，進(jìn)一步凸顯環(huán)保鍋爐和汽輪機(jī)節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。該方式不僅提高了設(shè)備的運(yùn)行效率，減少煤炭能燃料的用量，降低設(shè)備運(yùn)行期間對(duì)于能源的損耗，減少有毒有害氣體排放量，而且具有較強(qiáng)的節(jié)能和環(huán)保性能。

6.3 減少二氧化碳排放

火電廠的鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，排放的二氧化碳主要與煤等燃料的消耗有關(guān)。減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)二氧化碳?xì)怏w排放，必須采取多樣化的手段，使用如天然氣、煤層氣等含碳量少或無(wú)碳的燃料，加強(qiáng)對(duì)火電廠能源消耗的控制。火電廠在鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行管理過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注重煤炭等燃料利用率的提升，在可以保證增長(zhǎng)發(fā)電效果的基礎(chǔ)上盡可能減少煤炭用量。如可通過(guò)使用燃料電池的方式，對(duì)鍋爐汽輪機(jī)進(jìn)行改進(jìn)，加強(qiáng)對(duì)二氧化碳的回收處理，降低二氧化碳等氣體對(duì)環(huán)境造成的污染[5]。

6.4 完善管理制度

為進(jìn)一步提高火電廠鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行的安全性與節(jié)能性，要求火電廠對(duì)現(xiàn)有管理制度進(jìn)行完善，將鍋爐汽輪機(jī)作為節(jié)能運(yùn)行管理的重點(diǎn)對(duì)象，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的監(jiān)管?；痣姀S應(yīng)當(dāng)結(jié)合崗位需求，進(jìn)一步落實(shí)針對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的管理責(zé)任，將責(zé)任落到實(shí)處，加強(qiáng)對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)力度，確保每一位工作人員都能夠嚴(yán)格遵守鍋爐汽輪機(jī)操作流程，明確汽輪機(jī)節(jié)能掛歷要點(diǎn)，保證鍋爐汽輪機(jī)始終處于最好的工作狀態(tài)?；痣姀S還需要安排專業(yè)人員對(duì)鍋爐汽輪機(jī)的啟停工作，通過(guò)加強(qiáng)人員管理的方式降低對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成的干預(yù)，加強(qiáng)對(duì)設(shè)備的養(yǎng)護(hù)員與管理力度，完善設(shè)備檢修人員的操作流程，提高鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能運(yùn)行管理的整體水平。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，火電廠鍋爐汽輪機(jī)在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)消耗大量能源，易對(duì)環(huán)境造成污染。在火電廠發(fā)電過(guò)程中，在認(rèn)識(shí)到鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行價(jià)值的基礎(chǔ)上，還應(yīng)當(dāng)明確該設(shè)備運(yùn)行對(duì)環(huán)境造成的影響，主動(dòng)對(duì)鍋爐汽輪機(jī)運(yùn)行存在的環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行處理，加強(qiáng)對(duì)該設(shè)備的節(jié)能運(yùn)行管理，保證設(shè)備始終處于良好運(yùn)行狀態(tài)，為促進(jìn)我國(guó)火電廠綠色發(fā)展創(chuàng)造良好條件。