火電廠節(jié)能環(huán)保現(xiàn)狀及其技術改造研究

王 丹

（晉控電力同達熱電山西有限公司，山西 大同 037000）

0 引言

當前，火力發(fā)電仍是我國電力供應過程中，最主要的供電方式?，F(xiàn)階段，為了在滿足人們正常用電需要的基礎上，降低火力發(fā)電產生的能耗，將節(jié)能環(huán)保技術應用到火力發(fā)電工作，實現(xiàn)火力發(fā)電技術的優(yōu)化升級，已經成為保證社會經濟穩(wěn)定發(fā)展的重要舉措。

1 技術改造的必要性

國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，截至2019 年底，全國發(fā)電裝機容量201 066 萬kW，同比增長5.8%，其中，火電裝機119 055 萬kW，占總裝機容量的59.2%；全國基建新增發(fā)電裝機容量10 173 萬kW，火電的新增發(fā)電裝機容量為4 092 萬kW；全國6 000 kW 及以上電廠發(fā)電設備累計平均利用小時為3 825 h，火電達到了4 293 h；全國電廠發(fā)電量超過了71 422.1 億kW·h，火電達到了51 654.3 億kW·h，同比增長1.9%。對全球二氧化碳排放情況進行分析可以發(fā)現(xiàn)，2019 年全球與能源相關的二氧化碳排放量在33 Gt 左右，全球煤炭使用二氧化碳排放量比2018 年減少近2 億t（-1.3%）。2019 年的排放趨勢表明，在電力行業(yè)的引領下，清潔能源轉型正在推進，全球電力企業(yè)的排放量下降了約1.7 億t（-1.2%），基于實際情況而言，2019 年我國二氧化碳排放量在發(fā)電與供熱領域所占比重為51%；對當前我國能源供應結構分析發(fā)現(xiàn)，盡管近年來我國水電、風電、光電等清潔能源得到了有效應用，但火電在我國能源供應工作中，仍占據(jù)著極為重要的地位，二氧化碳排放總量仍比較多，這一情況的出現(xiàn)，給我國低碳社會的發(fā)展造成了阻礙。面對上述情況，為了切實降低二氧化碳的排放總量，緩解溫室效應，在實際運營管理過程中，火電廠方面需要采用合適的節(jié)能環(huán)保技術，對發(fā)電技術加以優(yōu)化，通過降低設備運轉能耗、提升能源轉化效率的方式，為火電廠的可持續(xù)發(fā)展提供支持[1]。

2 火電廠節(jié)能環(huán)?，F(xiàn)狀

為了踐行“雙碳”目標，某地區(qū)的A、B 火電廠，在明確自身運營發(fā)展需要的基礎上，通過將節(jié)能環(huán)保技術應用到自身的電力資源生產、管理、銷售等環(huán)節(jié)當中的方式，切實提升了能源的利用率，降低了自身運營管理過程中二氧化碳的排放總量。具體來說，在開展節(jié)能減排活動前，火電廠工作人員對二氧化碳的排放量進行了測算，得到在2018 年間，A 火電廠機組供電碳排放強度和供熱碳排放強度相對偏高，B 火電廠2018 年度機組供電碳排放強度和供熱碳排放強度同樣偏高。

在查閱統(tǒng)計數(shù)據(jù)后得知，A、B 火電廠的機組供電碳排放強度、供熱碳排放強度都比較大，對這一情況出現(xiàn)的原因進行了分析，了解到《企業(yè)溫室氣體排放核算方法與報告指南》中規(guī)定在火電廠運轉過程中，需要對燃煤的單位熱值含碳量和碳氧化率進行實測分析，若電廠在生產過程中，沒有對其進行實測分析，該火電廠在后續(xù)生產過程中，二氧化碳排放量的計算中單位熱值含碳量需采取高限值，而2018 年度，上述兩個火電廠都沒有進行單位熱值含碳量和碳氧化率的實測工作。考慮到當前火力發(fā)電廠的實際燃煤單位熱值含碳量約30.85 t/TJ，碳氧化率在98%左右，單位熱值含碳量實測后計算的二氧化碳排放量會比采取高限值計算的二氧化碳排放量低8%左右，碳氧化率會比采用高限值計算的二氧化碳排放量低2%左右。2019 年上述兩家火電廠均開展實測工作，A 火電廠的單位熱值含碳量為27.83 t/TJ，B 火電廠的單位熱值含碳量為27.53 t/TJ。這就使得在2019 年度，上述兩家火電廠進行實測后計算得到的供電排放強度和供熱排放強度下降幅度均較大，而2020 年上述兩家火電廠沿用了2019 年度的單位熱值含碳量和碳氧化率的實測工作，在計算后發(fā)現(xiàn)，2020 年與2019年度，兩家火電廠的單位熱值含碳量的差距相對較小[2]。

為減少火電廠的二氧化碳排放總量，火電廠在統(tǒng)計二氧化碳排放量時，將用于生產的外購電數(shù)據(jù)，從全廠外購電數(shù)據(jù)中分離出來，減少了電廠履約邊界碳排放量，減少了自身的生產二氧化碳排放量。

想要在保證供電量不變的情況下，降低廠用電率和供電煤耗，減少發(fā)電量和燃煤耗量，進而減少火電廠生產過程中排放的二氧化碳總量。A、B 兩個火電廠通過優(yōu)化輔機運行方式，降低機組的廠用電率、供電煤耗。通過實際測算得知，在2018 年A 和B 火電廠機組供電煤耗和用電率均相對較高，其中，A 電廠組供電煤耗為385.04 g/（kW·h），發(fā)電廠用電率為12.1%；B 電廠組供電煤耗為361.07 g/（kW·h），發(fā)電廠用電率為10.9%。通過優(yōu)化輔機運行后，使得2019年度A 火電廠機組供電煤耗變?yōu)?56.10 g/（kW·h），發(fā)電廠用電率為10.78%；B 火電廠機組供電煤耗為318.75 g/（kW·h），發(fā)電廠用電率為8.52%。從數(shù)據(jù)中能看出，優(yōu)化輔機運行方式可以為供電煤耗和發(fā)電廠用電率的降低提供支持。

3 火電廠節(jié)能環(huán)保技術改造方法

3.1 降低爐渣飛灰含碳量

A、B 火電廠在開展燃煤二氧化碳減排分析工作時，發(fā)現(xiàn)部分電廠實際的爐渣、飛灰含碳量高達15%，爐渣、飛灰含碳量過高，使得在供電量不變情況下，燃煤消耗量等火力發(fā)電的成本及二氧化碳排放量均有所增加。同時，爐渣、飛灰含碳量是決定固體未完全燃燒熱損失q4的關鍵因素，爐渣、飛灰含碳量每提高1%，根據(jù)不同機組容量，供電煤耗提高0.8～2.09 g/（kW·h）。所以降低爐渣、飛灰含碳量，提高碳氧化率，對降低供電、供熱煤耗，減少二氧化碳排放活動水平具有重要意義。以一臺300 MW 機組燃燒煙煤，機組年利用小時5 000 h 為例，飛灰含碳量降低1%，供電煤耗視為降低0.8%，由經驗值知1 t 煙煤排放2 t 二氧化碳，全年二氧化碳可減排約4 800 t，減排量可觀?，F(xiàn)階段，為了盡可能降低爐渣、飛灰的含碳量，在火力發(fā)電技術優(yōu)化工作中，可通過延長燃料在爐膛的停留時間、在燃燼區(qū)適當提高氧量、降低煤粒度、合理調整配風、燃燒煤種上盡量選擇接近于設計煤種等方式，保證燃料能夠充分燃燒，提升燃料的利用率，減少供電量不變情況下的火力發(fā)電能耗。舉例來說，2018 年，A、B 公司的爐渣含碳質量分數(shù)分別為3.84%、1.84%；飛灰含碳質量分數(shù)分別為4.46%、2.71%，當年兩家公司的供電煤耗分別為318.75 g/（kW·h）、356.10 g/（kW·h）。2019 年A、B 公司的爐渣含碳質量分數(shù)分別為3.12%、1.31%；飛灰含碳質量分數(shù)分別為3.56%、1.73%，兩家公司的供電煤耗分別為314.00 g/（kW·h）、286.77 g/（kW·h）；盡管兩家公司應用了其他的節(jié)能手段，但從數(shù)據(jù)中也能看出，降低爐渣含碳量、飛灰含碳量可以為供電煤耗的降低提供支持[3]。

3.2 優(yōu)化輔機運行方式

A、B 火電廠在開展二氧化碳排放量減排分析工作時，通過統(tǒng)計電廠碳排放相關生產數(shù)據(jù)的情況，發(fā)現(xiàn)電廠在部分時段的廠用電率超過了5%，這一情況的出現(xiàn)，在一定程度上增加了火力發(fā)電廠的二氧化碳排放量。現(xiàn)階段，為了盡可能降低火力發(fā)電廠在運營管理工作中的能耗，火力發(fā)電廠方面可以通過優(yōu)化輔機運行方式，降低機組的廠用電量，保證在相同供電量的情況下，降低廠用電率及供電煤耗。舉例來說，A、B 火力發(fā)電廠在優(yōu)化輔機運行方式的過程中，提升了對機組負荷的關注度，通過在機組負荷低于520 MW的情況下，開啟小機凝結水泵旁路電動門，停止小機凝水泵運行，使小機凝結水流到排汽裝置旁路電動門的方式，降低小機冷凝水泵的運轉能耗。在機組負荷超過540 MW 時，通過啟動小機凝結水泵，關閉小機凝結水泵旁路電動門與凝結水質排氣裝置的方式，使凝結水能夠流到旁路電動門，提升凝結水轉移的速率，降低凝結水在設備內狀態(tài)轉化所產生的能耗?？傊?，通過應用上述優(yōu)化輔機運行的方式，切實降低了機組的廠用電量，進而降低了火力發(fā)電時的燃煤耗量，從而為火力發(fā)電廠二氧化碳總排放量的減少提供支持。

3.3 減少機組非停次數(shù)

在火力發(fā)電工作中，機組非停次數(shù)與火力發(fā)電能耗之間存在著直接的聯(lián)系，現(xiàn)階段，為了盡可能降低機組非停次數(shù)所產生的不必要能耗，在技術優(yōu)化工作中，可以從用油的角度出發(fā)，開展技術優(yōu)化工作。具體來說，當前火電廠的用油主要為鍋爐輔助用油，在油料的實際應用過程中，考慮到鍋爐輔助用油主要用于鍋爐啟動，為了減少其應用總量，火電廠方面可以通過開展運行技術人員專業(yè)知識培訓的方式，提升技術人員的專業(yè)知識積累，提高其鍋爐操作能力，以便達到減少機組非停次數(shù)的目的，進而減少鍋爐的輔助用油，減少二氧化碳排放量。

4 結論

對當前火電廠二氧化碳排放情況進行分析后可以發(fā)現(xiàn)，將節(jié)能環(huán)保技術應用到火電廠設備技術優(yōu)化更新工作中，可以大幅度降低火電廠生產環(huán)節(jié)二氧化碳的總量，進而為火電廠的低碳運營發(fā)展提供有效的支持。