火力发电厂化学运行优化与节能降耗措施

马天波

（神华国能哈密电厂，新疆 哈密 839000）

随着我国经济建设的迅猛发展，各行各业对于电力的需求也与日俱增，火力发电行业的压力也日益增加。然而，与风力发电、水力发电和核能发电等相比，火力发电存在能源利用效率低和污染环境严重等问题，与我国绿色发展等五大发展理念存在着严重的冲突，在运行优化和节能降耗等方面亟待解决。化学运行作为火力发电厂生产运营的基本组成部分，涉及原水、补给水、凝结水和废水等多道处理工序，以及制氢和供氢等重要环节，对于火力发电厂的高效、绿色运行起着十分重要的作用。因此，有必要探讨火力发电厂的化学运行优化措施，分析其提高效率和节能降耗的举措，从而为提高电力企业经营利润和控制运行成本提供参考。

1 火力发电厂存在的主要问题

1.1 发电能耗突出，能源利用率低

与其他发电方式相比，火力发电自工业革命以来已经经过了很长时间的发展，相关技术已经非常成熟，是目前全球发电的主要形式。然而，火力发电对于能源的消耗与浪费问题非常突出，在能源转化和利用方面效率很低。随着现代社会对于节能降耗问题的日益关注，火力发电的高能耗问题也已成为不容忽视的世界性难题。除了利用风能、水能、太阳能和核能等替换火力以外，火力发电本身也需要进行技术的优化，特别是化学运行的优化，提升能源利用率，弥补火力发电的不足，从而更好地发挥火力发电的优势和长处，为经济建设与发展提供电力支撑。

1.2 排废问题突出，环境污染严重

火力发电对于环境的污染问题，已经受到了广泛的关注。火力发电厂排放出的废水、废气以及煤渣等固体废弃物，对于周边环境已经造成了巨大的危害，特别是二氧化碳等气体的排放更是对周边地域甚至全球生态环境带来了严峻的危害。然而，由于清洁能源发电暂时难以满足我国电力资源的客观需求，火力发电在相当一段时间内仍然是我国电力供应的主要来源，仅依靠关停火力发电厂并不能真正解决根本问题。因此，必须要对火力发电厂的化学运行进行优化，尽可能地降低火力发电环节所产生的“三废”产物，或者通过一定的净化手段减少“三废”的排放，最大程度地降低火力发电对生态环境的污染[1]。

1.3 煤炭依赖突出，发展前景堪忧

火力发电的原料主要是煤炭，而我国虽然是一个煤炭资源储备丰富的资源大国，但长期、大量的开采已经造成了煤炭资源的严重短缺。目前，我国用于火力发电的煤炭有很多来自于澳大利亚、印度尼西亚、蒙古和俄罗斯等国家的进口，而近两年国际政治和经济形势的变化特别是我国“脏煤”禁令的颁布，导致煤炭的进口特别是澳大利亚煤炭的进口受到严格的管制和限制，进而造成火力发电资源的紧张。对此，火力发电厂必须要严格遵守国家关于煤炭进口的相关政策，但同时也需要加强自身化学运行的优化，通过技术的革新来提高单位煤炭的发电量，从而减少对煤炭资源的过度依赖。

1.4 照明损耗较为严重

照明是火力发电厂日常运行过程中，不可或缺的一种用电形势，但大部分火电厂在日常的运作过程中都存在灯具使用周期较短的问题，需要定期进行更换。灯具的频繁更换很容易引起各类电气事故，而灯具的大面积使用在一定程度上浪费了能源资源。就现阶段而言，大部分火电厂并没有尝试进行节能灯具运用的推广，因此许多火电厂仍然使用普通灯具来进行日常的照明。与节能灯具相比，普通灯具在单位时间内所需要耗费的能源要明显多一些，这对提升火电厂的降耗节能效率，使火电厂能够在节能减排的工业生产号召下进行产业生产形势转变，会产生负面影响。因此这也是现阶段发电厂在日常运行过程中存在的主要问题。如果这个问题无法得到解决，那么火力发电厂的节能降耗措施调整便无法得到进一步的完善。

1.5 部分电气设备无法进行调解

在火力发电厂的日常发电过程中，通常会使用静电除尘设备，来为日常的电力生产和电力运输提供较为良好的环境，但在具体的运行过程中，静电除尘设备还可能会出现短路问题，如果不对静电除尘设备进行定期的调解，而连续使用，那么静电除尘设备不仅无法发挥良好的出声效果，还很可能会出现各类故障，最终导致电能损耗变得更为严重。之所以会出现这类现象，大体是因为其变压器的容量不科学，出现了电能低负荷或空载等问题。这种无用功率的消耗会使电气资源耗损更多，因此如果无法对这类电气设备进行必要的优化调整，那么火力发电厂的日常运行就会无端地损耗过多电力资源，这种用电方式是不符合节能降耗规范的[2]。

2 火力发电厂化学运行优化与节能降耗的主要措施

2.1 进行合理的节能评价体系构建

之所以在很长一段时间内，火力发电厂的化学运行优化与节能降耗并没有获得较为明显的突破，有很大一部分原因是由于没有建立较为合理的节能评价体系。如果要构建有关体系，那么就需要采取必要的措施与手段进行评价指标的确定。为了使火力发电厂的评价能够更加科学合理，在确定评价指标时，应当根据较为贴合实际火力发电厂运作的评价标准来进行参照。所以在选择标准的过程中，有关技术研究人员通常会根据三个原则来进行指标确定标准的选择。1）相应标准必须要是符合社会发展期待的，与社会先进电力生产运输理念相贴合的。2）有关标准一定要具有一定的可行性，可以通过日常的努力来进行完成。3）所有的标准都是可以通过量化的方式来进行呈现的，只有如此，有关火力发电厂的日常运行才能够在有关标准的指导下得到优化。

为了使火电厂的节能降耗能够得到进一步的完善，采用评价体系标准与建设过程中可以尝试使用以下3种方式来进行评价体系的构建：1）以现阶段的国家或行业相关标准来进行最终的发电厂运营流程指导。通常情况下，国家或行业的现行标准都有较强的操作性，在定量以及定性方面都较为准确，因此以此为评价体系来进行日常的发电厂建设，日常火力发电的运营能符合国家与行业要求。由于节能降耗以及可持续发展理论的深入渗透，现阶段的国家与行业标准都是以节能降耗为目标来进行制定的。因此将相关标注作为评价体系来管理日常的火力发电厂生产和运营，火力发电厂的节能降耗效果就能够获得较为明显的提升。2）火力方电厂在进行评价标准建设时，应当对火力发电厂的预期运营与发展目标进行充分的考虑，只有如此才能够使节能降耗任务顺利完成。因为节能降耗本身是一项需要花费大量时间才能够见到成效的改革目标，因此火力发电厂在制定预期目标时，一定会将节能降耗的改革目标考虑进去。因此以预期目标为评价标准，是能够在一定程度上起到节能降耗作用的。3）技术研究人员可以将被评价对象的变化趋势作为评价标准，来进行火力发电厂的节能降耗建设。被评价对象是指就正在发展过程中的各项评价指标。各指标在火电厂的发展运营过程中都在发生着改变，如果能够深研究入每个被评价对象的年度节能预算，促进火力发电厂节能降耗与优化运行，那么火力发电厂的运营将会更符合社会的期待。

2.2 系统优化原水处理，提升化学运行排污质量

在火力发电厂的化学运行过程中，原水的预处理不仅需要加强水泵等硬件设备的节能降耗，也同样需要关注澄清设备等的稳定处理和高效运行，通过混凝、沉降、澄清和过滤等措施对水中的杂质进行处理，从而减少原水中的胶体、悬浮物以及有机物等物质，避免后续环节对设备的损伤以及对能源的不必要消耗。通常情况下，火力发电厂都会配备澄清设备进行原水的预处理，可以有效清除大部分的胶体、悬浮物和有机物等杂质，但不可避免地会留下少量的悬浮物和絮凝体。当这些少量的杂质进入补给水除盐处理系统后，仍然可能对后续的水处理设备造成污染或者堵塞，从而影响了设备的正常运行并削减其使用寿命。对此，有必要在原水预处理的澄清设备后再进行一次过滤处理，实现原水处理的系统优化，从而为后续的水处理环节提供更为优质的水资源，通过降污来实现促进降耗的目标。

当前，澄清设备中部分发电厂采用了超滤系统装置，通常包含3套设备。从当前的实践运用情况看，超滤装置主要采用进口中空纤维结构的膜元件。这些膜元件往往选用具有较强亲水性的聚砜材质，并且该材质有着很高的耐污染能力，可以有效去除大分子有机物和胶体硅，有效地控制和消除化学需氧量（COD）以及细菌等。从超滤系统装置的使用效果看，水中的悬浮物的去除率可达100%，胶体的去除率一般可达99%，微生物的去除率一般可达99.999%，出水浊度一般可小于0.3NTU，淤泥密度指数（SDI）小于3，澄清效果显著。当然，超滤系统装置本身也需要定期进行相应的清洗，通常在系统正常运行 1个月、最长3个月以后，就应当对膜元件进行化学清洗，通过柠檬酸洗、碱洗和次氯酸钠清洗等方式，彻底地清除系统内的杂质，从而为之后一段时间的高效澄清与超滤提供助力[3]。

2.3 提高树脂再生效果，提升化学运行降耗水平

离子交换水处理阶段，主要包括运行制水和离子交换树脂再生2个部分，前者是后者容量发挥的过程，后者是离子交换树脂容量恢复的过程，二者相辅相成共同形成树脂运行和再生的良性循环。然而，由于树脂在进行清洗和反洗等运行过程中，不可避免地会受到水中杂质以及其他物质的污染和腐蚀，从而造成设备功能的不断下降，并且消耗的能量也在不断地增加。因此，必须要尽可能地减少原水处理等前端环节的出水杂质，避免树脂遭到污染。对此，建议在树脂设备安装前检查土建基础是否按设计要求施工，并将系统管道冲洗干净，不应有过多的悬浮杂质。为确保设备的安全运行和树脂不被污染，还建议在原水进入设备之前先用过滤精度为10 μm～20 μm过滤器进行预处理某电厂锅炉补给水处理系统过滤设备如图1、图2所示。

图1 活性炭装置

图2 超滤装置

除了提高前端的出水质量，减轻离子交换树脂的净化压力以外，还需要对补给水和凝结水等进行更加彻底地清理，并且尽可能保持其处于适中的酸碱浓度范围内，最大限度地降低制水过程中的树脂污染。此外，还需要保证充分的置换时间，使离子交换树脂在制水和再生2个过程中实现动态的平衡，在固定的周期内尽量达到两者的均衡发展，从而保证树脂的再生效果。当然，在火力发电设备的长期运行的情况下下，树脂仍然会受到污染，产生性能下降、容量降低、离子泄漏量增加以及废水量增多等问题，因此需要根据实际情况修复和更换树脂，从而保证树脂的再生效果，达到节能降耗和废水减排的目的[4]。

2.4 精细处理凝结水，提升化学运行稳定系数

凝结水对于火力发电来说是设备安全运行和化学安全运行的基本保障，而在凝结水的运行过程中必然会与其接触到的金属设备、管道等发生物理和化学反应，导致部分金属溶解物质或者腐蚀产物进入凝结水当中，影响凝结水的运行效率，并对相关设备造成不利的影响。因此，有必要对凝结水进行精细化处理，及时清除金属溶解物质和腐蚀产物，保证火力发电过程中热力系统的水汽品质合格，进而保障发电机组安全稳定地运行。从目前的企业运行情况看，采取混床铵化处理的方式是最适合凝结水精细化处理的措施，不仅能够延长设备的使用寿命，还能够降低再生废液量，提高凝结设备的使用效率并降低运行成本。

为了确保混床铵化处理高效安全地运行，凝结水处理系统可以设置一定的失效节点，对出水电导率和钠氯离子等的含量进行实时监测，当发现相关数据降低到一定的标准时立即进行节点控制，启动铵化处理程序来降低机组腐蚀、结垢、积盐等风险。当然，混床铵化处理也存在着产水量少、除盐水量和酸碱消耗量增加等问题，并导致凝结水精细化处理环节的成本大幅增加，对此可以考虑采用自动加氨的方式控制给水pH值，通过调整高速混床阴阳树脂配比以及优化再生技术参数等措施，有效降低凝结水处理的技术难度和减少成本支出。

2.5 优化处置再生废水，提升化学运行减排质量

火力发电技术最大的缺点在于废水、废气和固定废弃物的排放造造成了环境污染，而优化化学运行必须要充分考虑到废水的处理和排放问题，从而真正实现节能降耗减排的绿色发展目标。由于补给水、凝结水和树脂再生等环节中都会产生大量的废水，这些废水都有着显著的酸碱性特征，如果不经过中和处理必然会形成严重的水资源和土地资源污染，而且会浪费大量的资源。因此，火力发电厂应当根据生产运行过程中废水的产生和排放规律，通过中和设备对酸碱废水进行处理，使酸碱浓度过高的废水逐渐转化成为危害轻微的工业废水，然后再进行回收处理，最大限度地减少对生态环境的负面影响[5]。

在具体的化学运行过程中，可以对火力发电过程中形成的废水进行分类处理，其中经过中和处理的废水如果其腐蚀性较低并且符合原水的基本条件，可以将其引入循环用水系统，使废水得以再生利用，从而有效减少废水的排放量，并且适当降低发电过程中的水资源消耗，减轻废水处理系统和原水提取系统的负担，降低了生产资源的不必要损耗。

3 结语

在当前极其复杂的国际、国内政治以及经济形势下，火力发电厂如何在激烈的市场竞争中保持一定的地位并且发挥应有的作用，既能够有效提升企业的经营利润，又可以严格遵守国家的相关法律和政策，是当前不得不深入思考的问题。面对严峻的环境，火力发电厂必须要着力优化化学运行环节。在日常的生产运行过程中及时地对能源消耗、资源利用以及设备管理等情况进行总结分析，采取行之有效的节能降耗措施，不断地优化设备参数和生产工艺，控制电力生产的成本，并减少其对于环境和社会的负面影响，从而提升电力企业的综合竞争力，推动电力行业的健康、良性发展。