火电厂锅炉汽轮机引起的环境问题及节能运行管理

神华神东电力山西河曲发电有限公司（国家能源集团山西分公司） 徐怀德

火电厂锅炉汽轮机的运行，对于煤炭资源的消耗较大，煤炭在燃烧的过程中会产生大量具有污染性的气体，不仅存在严重的能源消耗问题，而且会对生态环境造成污染。为更好实现碳达峰与碳中和目标，火电厂要主动履行自身职能，注重对生产目标进行调整，加强对锅炉汽轮机运行的管控，以绿色低碳、节能运行为主要目标，尽可能降低锅炉汽轮机运行对于能源的消耗以及对环境造成的影响，便于火电厂在未来发展中能够更好地适应社会可持续发展的要求。

1 火电厂发电系统分析

火力发电厂在我国经济社会发展中发挥着重要作用，在火电厂日常运行与管理过程中，通过锅炉、汽轮机、发电机等设备进行能量循环和能量转换，比较典型的就是通过燃烧煤炭等资源，将化学能消耗并转化为电能。在火电厂实际生产过程中，一般可以采用蒸汽再热系统和给水再热系统。在实际发电过程中，如何高效地实现能量循环、优化管理的方式提高发电效率已成为研究重点。由于火电机组的发电容量存在一定差异，不同发电机组对于热力系统的需求不同，火电厂锅炉汽轮机系统的机组控制系统通常采用的是厂级监控系统，以及分散控制系统的信息化管理方式。

2 火电厂锅炉汽轮机运行过程中存在的问题

2.1 锅炉热效率偏低

在我国各行业及领域不断发展过程中，人们对于电力能源的需求不断提升，火力发电作为我国最主要的电力供应方式之一，在社会经济不断发展的过程中承担的压力越来越大，对锅炉汽轮机的运行需求不断提高。锅炉汽轮机在火电厂发电中的作用较为突出，但是在实际运行过程中还存在较多亟须解决的问题，如锅炉汽轮机运行会消耗大量能源，在消耗能源的同时会对生态环境造成污染。

锅炉汽轮机在火电厂运行过程中较为关键，锅炉汽轮机实现了热能和机械功的相互转化，但是因为这种设备的运行会产生大量的有毒有害气体，加剧了环境污染问题，导致机械使用和我国绿色发展的理念不符，因此该设备也正在逐渐被优化并替代。同时，受锅炉汽轮机整体性能不高、生产容量较低的影响，在运行过程中锅炉汽轮机可能存在煤炭燃烧不充分的问题，排烟温度急剧上升，产生大量的热能，这些热能难以转化为电能，增加火电厂锅炉汽轮机的热损失，影响锅炉汽轮机的热效率。如果为了降低热损失而让大容量锅炉的汽轮机处于低负荷运行状态，不仅会浪费大量能源，而且还会降低锅炉汽轮机的燃烧工况。

2.2 自动化水平不高

当前，在科学技术快速发展的背景下，自动化技术的出现有效提高了电力生产的效率与质量。从火电厂锅炉汽轮机的运行情况来看，该设备对于自动控制装置的使用率不高，与计算机技术联系不够紧密，导致火电厂锅炉汽轮机的自动化水平低下，在实际运行中对于人力操作的需求较大，存在一定安全和质量隐患，在无法及时发现设备故障问题的情况下，可能会加剧锅炉汽轮机运行中的能源消耗以及环境污染，不利于设备节能运行。

2.3 能耗和污染较大

火电厂锅炉汽轮机在运行过程中，需要燃烧大量煤炭等燃料，在此过程中会产生大量浓烟，浓烟中含有的二氧化碳、二氧化硫等气体在未经过严格处理直接排放后，会对生态环境造成非常严重的污染。再加上部分火电厂的锅炉汽轮机主要采用的是层燃模式，锅炉汽轮机的燃烧效率不高，在不完善燃烧的情况下，导致锅炉排放的污染气体增多，尤其是在大量燃烧煤炭的情况下，大量二氧化碳的排放会加剧温室效应[1]。

火电厂锅炉汽轮机的气缸属于一种密闭的气室，具有隔绝内外部空气的作用，可以将蒸汽转化为机械能。锅炉汽轮机在运行时，气缸中会逐渐产生较高的蒸汽热能，在热传导下内缸温度会大幅上涨，在内外缸之间存在空气夹层，气流可以间接进行热量传输，在锅炉汽轮机运行过程中，夹层气流能够起到预加热的效果，这样一来就能够保证气缸内部良好的工作状态，反之在夹层气流热量传输效果不佳的情况下，会对锅炉汽轮机的正常运行造成影响，使得汽轮机能源消耗加剧。另外，受复杂工作环境影响，气候因素、灰尘等会对锅炉汽轮机的正常运行造成影响，可能会导致跳过管的热阻变大，最终对锅炉汽轮机组缓凝器的传热功能造成影响，尤其是当锅炉汽轮机处于负风压力区时，风扇吸入的空气不足，不利于设备内部循环运行，会加大设备对于能源的消耗。

3 火电厂锅炉汽轮机节能运行的意义分析

锅炉汽轮机在电力生产、工业生产等领域具有较高价值，该设备具有使用周期长、运行效率高、单机功率大等显著特征，在火电厂运行过程中属于一种有效的能源转换设备。但是在火电厂锅炉汽轮机运行过程中，该设备容易受到各种不良因素的影响，导致设备对于能源的利益效率受到影响。在科学技术水平不断提升的背景下，我国目前正积极采取有效措施，减少生活生产中存在的环境污染以及能源消耗问题，实现对火电厂锅炉汽轮机的节能运行管理，符合时代发展特征。

火电厂锅炉汽轮机在运行过程中若受各种因素影响，不仅会加大锅炉汽轮机对于能源的消耗，而且会导致更加严重的环境污染问题出现，容易对人们的身体健康造成危害。因此，站在节能与环保等角度考虑，注重火电厂锅炉汽轮机运行过程中节能降耗效果提升，加强对锅炉汽轮机节能运行的管理具有十分重要的意义。如可通过优化改造汽轮机结构的方式，提高锅炉汽轮机运行的可靠性与安全性，降低锅炉汽轮机运行过程中对于能源的消耗并减少废气排放，在提高火电厂电力生产效率的同时，更好地满足人类社会发展对于电力能源的需求。

4 火电厂锅炉汽轮机引起的环境问题

4.1 二氧化硫排放

从我国能源消耗结构来看，煤炭占比居高不下，煤炭能量主要是通过燃烧的方式提取。火力发电作为我国电力生产的主要方式之一，火电厂对于煤炭的需求量较大，在煤炭燃烧的过程中会产生大量具有腐蚀性的二氧化硫气体，危害人们的身体健康，导致环境污染严重。同时，锅炉汽轮机运行产生的二氧化硫气体大量排放，酸雨天气频繁，同时还会影响地下与地表水水质下降、土壤环境遭到污染等。并且，二氧化硫气体在阳光的催化作用下与烟尘结合，会逐渐形成酸雾，对人们的身体健康造成较大影响。

4.2 二氧化碳排放

人类社会在快速发展的过程中，面临的环境污染问题愈发严重，尤其是二氧化碳气体的大量排放，进一步加剧了全球气候变暖的趋势。在人类生产、生活所排放的温室气体当中，二氧化碳是导致气候变暖的主要因素，近年来二氧化碳排放量呈现持续上涨的趋势，甚至一些地方大气中的二氧化碳浓度已经超过了400ppmv，全球二氧化碳排放总量达到顶点，直接导致全球地面温度上涨近1℃左右。这样一来，会导致生态环境恶化，因此火电厂在使用锅炉汽轮机发电的过程中，应注重对二氧化碳排放的控制，避免在随意排放二氧化碳的情况下加剧温室效应。

4.3 废渣和烟气排放

火电厂锅炉汽轮机在燃烧高硫煤的过程中会排放大量烟气，这些烟气中含有大量三氧化硫，酸露点温度会超过140℃，为避免高浓度三氧化硫对锅炉汽轮机或其他发电设备设施造成腐蚀，通常需要严格对烟气排放温度进行控制。从目前的情况来看，我国火电厂锅炉汽轮机在运行过程中，烟气排放温度在110～160℃左右，在工业领域锅炉汽轮机的烟气排放温度可能更高[2]。因此，会对火电厂锅炉汽轮机造成影响。同时，在煤炭含碳量超过正常值的情况下，火电厂锅炉汽轮机在运行时会产生大量灰渣，在火电厂未能及时、合理对这些灰渣进行处理的情况下，可能会导致严重的灰尘污染现象，对火电厂周边环境以及建筑、土壤造成影响，不符合我国绿色发展目标。因此，迫切需要通过节能运行的方式，减少火电厂锅炉汽轮机运行过程中对环境造成的污染，在满足基本供电需求的同时，促进火电厂绿色发展。

5 促进火电厂锅炉汽轮机节能运行的措施

5.1 加大锅炉汽轮机的更新与改造力度

对火电厂锅炉汽轮机进行更新和改造，是促进该设备节能运行的关键。首先，对锅炉汽轮机的高低压缸进行改造，通过降低高压缸运行阻力的方式达到提高设备运行效率的目的，同时还可以节省设备运行时对能源的消耗[3]。对动叶型汽轮机的动叶片进行整体固定，能够起到提高设备动力的效果；针对静叶型汽轮机，可以考虑去除叶片当中的加强筋，通过这种方式达到降低设备运行阻力的效果。在锅炉汽轮机内部可以使用保温岩棉，可提高锅炉汽轮机的保温性能，降低设备运行过程中的热量损耗。同时，还可以对锅炉汽轮机的进出风口进行优化，采取相应的方式确保设备内部的燃料可以得到充分燃烧，以此加强对燃料的陈充分利用，实现减少有害气体排放量、缓解粉尘污染的问题。

5.2 采用多元化节能净化技术

为了保障火力发电厂实际运行效果，需要做好整体的技术分析，采用绿色节能的技术，保障整体发电工作有序开展。要优化设计锅炉汽轮机，注重多元化节能环保技术，保障汽轮机能提升效率、降低污染。目前，在技术应用中，将多齿蜂窝汽封技术引入锅炉汽轮机的实际尝试，该方法有效改善设备循环性能，在设备运行降阻上产生了较好的作用，另外也可以将干冰清洗技术、锅炉水处理技术引入到锅炉汽轮机设计中，充分利用干冰低温收缩的功能，清洗锅炉汽轮机内的煤垢和污垢。锅炉水处理技术主要是通过低温余热产生的能量驱动锅炉汽轮机运行的原理，采用该方式可降低锅炉器汽轮机在运行时电能的损耗。

6 火电厂锅炉汽轮机节能运行管理措施

6.1 强化设备控制

火电厂在使用锅炉汽轮机的过程中，应当注重控制设备的给水温度，定期检查设备加热器，保障实际的加热器运行中各部分协同作业，且具有较强的密封性，该方式能够有效满足锅炉和汽轮机节能运行的实际要求，有效带动设备的传热和热交换地进行。而在锅炉汽轮机检修过程中，要做好细致审查，并及时修补高压钢筋泄漏点，如果破损位置严重，必须更换相关位置的零部件，以免因为更换不及时等问题，产生设备能耗加剧等问题。另外，因为设备启动并完成点火后，技术人员需要较长时间才能完成机组的并网。这就需要技术人员在保证设备安全性的基础上，尽可能减少设备启动的时间，减少并网期间消耗的能源[4]。

6.2 应用脱硫工艺

针对火电厂锅炉汽轮机的节能运行管理，加强对脱硫工艺的应用，主要是为了减少设备运行产生的污染，尽管这会加大设备运行的成本，但是也需要引起火电厂的重视，认识到应用脱硫工艺对减少锅炉汽轮机污染程度的重要性。现阶段，常用的脱硫工艺主要有电子束处理、臭氧氧化处理、应用碳基材料等。通过在火电厂锅炉汽轮机上安装脱硫装置，可以有效减少设备运行时的二氧化硫排放，有助于缓解设备腐蚀和环境污染，有效控制锅炉汽轮机运行时的烟气排放温度。如采用碳基材料吸附特性进行脱硫处理，主要是在锅炉汽轮机运行过程中对硫化物进行固定和转移。该工艺可以降低锅炉排放烟气中的二氧化硫含量，进一步凸显环保锅炉和汽轮机节能环保的特点。该方式不仅提高了设备的运行效率，减少煤炭能燃料的用量，降低设备运行期间对于能源的损耗，减少有毒有害气体排放量，而且具有较强的节能和环保性能。

6.3 减少二氧化碳排放

火电厂的锅炉汽轮机在运行过程中，排放的二氧化碳主要与煤等燃料的消耗有关。减少设备运行时二氧化碳气体排放，必须采取多样化的手段，使用如天然气、煤层气等含碳量少或无碳的燃料，加强对火电厂能源消耗的控制。火电厂在锅炉汽轮机节能运行管理过程中，应当注重煤炭等燃料利用率的提升，在可以保证增长发电效果的基础上尽可能减少煤炭用量。如可通过使用燃料电池的方式，对锅炉汽轮机进行改进，加强对二氧化碳的回收处理，降低二氧化碳等气体对环境造成的污染[5]。

6.4 完善管理制度

为进一步提高火电厂锅炉汽轮机运行的安全性与节能性，要求火电厂对现有管理制度进行完善，将锅炉汽轮机作为节能运行管理的重点对象，加强对技术人员的监管。火电厂应当结合岗位需求，进一步落实针对锅炉汽轮机的管理责任，将责任落到实处，加强对技术人员的培训力度，确保每一位工作人员都能够严格遵守锅炉汽轮机操作流程，明确汽轮机节能挂历要点，保证锅炉汽轮机始终处于最好的工作状态。火电厂还需要安排专业人员对锅炉汽轮机的启停工作，通过加强人员管理的方式降低对设备运行造成的干预，加强对设备的养护员与管理力度，完善设备检修人员的操作流程，提高锅炉汽轮机节能运行管理的整体水平。

7 结语

综上所述，火电厂锅炉汽轮机在运行的时候会消耗大量能源，易对环境造成污染。在火电厂发电过程中，在认识到锅炉汽轮机运行价值的基础上，还应当明确该设备运行对环境造成的影响，主动对锅炉汽轮机运行存在的环境问题进行处理，加强对该设备的节能运行管理，保证设备始终处于良好运行状态，为促进我国火电厂绿色发展创造良好条件。