浅谈火电厂节能减排的可行性措施

2024-02-01李梦洁

中国设备工程 2024年2期

李梦洁

（国网能源哈密煤电有限公司，新疆哈密 839000）

1 节能减排的意义

党的二十大报告提出：加快节能降碳先进技术研发和推广应用，倡导绿色消费，推动形成绿色低碳的生产方式和生活方式。作为世界第一制造业大国，我们在能源消耗上绝对数量巨大。在全球共同应对气候变化的大背景下，中国面向世界提出，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。因此，我国在节能降耗上面临巨大压力和挑战。2012～2021年，我国单位国内生产总值(GDP)能耗累计降低24.6%，相当于减少能源消费12.7亿吨标准煤。2012～2019年，我国以能源消费年均2.8%的增长支撑了国民经济年均7%的增长，能源利用效率显著提高，取得了长足的进步。同时也要看到，在提高能源利用水平、降低能耗方面，与世界先进水平还存在差距。过去40年，我国单位GDP能耗年均降幅超过4%、累计降幅近84%，节能降耗成效显著，能源利用效率提升较快。但从国际比较来看，我国单位GDP能耗仍是世界平均水平的1.5倍。这差距既是客观现实，也是我们今后努力追赶超越的方向和目标。

从总体来看，我国节能潜力依然巨大，行业节能降耗，环境保护势在必行。在我国，燃煤发电所占的电力总量超过70%，但燃煤发电有很多弊端。（1）能源消耗量较大；（2）能量转化率低；（3）对环境的污染较为严重。电力行业对国家经济的发展起着举足轻重的作用，电力企业要想获得长期健康的发展，就必须对其进行能源结构的优化，以适应经济发展的需求。所以，电厂要把节能降耗和环境保护的理念融入生产技改中，做好碳达峰碳中和工作，加快节能降碳，需要企业领导和员工高度重视节能标准化工作，依法加快推进节能标准更新升级、切实加强节能标准应用实施，不断夯实节能工作基础。只有把标准定好、把落实抓好，才能为积极稳妥推进碳达峰碳中和、加快发展方式绿色转型提供有力支撑，才能助推企业更好地发展。

2 火力发电厂节能减排的方向

为了切实贯彻国家节能减排的方针，协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优化、节约集约，绿色低碳发展，我们要加快发展方式绿色转型，科学实施全面节约战略，深入推进环境污染防治，合理规划节能降耗工作。使火电厂可持续发展，节能排放水平得到有效的提高。为实现节能减排预期目标，可将以下两个方面作为开展工作的出发点和落脚点：第一，结合现场工作实际情况，通过引入、提升新技术、新材料、新工艺等手段，改变煤电机组的运行状况，提高机组能源转换效率，降低机组的供电煤耗和厂用电率，减少污染物的排放，来达到节能减排的目的。第二，针对小型燃煤电厂的效率低，单位能耗较大，造成的环境污染也较大的问题，集中发展大容量、高参数的燃煤电厂，关闭小型机组，重点发展大容量机组，以提高效率，降低能耗。

3 目前我国火电厂存在的问题

3.1 火电厂对新兴技术的应用较少

为了实现企业的高质量、可持续发展，拓展企业的生存空间，必须大力推进技术革新进步及应用。目前，国内新建大型燃煤电厂主要运用抽汽、调频、变频调速、智能控制和监测等新技术手段来实现节能降耗的目的。近年来，新建大型燃煤电厂，在应用了这些先进经验后，机组各项生产数据均有了很大的提升。我们常说“思维决定意识，意识决定实践”，早期的燃煤电厂因对新兴技术应用知识的模糊，思想固化因循守旧，不愿接收新事物，具体到工作中也是主要运用传统的、保守的技术手段，思想上的排斥，制约了新技术的应用和学习。这对企业的发展和进步都是不利的,各大企业首先应从思想上加深认识，从行动上加强落实，通过企业集中培训和激励员工自学相结合的方式，积极引入新思想、新设备、新技术，助推企业向前发展。

3.2 节能减排制度要进一步完善

我国的经济发展逐渐从之前的“粗放式”向“精细化”过度，但是，在这个过程中，仍然存在诸多问题。同样的情况也发生在燃煤电厂，对能源节约和减少污染物排放的关注不够。节能减排制度较为分散、系统性不强。制度的不完善、考核机制的缺失，导致指标责任不明确，执行力不高，节能减排和经济效益矛盾突出，工作效果堪忧。

4 火电厂节能减排的措施

4.1 应用先进技术

为落实国家节能减排的方针，满足电力企业高质量发展，火电厂应积极主动引入现代科技手段，改善其生产工艺，降低机组的能耗水平。如利用现有先进可靠的变频技术，将火电厂的给水泵、引风机和一次风机等工频模式改为变频运行方式，从而大幅度降低生产厂用电率，减少能耗；以问题为导向，放眼世界，善于思考和认识，积极引入经实践证明的好的方法和经验，如对脱硫、除尘和脱硝系统进行增容提效改造等工作达到污染物超低排放的目的。

4.2 加强燃料管理

煤炭是火电厂发电的主要燃料，更是空气污染最大的来源，所以要提高燃料管理水平，对于减少污染物排放和能源消耗有很大的意义。主要采取的措施有：对燃煤电厂的开放式储煤场进行封闭式管理，为达到降低扬尘和减少燃料损耗的目的，积极采用喷雾降尘的方法；有专人对燃煤化验进行管理，准确掌握燃煤灰分、硫分、发热量等数据，尽量多使用低硫低灰高发热量的煤种，以提高燃烧效率，降低SO2及粉尘等污染物排放的压力，通过调整各个煤种的比例进行掺烧，实现电厂经济效益最大化。

4.3 优化运行调整措施

在火电厂中，运行人员的调整是节能减排措施的主要方面之一，根据不同工况变化不同的运行方式及调整手段，都能在节能减排方面取得很好的效果。在节能方面，根据机组负荷变化，及时调整锅炉风煤比等参数，保证锅炉的燃烧效率；在脱硝系统允许的情况下，尽可能低的降低锅炉排烟温度，减少排烟热损失；在保证机组安全的情况下，保持汽轮机低背压运行，减少机组排汽损失。在减排方面，可以通过及时调整锅炉燃烧氧量和配风方式，减少NOx的生产量，从而降低NOx的排放量。诸如上述的节能减排措施，可以兼顾各个方面因素，制定一个系统的措施，让所有运行人员同步执行，使措施能够达到最佳的效果。

4.4 完善企业节能减排制度

人是一切问题的制造者，也是一切问题的解决者。企业完善节能制度和污染物排放制度，发挥企业员工的主观能动性，是节能减排工作有效开展的重要抓手之一。发挥广大员工的创新力，让其理论与实际相结合，在实际的工作中摸索好的经验和做法并进行总结，形成成熟的技术创新和有效措施，再应用至实际的生产中，可以达到意想不到的效果。这就需要企业在制定这方面的制度时，要奖罚分明，积极正向引导，为员工创造一种敢于创新、善于创新的氛围。

4.5 提高锅炉和其他设备的利用率

锅炉是火电厂最主要的用煤设备，它在燃烧过程中会损失可燃物、固体物和烟气热损失。降低锅炉热量损失的主要措施有：合理减小排烟体积，严格控制火焰中心的高度、避免局部高温条件，充分确保加热表面的干燥，避免操作破坏和漏风。为降低锅炉热损失，应采取合理的措施，将煤粉与空气充分混匀，并时刻注意锅炉负荷的变化，严格控制过量空气系数，使炉温升高。另外，还需对煤粉的细度进行优化。在热电厂的运行阶段，蒸汽向电能的转换是依靠汽轮机进行的。汽轮机是一种复杂的结构，如果叶片没有完全闭合，气体流经叶片的过程中不可避免地会发生摩擦，从而导致气体的泄漏。在水汽转换阶段，只有部分水汽能被转换成汽轮机的动力，大量的能量在转换过程中会产生。由此可以看出，提高汽轮机容量及运行效率，对火电厂节能减排具有重要意义。在一些特定的情况下，可以根据项目的要求对涡轮进行优化。通过增加蒸发热量、加速蒸汽流过叶轮效率、减薄叶轮厚度等途径，降低喷嘴-叶轮摩擦系数，降低热能损耗，达到节能减排的目的。

5 典型实验-以给水泵改变频为例

5.1 实验目的

给水泵为火电厂生产过程中重要辅机，其耗电量特别大，而变频改造对给水泵的节能运行提供一定的优化意义。本次试验是给水泵变频改造后性能测试试验，其主要目的是测定2台给水泵变频改造后，不同负荷下给水泵组的总耗电量（给水泵电机、前置泵电机和附属设备耗电量之和），并计算其占机组发电量的百分比，并与工频给水泵总耗电量进行对比，对其节能和经济效益做出有效评估。另外，本次试验采集不同负荷下给水泵组的相关参数，计算规定转速下电动给水泵的扬程、轴功率、效率分别与流量之间的关系，为给水泵的安全经济运行提供理论依据。

5.2 试验详述

（1）试验项目及方法。机组协调方式下滑压运行，切除AGC，切除给水自动，负荷调整至150MW，保持给水流量的稳定。工作人员分别将试验测试用功率表接入2台电动给水泵的计量用电流、电压回路，接线完成，试验确认表及各数据记录表准备完毕，2台给水泵进行同时测试。在保证机组安全运行前提，运行人员通过调整2台给水泵变频器的频率稳定，2台泵的转速近似相等且与改造前泵的转速近似相等，并维持其稳定运行30min，记录相关数据。

循环以上方法，记录机组在180MW、210MW、240MW、270MW、300MW工况下的试验数据，同时测量2台给泵前置泵电机和辅助设备的相关参数。

（2）给水泵变频改造节电量分析。将各负荷段的节电率绘制成曲线如图1所示。从图中我们可以看出，随着机组负荷的上升，给水泵变频改造的节电率下降。在240MW负荷之前，给水泵节电率曲线较陡，而在240MW负荷之后，给水泵节电率曲线斜率变缓。另外，我们统计了此电厂机组年运行小时数为6838h，分别对每个负荷段节电率进行加权求和，得出机组各运行工况下的节电率加权和为21.08%。同时，变频改造后全年总的节电度为786.9万千瓦时。

图1 机组负荷与节电率曲线图

（3）给水泵变频改造经济性和煤耗评估。按照节电量786.9万千瓦时计算，根据同时期上网电价222.97元/MW·h（不含税），机组每年因电泵改造可增加经济收益175.46万元。从降低供电煤耗的角度分析，参照改造前后的锅炉效率、汽机热耗率、厂用电率等数据来评估其节省煤耗。在50%负荷工况下，电泵变频改造节省煤耗3.6g/kW·h；75%负荷工况下，电泵变频改造节省煤耗1.95g/kW·h；100%负荷工况下，电泵变频改造节省煤耗1.01g/kW·h。综上所述，电泵变频改造可节省煤耗为2.19g/kW·h。