火电厂中节能环保技术措施的应用探索

2024-03-08国家能源集团国能宝清煤电化公司李子波

电力设备管理 2024年1期

国家能源集团国能宝清煤电化公司李子波

1 火电厂中节能环保技术措施的应用目的

1.1 提高燃烧效率

电能作为人类生存不可或缺能源，其电能开发项目中类型繁多，截至2022年我国发电装机容量累计25.6亿kWh，与2021年比较有递增趋势（见表1），同比增长28.1%，且投资完成额为7208亿元，同比增长22.8%，其中电厂发电设备总利用时间为3687h（≥6000kWh），而火电厂时间为4379h，同比下降65%，表明发电设备利用率面临提升挑战。

表1 2021—2022年我国发电装机规模变化情况（数据来源于国家能源局）

为进一步推动某火电厂高质量发展，顺应新时代趋势应重点应用节能环保技术措施，且根本目的是在技术辅助下提高燃烧效率，进而增加发电设备利用时间数量。在某火电厂实施高效燃烧计划期间，需要确保锅炉设备中燃煤燃料实现充分燃烧。一般可参照下列公式了解燃烧效率（η），而后从中摸索热量变化规律确定优化方向，进而通过改造火电机组设备结构提升燃烧稳定性。

即：

其中Q、W 分别表示有用功和吸热能量；qm为煤炭收到基低位发热量。随着Q、W 的提高，η将有所增加。因此，采取有效措施实现高效燃烧是某火电厂践行节能环保目标的重要途径。

1.2 降低能量损耗

节能环保技术措施应用于某火电厂创新改革时期，除了为了提高燃烧效率外，还在于实现低损耗。比如，落实各项措施后可减少燃油、燃煤、设备耗电量等损耗量，同时还能抑制污染物大量排放。而在设备用电方面，若能加强机组单侧风烟系统改造，其负荷指标可满足30%既定负荷标准，此时能适当控制厂内设备耗电水平。至于排放物方面，应用节能环保技术措施以后通过脱硝脱硫、电除尘等技术，即可抑制污染物形成，保证厂内满足＜48℃烟气排放温度、＜10mg/m³（二氧化硫）、30mg/m³（氮氧化物）、5mg/m³（颗粒物）等行业标准。

2 火电厂中节能环保技术措施的应用准则

某火电厂在应用节能环保措施期间，主要遵循以下两项原则：一是节能性，根据上述内容，无论是改造火电机组结构，还是应用脱硫脱硝等高新技术，都是为了提高效率和降低能量损失，因此所应用的技术措施务必具备节能性优势。

二是环保性，某火电厂应用节能环保技术措施时，还应满足环保指标要求，如3.8～25MPa 出口压力锅炉是否满足《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》国标规范；水质硬度是否＜5μg/L，碱度是否＜200μg/L；锅炉燃煤收到基低位热值是否高于29.7MJ/kg；大型高效发电机组供电煤耗是否在290～340g/kWh，50000kWh 火电机组煤耗是否低于440g/kWh 等，这些火电厂环保标准都是实践应用阶段重要依据。

据此，要求在落实节能环保技术措施期间，某火电厂应深入贯彻节能性和环保性准则，以供获得可观效益，有利于维护周边环境安全[1]。

3 火电厂中节能环保技术措施的应用要点

3.1 烟气在线监测技术

在某火电厂运行的生产系统中，包含大量功能各异的子系统，其中发电系统与在线监测系统之间的协调与配合，会对整个企业电力生产效率造成直接影响。为实时监测某火电厂运行期间产生的污染气体及其排放状况，可运用烟气在线监测技术对厂内烟气排放量、主要污染物排放浓度展开实时监测。在确保监测数据准确性的前提下，将其向中控中心进行传输，在全面收集相关数据信息后，运用烟气在线监测系统对其进行处理，结合厂内实际情况对现行生产技术方案进行不断优化。

烟气在线监测技术以数据采集、传输、存储和处理为要点，为节能环保计划提供参考。在烟气在线监测技术中，主要利用测量仪、采样器、变送器等作为该技术前端监测子系统，监测某火电厂运行期间排放气体的烟气参数、拟态污染物、颗粒物等，通过OPC 定义的标准接口和基于Windows Socket 编程接口打破传统数据传输技术，对传输距离和网络类型的限制，并利用HDFS 文件系统建立烟气监测数据存储系统，搭建Hadoop+Hbase 集群环境完成数据存储写入、更新、处理等各项操作。

在300MW 亚临界燃煤试点机组中应用该技术，可以使煤耗综合节能效益从324g/kWh 降至214g/kWh，并使该机组污染区排放超标时间大幅缩短，从原本的76h 缩短至7h，提高某火电厂节能环保技术水平。

某火电厂为降低烟尘污染物产生量，专门提出投放电袋复合除尘器，经过初期调研发现该产品至少能够吸收70%的烟尘颗粒物，同时可有效降低烟尘排放浓度。考虑到某火电厂前期在火力发电项目中存在明显的“烟尘环绕”问题，故具体引进该装置，以烟尘在线监测技术控制烟尘排放浓度，显然监测中测定浓度低于50mg/m³，在某火电厂运行的2台1000MW 燃煤发电机时，烟尘得以处理后明显现有问题得到了妥善解决。

3.2 烟气脱硫脱硝技术

某火电厂应用节能环保措施，为减少污染物排放量，需加强烟气脱磷脱硫技术的有效应用。常见方法有干法脱硫、湿法脱硫、SNCR 脱硝技术等，每项技术都能体现环保优势。比如，可以在厂内安装某公司生产的“新型高效干法脱硫除尘一体化工艺”，能够将某火电二氧化硫排放量下调至50mg/m³，并且形成的脱硫灰成分还可在1300℃的温度条件制成水泥再生料，可按照9%的掺入量用于建筑工程中，此时可提供额外增收服务。另外，还可使用烟气循环流化床，此设备至少能对3%含硫量以上的高硫煤，获取至少90%的脱硫成效，而且可以减少30%左右的吸收剂用量，有效缩减某火电厂运营成本，但该设备多同除尘设备联用。

某火电厂在脱硫处理作业中，针对900～1250℃炉膛温度区域可借助炉内喷钙尾部湿化方式，促使锅炉内碳酸钙物质分解为二氧化硫等其他硫化物烟气，顺利转化为硫酸钙，此时既能优化脱硫效果，又能降低投资额。为达到100mg/m³以下固体燃料污染物排放要求时，可依靠SNCR 脱硝技术，促使烟气在200～450℃温度环境下经催化还原反应形成氮气和水分，且脱硝效率最高可达到90%。经由脱硫脱硝技术的充分辅助，即可完成节能环保转型任务[2]。

3.3 火电机组优化技术

火电机组作为影响节能环保效益的重要结构，应充分运用火电机组优化技术降低能耗，提高运行效率。一般情况改造时多以动力系统为改造重点，某火电厂具体借鉴了盘南电厂改造经验，即针对600MW火电机组应用XDC800硬件平台，以及ICAN 软件对火电机组输煤流程进行实时监测。经过并网处理后火电机组性能得以提升，且整体运行安全水平较高。

例如，某火电厂选用回旋式预热装置联合普通锅炉，该机组往往存在低转换速率问题，因而可从自动化改造层面，将机组优化为循环式过滤处理装置，此时能自动调节出口压力，甚至能在负荷监测下控制污染物浓度，改造后即可在释放人工管理负担之上保障火电机组运行质量，理应制定完善计划指引火电机组得以合理改造。至于动力传输系统的运行，可从数字化编程方面加以改造，遵循下列公式规律提高热效率（ηd），使厂内火电机组以高效稳定状态持久性运行：ηd=10E×3600/Bb×29271，式中E、Bb各自表示计算期内发电量和发电标准煤耗量，且后者数值可通过（全厂原煤耗量×原煤平均热值+耗用油量×41816）×发电比/29271进行计算。

3.4 智能照明节能技术

某火电厂需要24h 进行持续发电，造成发电期间常需要照明服务，为节省照明能量，还可运用智能照明节能技术强化节能环保效能。具体可应用总线式智能照明控制技术，其中通过连接多个灯具、照明配电箱，在协调器、传感器辅助下顺利向控制中心传递照明需求信息，即秉承着“智能调节”原则控制灯具启动状态及照明时长、照度等参数。此技术下，可对传统照明开关系统予以优化处理，即应用远程自动控制模式根据不同应用场景进行自动控制，且配备对应的智能照明控制箱，经对比发现在其白间照明期间，其功率多在54kW 到70kW 以内，夜间为70kW 到80kW，经过计算后可发现应用智能照明节能技术后可至少节约514kWh/d 电能。

本文列举几种常见照明场景：其一，机组停机，即按照白昼黑夜照明需求，将锅炉照明功率调整为15%额定功率（前半夜）、10%（后半夜）；其二，路灯照明，自动调整功率，即70%正常功率（22点前）、30%正常功率（22点后）；其三，机组开机，白间根据经纬度时间控制灯具启动状态，而在夜间则以50%功率（前半夜巡检）、15%（后半夜无人值守）等标准控制功率参数，且每种场景下均可结合实际需求人工调节亮度，针对循环水、电除尘等重要区域需要适当保持高亮度照明状态。至于厂内楼梯、走廊等区域，应设定人体感应器，以热量感应或声音感应原理在有人途经时启动照明功能，此时可避免产生灯具能源闲置消耗问题。通过节约内部耗电量，有利于满足节能环保改进标准[3]。

3.5 电除尘改造技术

电除尘是某火电厂改革期间发挥除尘环保功效的重要设施，要想获得显著的节能环保技术成果，还应运用电除尘改造技术提高电除尘效率（η除尘）及节电率（η节电），具体可根据下列公式加以分析：η除尘=1-c2/c1，其中：c1、c2分别表示除尘前后烟尘浓度；η 节电=S 单相-S 三相/S 三相×100%，式中Q用电、q发电分别表示电除尘用电量和发电量。

在改造电除尘系统时，也要权衡电除尘用电率的有效控制，尽量保证改造后的电除尘系统具有低耗电特征。

首先，在电除尘改造技术中需使用高频电源，传统电除尘装置以工频电源为主，改造后运行电压可达到130%工频电源电压，电流可至200%工频电源，从而发挥突出功效。而且高频电源还有40kHz载波频率优势，整体无须投入过多改造成本，在以三相平衡高频电源替代传统工频电源时，经了解至少可达到20%的节能率，其功率因数多高于90%。

其次，在配备高频电源后，还需面对锅炉设施的工频高压控制柜加以改造，将“H 型”转化为“HV32新型”，而且在除尘操作中还能利用电振动振幅的调整增强除尘效果。改造高频电源期间也应配套整改连接变压器的缆线以及配套设施，促使改造后电除尘系统能保持完整结构。

最后，电除尘改造技术实施阶段，应设定好相关参数。例如，空载条件下一号柜母线电压需在改造后达到563V，二号柜为559V，一次电流均为212A。三号柜母线电压和一次电流参数宜设为549V和176A。而在负荷状态下两个参数应分别为563V（70A）、531V（95A）、535V（84A），以便在参数均衡分布下达到预期改造效果。通常应用电除尘改造技术前后除尘效率可增长0.43%，起到电除尘优化作用，见表2。因而在应用节能环保技术措施时，既可以从外部引入高新技术，如上文提及的脱硫脱硝技术，又可加强内部装置结构的有效改造，如电除尘改造、智能照明改造等，助力某火电厂实现绿色发展。