火電廠鍋爐汽輪機引起的環境問題及節能運行管理

神華神東電力山西河曲發電有限公司（國家能源集團山西分公司） 徐懷德

火電廠鍋爐汽輪機的運行，對于煤炭資源的消耗較大，煤炭在燃燒的過程中會產生大量具有污染性的氣體，不僅存在嚴重的能源消耗問題，而且會對生態環境造成污染。為更好實現碳達峰與碳中和目標，火電廠要主動履行自身職能，注重對生產目標進行調整，加強對鍋爐汽輪機運行的管控，以綠色低碳、節能運行為主要目標，盡可能降低鍋爐汽輪機運行對于能源的消耗以及對環境造成的影響，便于火電廠在未來發展中能夠更好地適應社會可持續發展的要求。

1 火電廠發電系統分析

火力發電廠在我國經濟社會發展中發揮著重要作用，在火電廠日常運行與管理過程中，通過鍋爐、汽輪機、發電機等設備進行能量循環和能量轉換，比較典型的就是通過燃燒煤炭等資源，將化學能消耗并轉化為電能。在火電廠實際生產過程中，一般可以采用蒸汽再熱系統和給水再熱系統。在實際發電過程中，如何高效地實現能量循環、優化管理的方式提高發電效率已成為研究重點。由于火電機組的發電容量存在一定差異，不同發電機組對于熱力系統的需求不同，火電廠鍋爐汽輪機系統的機組控制系統通常采用的是廠級監控系統，以及分散控制系統的信息化管理方式。

2 火電廠鍋爐汽輪機運行過程中存在的問題

2.1 鍋爐熱效率偏低

在我國各行業及領域不斷發展過程中，人們對于電力能源的需求不斷提升，火力發電作為我國最主要的電力供應方式之一，在社會經濟不斷發展的過程中承擔的壓力越來越大，對鍋爐汽輪機的運行需求不斷提高。鍋爐汽輪機在火電廠發電中的作用較為突出，但是在實際運行過程中還存在較多亟須解決的問題，如鍋爐汽輪機運行會消耗大量能源，在消耗能源的同時會對生態環境造成污染。

鍋爐汽輪機在火電廠運行過程中較為關鍵，鍋爐汽輪機實現了熱能和機械功的相互轉化，但是因為這種設備的運行會產生大量的有毒有害氣體，加劇了環境污染問題，導致機械使用和我國綠色發展的理念不符，因此該設備也正在逐漸被優化并替代。同時，受鍋爐汽輪機整體性能不高、生產容量較低的影響，在運行過程中鍋爐汽輪機可能存在煤炭燃燒不充分的問題，排煙溫度急劇上升，產生大量的熱能，這些熱能難以轉化為電能，增加火電廠鍋爐汽輪機的熱損失，影響鍋爐汽輪機的熱效率。如果為了降低熱損失而讓大容量鍋爐的汽輪機處于低負荷運行狀態，不僅會浪費大量能源，而且還會降低鍋爐汽輪機的燃燒工況。

2.2 自動化水平不高

當前，在科學技術快速發展的背景下，自動化技術的出現有效提高了電力生產的效率與質量。從火電廠鍋爐汽輪機的運行情況來看，該設備對于自動控制裝置的使用率不高，與計算機技術聯系不夠緊密，導致火電廠鍋爐汽輪機的自動化水平低下，在實際運行中對于人力操作的需求較大，存在一定安全和質量隱患，在無法及時發現設備故障問題的情況下，可能會加劇鍋爐汽輪機運行中的能源消耗以及環境污染，不利于設備節能運行。

2.3 能耗和污染較大

火電廠鍋爐汽輪機在運行過程中，需要燃燒大量煤炭等燃料，在此過程中會產生大量濃煙，濃煙中含有的二氧化碳、二氧化硫等氣體在未經過嚴格處理直接排放后，會對生態環境造成非常嚴重的污染。再加上部分火電廠的鍋爐汽輪機主要采用的是層燃模式，鍋爐汽輪機的燃燒效率不高，在不完善燃燒的情況下，導致鍋爐排放的污染氣體增多，尤其是在大量燃燒煤炭的情況下，大量二氧化碳的排放會加劇溫室效應[1]。

火電廠鍋爐汽輪機的氣缸屬于一種密閉的氣室，具有隔絕內外部空氣的作用，可以將蒸汽轉化為機械能。鍋爐汽輪機在運行時，氣缸中會逐漸產生較高的蒸汽熱能，在熱傳導下內缸溫度會大幅上漲，在內外缸之間存在空氣夾層，氣流可以間接進行熱量傳輸，在鍋爐汽輪機運行過程中，夾層氣流能夠起到預加熱的效果，這樣一來就能夠保證氣缸內部良好的工作狀態，反之在夾層氣流熱量傳輸效果不佳的情況下，會對鍋爐汽輪機的正常運行造成影響，使得汽輪機能源消耗加劇。另外，受復雜工作環境影響，氣候因素、灰塵等會對鍋爐汽輪機的正常運行造成影響，可能會導致跳過管的熱阻變大，最終對鍋爐汽輪機組緩凝器的傳熱功能造成影響，尤其是當鍋爐汽輪機處于負風壓力區時，風扇吸入的空氣不足，不利于設備內部循環運行，會加大設備對于能源的消耗。

3 火電廠鍋爐汽輪機節能運行的意義分析

鍋爐汽輪機在電力生產、工業生產等領域具有較高價值，該設備具有使用周期長、運行效率高、單機功率大等顯著特征，在火電廠運行過程中屬于一種有效的能源轉換設備。但是在火電廠鍋爐汽輪機運行過程中，該設備容易受到各種不良因素的影響，導致設備對于能源的利益效率受到影響。在科學技術水平不斷提升的背景下，我國目前正積極采取有效措施，減少生活生產中存在的環境污染以及能源消耗問題，實現對火電廠鍋爐汽輪機的節能運行管理，符合時代發展特征。

火電廠鍋爐汽輪機在運行過程中若受各種因素影響，不僅會加大鍋爐汽輪機對于能源的消耗，而且會導致更加嚴重的環境污染問題出現，容易對人們的身體健康造成危害。因此，站在節能與環保等角度考慮，注重火電廠鍋爐汽輪機運行過程中節能降耗效果提升，加強對鍋爐汽輪機節能運行的管理具有十分重要的意義。如可通過優化改造汽輪機結構的方式，提高鍋爐汽輪機運行的可靠性與安全性，降低鍋爐汽輪機運行過程中對于能源的消耗并減少廢氣排放，在提高火電廠電力生產效率的同時，更好地滿足人類社會發展對于電力能源的需求。

4 火電廠鍋爐汽輪機引起的環境問題

4.1 二氧化硫排放

從我國能源消耗結構來看，煤炭占比居高不下，煤炭能量主要是通過燃燒的方式提取。火力發電作為我國電力生產的主要方式之一，火電廠對于煤炭的需求量較大，在煤炭燃燒的過程中會產生大量具有腐蝕性的二氧化硫氣體，危害人們的身體健康，導致環境污染嚴重。同時，鍋爐汽輪機運行產生的二氧化硫氣體大量排放，酸雨天氣頻繁，同時還會影響地下與地表水水質下降、土壤環境遭到污染等。并且，二氧化硫氣體在陽光的催化作用下與煙塵結合，會逐漸形成酸霧，對人們的身體健康造成較大影響。

4.2 二氧化碳排放

人類社會在快速發展的過程中，面臨的環境污染問題愈發嚴重，尤其是二氧化碳氣體的大量排放，進一步加劇了全球氣候變暖的趨勢。在人類生產、生活所排放的溫室氣體當中，二氧化碳是導致氣候變暖的主要因素，近年來二氧化碳排放量呈現持續上漲的趨勢，甚至一些地方大氣中的二氧化碳濃度已經超過了400ppmv，全球二氧化碳排放總量達到頂點，直接導致全球地面溫度上漲近1℃左右。這樣一來，會導致生態環境惡化，因此火電廠在使用鍋爐汽輪機發電的過程中，應注重對二氧化碳排放的控制，避免在隨意排放二氧化碳的情況下加劇溫室效應。

4.3 廢渣和煙氣排放

火電廠鍋爐汽輪機在燃燒高硫煤的過程中會排放大量煙氣，這些煙氣中含有大量三氧化硫，酸露點溫度會超過140℃，為避免高濃度三氧化硫對鍋爐汽輪機或其他發電設備設施造成腐蝕，通常需要嚴格對煙氣排放溫度進行控制。從目前的情況來看，我國火電廠鍋爐汽輪機在運行過程中，煙氣排放溫度在110～160℃左右，在工業領域鍋爐汽輪機的煙氣排放溫度可能更高[2]。因此，會對火電廠鍋爐汽輪機造成影響。同時，在煤炭含碳量超過正常值的情況下，火電廠鍋爐汽輪機在運行時會產生大量灰渣，在火電廠未能及時、合理對這些灰渣進行處理的情況下，可能會導致嚴重的灰塵污染現象，對火電廠周邊環境以及建筑、土壤造成影響，不符合我國綠色發展目標。因此，迫切需要通過節能運行的方式，減少火電廠鍋爐汽輪機運行過程中對環境造成的污染，在滿足基本供電需求的同時，促進火電廠綠色發展。

5 促進火電廠鍋爐汽輪機節能運行的措施

5.1 加大鍋爐汽輪機的更新與改造力度

對火電廠鍋爐汽輪機進行更新和改造，是促進該設備節能運行的關鍵。首先，對鍋爐汽輪機的高低壓缸進行改造，通過降低高壓缸運行阻力的方式達到提高設備運行效率的目的，同時還可以節省設備運行時對能源的消耗[3]。對動葉型汽輪機的動葉片進行整體固定，能夠起到提高設備動力的效果；針對靜葉型汽輪機，可以考慮去除葉片當中的加強筋，通過這種方式達到降低設備運行阻力的效果。在鍋爐汽輪機內部可以使用保溫巖棉，可提高鍋爐汽輪機的保溫性能，降低設備運行過程中的熱量損耗。同時，還可以對鍋爐汽輪機的進出風口進行優化，采取相應的方式確保設備內部的燃料可以得到充分燃燒，以此加強對燃料的陳充分利用，實現減少有害氣體排放量、緩解粉塵污染的問題。

5.2 采用多元化節能凈化技術

為了保障火力發電廠實際運行效果，需要做好整體的技術分析，采用綠色節能的技術，保障整體發電工作有序開展。要優化設計鍋爐汽輪機，注重多元化節能環保技術，保障汽輪機能提升效率、降低污染。目前，在技術應用中，將多齒蜂窩汽封技術引入鍋爐汽輪機的實際嘗試，該方法有效改善設備循環性能，在設備運行降阻上產生了較好的作用，另外也可以將干冰清洗技術、鍋爐水處理技術引入到鍋爐汽輪機設計中，充分利用干冰低溫收縮的功能，清洗鍋爐汽輪機內的煤垢和污垢。鍋爐水處理技術主要是通過低溫余熱產生的能量驅動鍋爐汽輪機運行的原理，采用該方式可降低鍋爐器汽輪機在運行時電能的損耗。

6 火電廠鍋爐汽輪機節能運行管理措施

6.1 強化設備控制

火電廠在使用鍋爐汽輪機的過程中，應當注重控制設備的給水溫度，定期檢查設備加熱器，保障實際的加熱器運行中各部分協同作業，且具有較強的密封性，該方式能夠有效滿足鍋爐和汽輪機節能運行的實際要求，有效帶動設備的傳熱和熱交換地進行。而在鍋爐汽輪機檢修過程中，要做好細致審查，并及時修補高壓鋼筋泄漏點，如果破損位置嚴重，必須更換相關位置的零部件，以免因為更換不及時等問題，產生設備能耗加劇等問題。另外，因為設備啟動并完成點火后，技術人員需要較長時間才能完成機組的并網。這就需要技術人員在保證設備安全性的基礎上，盡可能減少設備啟動的時間，減少并網期間消耗的能源[4]。

6.2 應用脫硫工藝

針對火電廠鍋爐汽輪機的節能運行管理，加強對脫硫工藝的應用，主要是為了減少設備運行產生的污染，盡管這會加大設備運行的成本，但是也需要引起火電廠的重視，認識到應用脫硫工藝對減少鍋爐汽輪機污染程度的重要性。現階段，常用的脫硫工藝主要有電子束處理、臭氧氧化處理、應用碳基材料等。通過在火電廠鍋爐汽輪機上安裝脫硫裝置，可以有效減少設備運行時的二氧化硫排放，有助于緩解設備腐蝕和環境污染，有效控制鍋爐汽輪機運行時的煙氣排放溫度。如采用碳基材料吸附特性進行脫硫處理，主要是在鍋爐汽輪機運行過程中對硫化物進行固定和轉移。該工藝可以降低鍋爐排放煙氣中的二氧化硫含量，進一步凸顯環保鍋爐和汽輪機節能環保的特點。該方式不僅提高了設備的運行效率，減少煤炭能燃料的用量，降低設備運行期間對于能源的損耗，減少有毒有害氣體排放量，而且具有較強的節能和環保性能。

6.3 減少二氧化碳排放

火電廠的鍋爐汽輪機在運行過程中，排放的二氧化碳主要與煤等燃料的消耗有關。減少設備運行時二氧化碳氣體排放，必須采取多樣化的手段，使用如天然氣、煤層氣等含碳量少或無碳的燃料，加強對火電廠能源消耗的控制。火電廠在鍋爐汽輪機節能運行管理過程中，應當注重煤炭等燃料利用率的提升，在可以保證增長發電效果的基礎上盡可能減少煤炭用量。如可通過使用燃料電池的方式，對鍋爐汽輪機進行改進，加強對二氧化碳的回收處理，降低二氧化碳等氣體對環境造成的污染[5]。

6.4 完善管理制度

為進一步提高火電廠鍋爐汽輪機運行的安全性與節能性，要求火電廠對現有管理制度進行完善，將鍋爐汽輪機作為節能運行管理的重點對象，加強對技術人員的監管。火電廠應當結合崗位需求，進一步落實針對鍋爐汽輪機的管理責任，將責任落到實處，加強對技術人員的培訓力度，確保每一位工作人員都能夠嚴格遵守鍋爐汽輪機操作流程，明確汽輪機節能掛歷要點，保證鍋爐汽輪機始終處于最好的工作狀態。火電廠還需要安排專業人員對鍋爐汽輪機的啟停工作，通過加強人員管理的方式降低對設備運行造成的干預，加強對設備的養護員與管理力度，完善設備檢修人員的操作流程，提高鍋爐汽輪機節能運行管理的整體水平。

7 結語

綜上所述，火電廠鍋爐汽輪機在運行的時候會消耗大量能源，易對環境造成污染。在火電廠發電過程中，在認識到鍋爐汽輪機運行價值的基礎上，還應當明確該設備運行對環境造成的影響，主動對鍋爐汽輪機運行存在的環境問題進行處理，加強對該設備的節能運行管理，保證設備始終處于良好運行狀態，為促進我國火電廠綠色發展創造良好條件。