現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)在火力發(fā)電廠中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

中國電建集團(tuán)貴州電力設(shè)計(jì)研究院有限公司 石昌標(biāo)

工業(yè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，極大地提高了人們的生活質(zhì)量，提升了人們對物質(zhì)的要求，進(jìn)一步保證了人們的生活水平，但也是造成環(huán)境污染和破壞的主要因素。目前，我國出現(xiàn)了溫室效應(yīng)、城市霧霾等自然生態(tài)系統(tǒng)問題，屬于惡化性問題，需要引起人類的警戒，必須加強(qiáng)管理，改善環(huán)境，才能確保社會的可持續(xù)發(fā)展。隨著社會的高速發(fā)展，國家對電力行業(yè)生產(chǎn)要求更加嚴(yán)格，必須制訂新目標(biāo)，才能滿足節(jié)能環(huán)保技術(shù)的管理需求，同時，還可以提升電力企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，使電力行業(yè)朝著綠色化、可持續(xù)化的方向發(fā)展，這也是電力企業(yè)發(fā)展的必然道路。近年來，部分發(fā)電領(lǐng)域在技術(shù)方面加快了創(chuàng)新速度，并將環(huán)境保護(hù)與社會責(zé)任結(jié)合到一起，為新時代的社會做出杰出貢獻(xiàn)。

1 火電行業(yè)的環(huán)境影響

火電行業(yè)發(fā)電在生產(chǎn)過程中，使用的原料主要是煤，煤在燃燒過程中會有許多產(chǎn)物，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等，這些都屬于有毒、有害氣體，會嚴(yán)重污染發(fā)電廠周圍的大氣環(huán)境，破壞整個生態(tài)系統(tǒng)。例如二氧化硫，如果長期暴露在紫外線較強(qiáng)的環(huán)境下，會發(fā)生反應(yīng)形成酸霧，水蒸氣會不斷濃縮，最終形成酸雨，這嚴(yán)重破壞了附近農(nóng)田和建筑物的自身結(jié)構(gòu)。又如二氧化碳的排放，會出現(xiàn)溫室效應(yīng)，造成全球變暖、氣溫升高，嚴(yán)重影響了自然環(huán)境的生存規(guī)律。

此外，火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，燃煤會產(chǎn)生大量的粉塵、廢物等固體污染物，粉塵很容易破壞附近的空氣質(zhì)量，影響火電廠工人的身體健康，容易造成嚴(yán)重的職業(yè)病。燃燒廢料屬于各種有害化學(xué)元素，其中砷、氟等元素比較常見，如果未及時處理燃燒廢棄物，將其直接排放到水中，會破壞水體自身的營養(yǎng)成分，減少水中有益微生物的數(shù)量，使其失去自凈功能，降低居民用水質(zhì)量。

2 火力發(fā)電廠應(yīng)用環(huán)保技術(shù)的必要性

2.1 市場多元化要求

加強(qiáng)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)施，是我國實(shí)現(xiàn)新經(jīng)濟(jì)增長的主要手段。“雙碳”目標(biāo)不僅可以完善電力生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，降低能源浪費(fèi)，還可以推動結(jié)構(gòu)現(xiàn)代化和綠色化發(fā)展，為許多新的能源設(shè)施創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。在實(shí)施碳中和階段的過程中，需要加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，最大限度地發(fā)揮低碳發(fā)電和碳捕獲技術(shù)的優(yōu)勢，使其滿足于電廠市場需求，因此，需要加強(qiáng)整個過程的管理，抓住發(fā)電企業(yè)的機(jī)遇，推動電廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)雙碳發(fā)展目標(biāo)。

2.2 生態(tài)環(huán)境的治理協(xié)調(diào)

電廠企業(yè)在實(shí)施“雙碳”目標(biāo)的過程中，需要做好清潔工作，促進(jìn)電力行業(yè)朝著低碳方向發(fā)展，并結(jié)合市場需求制訂相關(guān)機(jī)制，推動電力企業(yè)的改革和協(xié)調(diào)發(fā)展[1]。目前，我國電力行業(yè)體制加快了改革速度，提升了電力市場總體發(fā)展水平，但電力企業(yè)在資源分配和環(huán)境治理中，系統(tǒng)之間還缺乏一定的協(xié)調(diào)性，導(dǎo)致電力市場發(fā)展與環(huán)境保護(hù)不能同步進(jìn)行，嚴(yán)重影響到二氧化碳排放的控制目標(biāo)。因此，為了實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，發(fā)電廠企業(yè)需要加強(qiáng)電力市場和碳市場的整合，協(xié)調(diào)好能源生產(chǎn)和分配工作，才能滿足生態(tài)環(huán)境治理要求，推動電廠的可持續(xù)發(fā)展。

3 火力發(fā)電廠運(yùn)行中存在的問題

3.1 燃煤量消耗嚴(yán)重

我國能源結(jié)構(gòu)特殊，含有豐富的煤炭資源，但天然氣和石油方面比較短缺。由于能源結(jié)構(gòu)采用煤炭作為主要成分，煤炭也成為發(fā)電廠的重要能源。火力發(fā)電企業(yè)在使用煤生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的熱量，需要將水轉(zhuǎn)化為蒸汽，在蒸汽渦輪機(jī)的作用下，完成熱交換和加熱，整個過程需要大量的煤原料。此外，發(fā)電廠沒有制訂完善的煤炭管理體系，煤炭質(zhì)量控制不到位，都會影響煤炭的燃燒效率，從而增加整個生產(chǎn)過程中能源消耗，增加煤炭消耗量。

3.2 能源轉(zhuǎn)換水平有待提高

目前，火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，自身能源轉(zhuǎn)換水平相比發(fā)達(dá)國家較低。近些年，火力發(fā)電廠不斷創(chuàng)新，經(jīng)過環(huán)保部門的協(xié)助努力，我國在節(jié)能方面取得了重大成果。然而，煤炭消耗量高的問題還未得到解決，企業(yè)用電量也在持續(xù)增長，影響了我國能源轉(zhuǎn)換水平。此外，鍋爐裝置的燃燒效率也會影響能量轉(zhuǎn)換效率，其主要原因是火力發(fā)電廠以超臨界機(jī)組發(fā)電為主，煤炭消耗量比較大，在機(jī)組運(yùn)行期間電力消耗會不斷增加，從而影響能量轉(zhuǎn)換水平。

3.3 灰渣排放對環(huán)境的污染

火力發(fā)電廠在發(fā)電過程中，主要原材料煤粉在高溫下燃燒會產(chǎn)生固體廢物。固體廢物的組成成分比較復(fù)雜，主要包含：礦物廢物、灰塵、石膏脫硫等。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國火力發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中，固體廢物排放量比較大，會產(chǎn)生大量的粉塵廢物，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境[2]。大量的固體廢物還會占用大量土地，破壞土地資源。大多數(shù)火力發(fā)電廠沒有合理利用廢物，無法達(dá)到預(yù)期的回收效果，雖然許多火力發(fā)電廠認(rèn)識到了該問題，但是為了節(jié)省成本，選擇掩埋方式處理，占用了大量的土地空間，加劇了破壞土地資源的速度，對環(huán)境造成不可避彌補(bǔ)的破壞，見表1。

表1 火力發(fā)電廠廢渣來源以及處理方式

4 現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)在火力發(fā)電廠中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.1 注重煤炭的精細(xì)化管理

火力發(fā)電廠在發(fā)電過程中，主要原料是煤炭，但由于企業(yè)綜合管理能力差，許多煤炭資源利用率比較低，導(dǎo)致燃燒不徹底，產(chǎn)生大量的廢棄物，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，如果不加強(qiáng)管理，會影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，作為火電廠企業(yè)需要加強(qiáng)精細(xì)化管理，為后續(xù)發(fā)展工作的順利實(shí)施奠定基礎(chǔ)，減少燃燒污染物的排放，實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理的目標(biāo)。具體而言，火力發(fā)電廠要與時俱進(jìn)，明確當(dāng)前社會發(fā)展需求，積極引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r不斷完善排污技術(shù)，提高煤炭資源利用率，推動發(fā)電領(lǐng)域朝著環(huán)保方向發(fā)展。此外，火力發(fā)電廠需要重視燃燒副產(chǎn)物，并加強(qiáng)收集和利用，通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)有效處理各種副產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)副產(chǎn)物的二次利用，實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)的目的，提升電廠企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 應(yīng)用燃煤機(jī)組節(jié)能減排在線監(jiān)測系統(tǒng)

發(fā)電廠企業(yè)在燃煤機(jī)組節(jié)能減排工作中，為了更好地監(jiān)測大氣能耗和污染物排放，需要明確火力發(fā)電廠典型的工藝原理，積極融入先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，如運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)通信和計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立完善的數(shù)據(jù)庫，并做好數(shù)據(jù)采集、存儲和應(yīng)用，以便對火電廠發(fā)電過程中的能耗和環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，從而有效地提高電網(wǎng)生產(chǎn)質(zhì)量，降低能耗，提升監(jiān)測效率。因此，節(jié)能計(jì)劃的實(shí)施，不僅可以提高電廠管理質(zhì)量，還可以促進(jìn)節(jié)能減排效率[3]。該數(shù)據(jù)采集設(shè)備主要收集的是發(fā)電廠生產(chǎn)控制區(qū)，尤其是分布式控制系統(tǒng)（DCS）和連續(xù)在線監(jiān)測（CEMS）設(shè)備的主要運(yùn)行情況和參數(shù)，以及能源消耗和環(huán)境保護(hù)相關(guān)的監(jiān)測參數(shù)。通過將預(yù)先隔離的設(shè)備傳輸?shù)桨l(fā)電廠的通信服務(wù)器來存儲數(shù)據(jù)。通信服務(wù)器使用要求比較高，需要雙熱備用才可以完成數(shù)據(jù)緩存功能。電網(wǎng)生產(chǎn)管理中需要使用數(shù)據(jù)采集裝置，目的是收集數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或?qū)＞€從電站通信服務(wù)器接收數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)第一時間反映到信息管理領(lǐng)域，及時保存到數(shù)據(jù)庫，并對其做好計(jì)算、分析和存儲工作。此外，火力發(fā)電廠在能源消耗和環(huán)境排放管理工作中，除了實(shí)時監(jiān)測外，還需要根據(jù)國家節(jié)能減排政策，詳細(xì)分析客戶整體需求和個性化需求，重新審視企業(yè)節(jié)能減排在線監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)信息共享，促進(jìn)電廠朝著節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。基于數(shù)據(jù)的收集、加載和處理，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的基本功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)圖

4.3 降低廠用電消耗

火電廠在集中控制過程中，需要借助輔助設(shè)備來完成，輔助設(shè)備運(yùn)行如果控制不合理，不僅會增加能耗，還會消耗一定的能量。因此，加強(qiáng)輔助設(shè)備運(yùn)行管理，是降低能耗的主要手段，也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵，如變頻設(shè)備的應(yīng)用可以節(jié)省大量的電力，將冷卻水泵和風(fēng)扇等輔助設(shè)備轉(zhuǎn)換為變電設(shè)備，可以更好地節(jié)省電量，降低能量消耗[4]。照明設(shè)備應(yīng)盡可能使用語音或燈光控制系統(tǒng)，目的是減少照明工作的時間，降低電能消耗。在實(shí)踐中，有的工廠為了降低電能消耗，采用太陽能技術(shù)，在照明充足的工廠建筑頂部安裝太陽能光伏發(fā)電設(shè)施，收集大量的太陽能，以便代替電力作為工廠的照明系統(tǒng)供電。此外，從實(shí)際運(yùn)行情況來看，集中控制系統(tǒng)會防止機(jī)組負(fù)荷停止，確保輔助裝置的正常運(yùn)行，減少設(shè)備在運(yùn)行過程中的電流損耗。

4.4 應(yīng)用設(shè)備預(yù)知維護(hù)檢修技術(shù)

第一，設(shè)備的預(yù)測性維護(hù)和故障警報(bào)。主要集成了多測量點(diǎn)，具有監(jiān)控功能，可以自動監(jiān)控每個測量點(diǎn)的具體數(shù)值。如果某個測量點(diǎn)長時間超過警告或報(bào)警點(diǎn)的時間，則會立即觸發(fā)警告或報(bào)警，整個過程需要加強(qiáng)自行訓(xùn)練和計(jì)算。第二，設(shè)備的預(yù)防性維護(hù)和故障報(bào)警支持測量點(diǎn)故障報(bào)警。該系統(tǒng)需要在自動控制作用下完成，需要選擇多組測量點(diǎn)，如果任何一測量點(diǎn)的值不合理，則會立即發(fā)出警告。如果觸發(fā)報(bào)警的功能，測量點(diǎn)的數(shù)值在運(yùn)行過程中，如果變化過大，也會觸發(fā)報(bào)警[5]。第三，在大量設(shè)備中，需要積極采用人工智能和大數(shù)據(jù)對其進(jìn)行分析，不斷完善先進(jìn)技術(shù)，實(shí)時顯示與設(shè)備運(yùn)行相關(guān)的重要指標(biāo)和參數(shù)，自主學(xué)習(xí)和分析不同數(shù)據(jù)，在智能預(yù)測設(shè)備的作用下及時發(fā)現(xiàn)故障，提前預(yù)警，避免安全事故的發(fā)生。第四，對測量點(diǎn)數(shù)據(jù)分析，測量點(diǎn)的綜合分析，可以自動分析和反映測量點(diǎn)的真實(shí)狀態(tài)，如果在過濾測量點(diǎn)中出現(xiàn)任何的缺陷，無用數(shù)據(jù)會及時發(fā)出故障警告。第五，在設(shè)備故障的基礎(chǔ)上構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫，做好數(shù)據(jù)的采集、分析、分類，以便跟蹤同類設(shè)備故障，及時發(fā)現(xiàn)故障，最終實(shí)現(xiàn)智能執(zhí)行。

5 結(jié)語

總體而言，火力發(fā)電廠在實(shí)現(xiàn)我國現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著重要作用，但煤在燃燒過程中產(chǎn)生的煙霧、二氧化硫和氮氧化物等污染物，會引發(fā)霧霾，破壞空氣質(zhì)量。因此，為了保證我國火電廠的長遠(yuǎn)發(fā)展，需要積極運(yùn)用現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)，有效減少運(yùn)行過程對環(huán)境的污染，實(shí)現(xiàn)環(huán)保的目標(biāo)，提高火電廠企業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最大化，提升企業(yè)市場競爭力。因此，火力發(fā)電廠想要在未來取得更高的成效，就必須更加重視現(xiàn)代環(huán)保技術(shù)，并在企業(yè)發(fā)展中不斷創(chuàng)新技術(shù)，才能推動火力發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展。