火電廠發(fā)電系統(tǒng)的能耗與污染控制

沈 婷 張志才

（內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司）

0 引言

煤炭、石油、天然氣等資源的使用讓火電廠可以火力發(fā)電，同時(shí)火電廠火力發(fā)電是我國(guó)電力系統(tǒng)中基礎(chǔ)組成部分?；鹆Πl(fā)電給能源和環(huán)境帶來(lái)壓力，每日水量需要高達(dá)十萬(wàn)噸，每年需要原煤能源五千萬(wàn)噸才能維持一座1000MW的火電廠，并且煤耗由于城市化的建設(shè)還在不斷上升。SO2、NOX在煤炭燃燒中不斷產(chǎn)生加劇酸雨的含量，人們的生活受到火電廠周?chē)鷱U料粉塵的污染，所以我國(guó)已經(jīng)把火力發(fā)電的污染排放歸納到重點(diǎn)污染的產(chǎn)業(yè)中。為提高發(fā)電能力、減少能源的損耗、減少污染必須探討出全面的火力發(fā)電機(jī)組能耗監(jiān)控系統(tǒng)。

1 對(duì)火電廠發(fā)電系統(tǒng)的能耗進(jìn)行解析

掌握火電廠發(fā)電系統(tǒng)的組成和過(guò)程才能知道火電廠發(fā)電系統(tǒng)的能耗分布。根據(jù)燃煤發(fā)電系統(tǒng)得出組成部分主要有燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)和煙氣凈化系統(tǒng)，而鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)和脫硫脫硝裝置等是主要的生產(chǎn)設(shè)備。先將燃燒系統(tǒng)的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，再在汽水系統(tǒng)中將高溫高壓氣體的熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，最后在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)化為電能，這是火力發(fā)電廠在發(fā)電時(shí)主要能源的轉(zhuǎn)化過(guò)程。熱損失、機(jī)械損失和污染物的控制是主要能源轉(zhuǎn)化過(guò)程中火電廠發(fā)電系統(tǒng)的能耗。熱損失、排煙熱損失、機(jī)械不完全燃燒熱損失、散熱損失、灰渣物理熱損失等存在于以鍋爐為主體的燃燒系統(tǒng)中，這些損失影響著發(fā)電效率。嚴(yán)重的能耗損失還包括汽輪機(jī)部分中的噴嘴損失、動(dòng)葉損失、余速損失、葉高損失、扇形損失、葉輪摩擦損失、部分進(jìn)氣損失、漏氣損失和濕氣損失。汽水管道中的局部損失與沿程損失也造成嚴(yán)重的能源損耗。污染物的控制是火力發(fā)電過(guò)程中能耗的支體，為響應(yīng)環(huán)保的要求，發(fā)電過(guò)程中產(chǎn)生的硫化物、NOX與固體廢渣等污染物在經(jīng)過(guò)凈化后才可以排放，因此需在發(fā)電系統(tǒng)末端配置脫硫脫硝系統(tǒng)與廢渣處理系統(tǒng)，而生產(chǎn)的成本和能耗由于系統(tǒng)的配置不斷增加。

2 火電廠發(fā)電系統(tǒng)的污染物和控制工序

火電廠污染物由固體、液體、氣體和噪聲等組成。其中煤電廠排放的粉塵是固體污染物的代表。據(jù)統(tǒng)計(jì)在我國(guó)火電廠產(chǎn)業(yè)中粉塵每年的排放量約達(dá)600萬(wàn)噸，由此可以看出危害之大。塵粒污染環(huán)境程度大，并與二氧化硫、氧化氮等多種污染環(huán)境氣體結(jié)合，給環(huán)境帶來(lái)很大的壓力?；以?、煤燃燒后殘留的灰渣、經(jīng)文丘里除塵器和布袋或者靜電除塵器收集下來(lái)的粉煤灰，都是電煤燃燒后的固體污染物，由二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂與部分微量元素組成。廢氣污染物主要由CO、NOX與硫化物所組成，而廢氣中存有許多CO，給大氣的溫室效應(yīng)帶來(lái)壓力，有機(jī)硫與無(wú)機(jī)硫存在電煤中使其燃燒會(huì)產(chǎn)生二氧化硫從而讓酸雨形成。沖灰水、除塵水、工業(yè)污水、生活污水、酸堿廢液、熱排水等是火電廠里的主要廢水。流入廢水系統(tǒng)中的一般是除塵水和工業(yè)污水?？傮w來(lái)說(shuō)二氧化碳溫室效應(yīng)、酸雨、粉塵污染、灰渣污染、脫硫石膏固廢、廢水污染都是火電廠對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響。廢氣有效控制、廢水處理達(dá)標(biāo)排放或循環(huán)利用、固廢作為建筑原材料使用是火電廠廢物資源化利用的方向。因此從控制工序上講，我們先要在系統(tǒng)方面構(gòu)建合理的監(jiān)控反饋體系，有效使用DCS系統(tǒng)軟、硬件以及自診斷能力，合理控制提前預(yù)防與軟化故障，將能耗和污染物的排放進(jìn)行嚴(yán)格的把控。之后在脫硫脫硝等減少排放的工序上配套相應(yīng)低耗能的環(huán)保器械，減少對(duì)環(huán)境的污染。

3 火電廠發(fā)展發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能減排的措施

根據(jù)火電廠發(fā)電系統(tǒng)能耗與節(jié)能減排的進(jìn)展，對(duì)火電廠發(fā)電系統(tǒng)節(jié)能減排的發(fā)展提出建議。

1）根據(jù)節(jié)能減排技術(shù)的創(chuàng)新進(jìn)展，減少火電廠的能耗，促進(jìn)廢氣廢水的排放。在技術(shù)方面做好創(chuàng)新提高節(jié)能減排的效率，依靠技術(shù)的不斷發(fā)展從根本上控制發(fā)電過(guò)程中的能耗損失，加強(qiáng)工藝、技術(shù)水平，合理利用污染物，使火電廠能更環(huán)保有效地發(fā)電。

2）要增加生產(chǎn)與管理工作的效率，就必須做好火電廠的籌備。從生產(chǎn)環(huán)節(jié)上來(lái)講，各個(gè)環(huán)節(jié)都要綠色環(huán)保，合理控制增加燃燒煤質(zhì)、提升鍋爐燃燒效率、減少燃燒能量損失、增加汽輪機(jī)和電機(jī)的機(jī)械效率方面的生產(chǎn)能耗，以及建造合理的能耗剖析與控制系統(tǒng)，使能量可以再次使用，減少污染物質(zhì)的排放。

提高火電廠節(jié)能減排的效率，必須進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，調(diào)動(dòng)全體員工參與的積極性。所以要加強(qiáng)節(jié)能減排思想教育建設(shè)，讓節(jié)能減排的觀念灌輸?shù)矫總€(gè)人的意識(shí)中，而且還可以把節(jié)能減排所帶來(lái)的利益分給工作人員，提高激勵(lì)機(jī)制使工作人員的經(jīng)濟(jì)收入不斷提高，從而激發(fā)員工進(jìn)行節(jié)能減排工作的積極性。

4 排放績(jī)效體系和使用

4.1 排放績(jī)效體系

EP是排放績(jī)效（EmissionPerfoemance）的簡(jiǎn)稱，是發(fā)點(diǎn)績(jī)效標(biāo)準(zhǔn)GPS（GeneratingPerformanceStandard）的伸展，代表發(fā)電工廠在單位時(shí)間內(nèi)每發(fā)一度電所排放一種污染物的數(shù)量，表示單位電量中這種污染物的排放力度。排放效績(jī)不在乎發(fā)電機(jī)組所使用的機(jī)組類(lèi)型、生產(chǎn)工藝、燃料特征與排放污染物濃度，它顧及到電力企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、燃燒質(zhì)量、生產(chǎn)效率、污染治理情況和污染排放量等要素，這是穩(wěn)定工業(yè)污染的新體系。所以新體系將公平與效率相結(jié)合為清潔發(fā)電市場(chǎng)、控制污染物排放數(shù)量的市場(chǎng)體系注入活力，且這個(gè)體系擁有可接受與可操作性能。

4.2 排放績(jī)效體系的使用

現(xiàn)今各個(gè)國(guó)家普遍將排放績(jī)效體系運(yùn)用到SO、NI、CO2配額分配與計(jì)劃的總量和交易中。美國(guó)麻省使用排放績(jī)效體系確定了在其地域里NOX生產(chǎn)出的配額分配與NOX排放量的交易制定。瑞典能源產(chǎn)業(yè)使用排放績(jī)效體系確定了NOX的收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，以排污費(fèi)用生產(chǎn)有局限的能源來(lái)代替，提高了清潔能源的發(fā)展效果。

江蘇省環(huán)保局在2002年創(chuàng)辦“使用排放績(jī)效體系穩(wěn)定電力產(chǎn)業(yè)SO2的排放總量和排污權(quán)交易”的活動(dòng)，頒布了《電力行業(yè)二氧化硫排放控制配額分配措施》，江蘇省電力產(chǎn)業(yè)是以排放績(jī)效的方法分配所用二氧化硫。而其他省市也陸續(xù)使用排放效績(jī)的方法進(jìn)行如何分配總量的發(fā)展工作等。國(guó)家環(huán)保局在2007年頒布了《二氧化硫總量分配指導(dǎo)意見(jiàn)》，在“十一五”期間SO2總量得到明顯的控制，這離不開(kāi)電力產(chǎn)業(yè)所使用的排放績(jī)效的方法。

5 根據(jù)能耗與排放績(jī)效的環(huán)保發(fā)電調(diào)度所確定的方法

5.1 思路分析

層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）是指讓決策問(wèn)題的相關(guān)元素進(jìn)行層次劃分，分為目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等，從而制定定性與定量闡述的決策方式。先對(duì)復(fù)雜的決策問(wèn)題的本質(zhì)、影響因素與內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)一步剖析，再使用少許定量信息讓決策在思維過(guò)程方面逐漸數(shù)學(xué)化，使多目標(biāo)、多規(guī)定、無(wú)結(jié)構(gòu)理念的繁雜問(wèn)題得到簡(jiǎn)化，這就是層次分析法的特點(diǎn)。構(gòu)造相符的指標(biāo)體系又稱節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度綜合指標(biāo)方法，將這個(gè)體系分為三個(gè)層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層。確定準(zhǔn)則層、指標(biāo)層各個(gè)指標(biāo)占領(lǐng)一樣重要的地位，而且在界定指標(biāo)層中，下層指標(biāo)推算到上層指標(biāo)權(quán)重的計(jì)算方式是各個(gè)指標(biāo)的影響程度大小的取值范圍，計(jì)算出目標(biāo)層的綜合權(quán)重就是綜合指標(biāo)。

5.2 制定各個(gè)層次的指標(biāo)權(quán)重

指標(biāo)層和推測(cè)層各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重開(kāi)始的值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷、專家回答等方式確定的，對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)影響綜合指標(biāo)的程度進(jìn)行計(jì)算來(lái)劃分等級(jí)得到指標(biāo)的標(biāo)度。1、3、5、7、9或者是1、1／3、1／5、1／7、1／9得出兩種成分中哪種成分更重要，這就是1～9比率標(biāo)度法，從而讓指標(biāo)的重要性可以量化。能耗水平和排放績(jī)效兩項(xiàng)準(zhǔn)則層和四項(xiàng)指標(biāo)層指標(biāo)構(gòu)成節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度的綜合指標(biāo)體系。

對(duì)各層指標(biāo)節(jié)能環(huán)保發(fā)電調(diào)度的影響大小進(jìn)行全面的剖析，能耗水平0.4，排放績(jī)效0.6。能耗水平選取發(fā)電標(biāo)煤耗指標(biāo)（g／kW·h）；發(fā)電機(jī)組排放績(jī)效選取（二氧化硫排放績(jī)效EPSO）、NO是準(zhǔn)則層各指標(biāo)權(quán)重的取值。0.4、0.4、0.2是NOX排放績(jī)效（EP－NO）和煙塵排放績(jī)效（EP煙塵）3個(gè)指標(biāo)（g／kW·h）的權(quán)重值。在指標(biāo)層中四個(gè)指標(biāo)均分成三個(gè)不同的影響程度，本文的相對(duì)重要程度值、權(quán)重取值、影響程度等級(jí)劃分用1、3、5來(lái)表示。

5.3 規(guī)劃火力發(fā)電機(jī)組發(fā)電的調(diào)度

短時(shí)間內(nèi)機(jī)組進(jìn)行的能耗水平根據(jù)設(shè)備生產(chǎn)商提供的機(jī)組能耗參數(shù)排列逐漸以實(shí)測(cè)數(shù)值排列來(lái)代替《辦法》的規(guī)定。省級(jí)環(huán)保局最新測(cè)定的數(shù)值規(guī)定污染物排放水平。根據(jù)由低到高的順序排列規(guī)定以上的模式測(cè)算的發(fā)電調(diào)度綜合指標(biāo)得出發(fā)電序位，這個(gè)發(fā)電序位可以作為火電機(jī)組發(fā)電調(diào)度的參考。

6 結(jié)束語(yǔ)

從不同角度對(duì)火電廠節(jié)能減排工作的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，要同時(shí)滿足優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)、節(jié)約資源、降低熱量的排放。我國(guó)的電力事業(yè)不斷發(fā)展，離不開(kāi)各個(gè)環(huán)節(jié)的相互協(xié)調(diào)，為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)注入了活力。我們可以再次合理構(gòu)造考慮節(jié)能、環(huán)保與經(jīng)濟(jì)三大目標(biāo)的綜合指標(biāo)體系，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)綜合優(yōu)化打下基礎(chǔ)，逐漸完善燃煤電廠煤耗與煙氣的線上監(jiān)控系統(tǒng)，確保準(zhǔn)確測(cè)量不斷更新發(fā)點(diǎn)排序。提高綜合區(qū)域火電發(fā)展與污染控制水平，不斷規(guī)劃各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重和相關(guān)的程度值。