大型火電機(jī)組節(jié)能減排技術(shù)研究實(shí)踐及效益探究

張浩

摘 要：在發(fā)電行業(yè)中，我國(guó)很多公司在發(fā)電過程中都存在大型火電機(jī)組耗能高、排放大、工作效率低下等問題，文章主要從對(duì)大型火電機(jī)組的節(jié)能減排技術(shù)進(jìn)行了探討和研究，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

關(guān)鍵詞：大型火電機(jī)組；節(jié)能減排；效益分析

1 概述

鑒于我國(guó)的發(fā)電公司對(duì)環(huán)境所造成的影響和對(duì)發(fā)電資源的利用率以及發(fā)電產(chǎn)出率情況，我國(guó)的火力發(fā)電相關(guān)公司和相關(guān)企業(yè)要從技術(shù)方面不斷提高、不斷進(jìn)行改良，才能使得發(fā)電公司對(duì)我國(guó)電力行業(yè)的貢獻(xiàn)做得更大，對(duì)環(huán)境的影響降低到最小程度。

2 大型火電機(jī)組的相關(guān)節(jié)能減排技術(shù)分析

2.1 我國(guó)當(dāng)下火電機(jī)組在運(yùn)行過程中節(jié)能減排效率低下

我國(guó)大部分火電機(jī)組在發(fā)電過程中所引用的均為直接燃料耗能模式，這種模式不僅使得燃煤的能利用率低下，而且火電機(jī)組設(shè)備也使得排放污染物處理不達(dá)標(biāo)，低于國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

此外，還有小火電機(jī)組問題。發(fā)達(dá)國(guó)家平均供電耗煤為每度300g，而我們中國(guó)平均供電耗煤量為每度400g，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的相差過大，主要原因是部分小火電機(jī)組煤耗量非常巨大，比我國(guó)平均耗煤量都要高出25%左右。因此，我們應(yīng)該嚴(yán)格限制小火電機(jī)組使用頻率，轉(zhuǎn)向效果更好的火電機(jī)組設(shè)備。

2.2 數(shù)學(xué)方法在大型火電機(jī)組技術(shù)方面的應(yīng)用

從一定角度來講，發(fā)電行業(yè)中所需的大型火電機(jī)組發(fā)電原理物理過程與其他事物一樣，具有質(zhì)的方面和量的方面規(guī)定性，是質(zhì)和量的統(tǒng)一，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法對(duì)反映大型火電機(jī)組的工作過程方式及與之相對(duì)應(yīng)物理輸入輸出關(guān)系進(jìn)行量分析，將有助于幫助我們對(duì)大型火電機(jī)組認(rèn)識(shí)的深化和相關(guān)理論與技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。尤其是，數(shù)學(xué)方法要比單純的文章說明、推理更為方便、簡(jiǎn)潔、精確、更具有說服力，大量規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型描述、算式推導(dǎo)，使得發(fā)電行業(yè)的專家對(duì)大型火電機(jī)組的節(jié)能技術(shù)和減少排放方面的表述和分析更加簡(jiǎn)潔、清楚。

在對(duì)大型火電機(jī)組節(jié)能減排技術(shù)研究過程中使用數(shù)學(xué)方法的內(nèi)容之一，便是使用數(shù)學(xué)方法來進(jìn)行表述、研究與論證耗能現(xiàn)象及產(chǎn)出方面的相互聯(lián)系，這是比較可行的科學(xué)研究方法。當(dāng)下物理學(xué)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的研究方法較為常見，尤其是在微觀物理學(xué)中引入博弈論之后，學(xué)術(shù)界對(duì)微觀物理不確定性的分析取得了突破性進(jìn)展。

2.3 大型火電機(jī)組節(jié)能過程自動(dòng)控制分析

自動(dòng)控制過程在我國(guó)的工程行業(yè)，軍事領(lǐng)域和大型建筑科技領(lǐng)域都有非常廣泛應(yīng)用，對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)各個(gè)行業(yè)都發(fā)揮著重要作用。尤其是在發(fā)電行業(yè)中，在我國(guó)大部分發(fā)電公司自動(dòng)控制原理作用更為突出，在大型火電機(jī)組工作過程中，通過自動(dòng)控制環(huán)節(jié)，可以有效解決相關(guān)的系統(tǒng)控制方面的難題，并且可以從源頭使能量資源損耗得到進(jìn)一步的降低，實(shí)現(xiàn)一定程度節(jié)能。其中主要通過反饋環(huán)節(jié)，達(dá)到自動(dòng)控制循環(huán)過程，從而影響大型火電機(jī)組的能量損耗。大型火電機(jī)組工作過程中，主要應(yīng)用閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)大型發(fā)電機(jī)組的耗能方面與污染物排放方面進(jìn)行檢測(cè)、反饋、自動(dòng)修正、達(dá)到最優(yōu)化狀態(tài)等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)大型火電機(jī)組節(jié)能減排自動(dòng)控制閉環(huán)，使得大型火電機(jī)組耗能資源與排放污染物維持在一個(gè)綜合因素最優(yōu)的數(shù)值變化范圍內(nèi)。

在大型火電機(jī)組的耗能裝置周邊安裝檢測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)耗能資源周邊區(qū)域的實(shí)時(shí)能量消耗總量與消耗速率檢測(cè)，通過有線傳送過程，把檢測(cè)到的信號(hào)傳送至控制系統(tǒng)與微機(jī)平臺(tái)，控制系統(tǒng)和預(yù)先計(jì)算好并且設(shè)定好的最優(yōu)化能源參考值進(jìn)行比較，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)數(shù)值不一致時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)通過預(yù)先安裝的調(diào)控裝置，將能源消耗速率進(jìn)行相關(guān)程度調(diào)控操作命令傳送至控制終端，控制終端做出相應(yīng)答復(fù)，并且及時(shí)對(duì)大型火電機(jī)組耗能速率進(jìn)行修正，修正之后，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)消耗能源環(huán)節(jié)檢驗(yàn)反饋環(huán)節(jié)，檢測(cè)裝置再次進(jìn)行大型火電機(jī)組耗能速率檢測(cè)，然后把檢測(cè)的信息送至控制系統(tǒng)里，控制系統(tǒng)再次對(duì)收到溫度信息和系統(tǒng)默認(rèn)值進(jìn)行對(duì)比，這樣周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)對(duì)耗能環(huán)節(jié)自動(dòng)控制環(huán)節(jié)。對(duì)于污染物產(chǎn)出方面，原理大致相同，通過數(shù)學(xué)建模過程對(duì)大型火電機(jī)組污染物產(chǎn)出進(jìn)行模擬計(jì)算，并預(yù)先輸入最優(yōu)狀態(tài)參數(shù)值，自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)出污染物進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并且通過自動(dòng)反饋過程實(shí)現(xiàn)對(duì)大型火電機(jī)組工作狀態(tài)與產(chǎn)出污染物的速率進(jìn)行有效控制，這樣就能夠在一定程度上對(duì)大型火電機(jī)組做到節(jié)能與減排同在。

其中控制系統(tǒng)的輸入量分為給定輸入量和擾動(dòng)輸入量。給定輸入量是自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠工作的唯一動(dòng)力，倘若沒有給定輸入量，系統(tǒng)將會(huì)處于無法工作的狀態(tài)。通常情況下，給定輸入量只有一個(gè)（在大型火電機(jī)組的工作過程中，特指預(yù)先設(shè)定好的相關(guān)參數(shù)值）。但是擾動(dòng)量一般較多，多指對(duì)耗能量、耗能速率、污染物產(chǎn)出速率等檢測(cè)環(huán)節(jié)中的其他無關(guān)變量，比如濕度、溫度、靜電量等等，這些都會(huì)對(duì)相關(guān)檢測(cè)造成一定的誤差。因此，減小擾動(dòng)量存在，能夠在一定程度上消除對(duì)反饋環(huán)節(jié)帶來的不利影響，一個(gè)好的自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)該具備減小擾動(dòng)量的輸入、放大給定量的測(cè)量功能。

2.4 大型火電機(jī)組整體評(píng)價(jià)與效益分析

文中提到大型火電機(jī)組通過使用針對(duì)排放過程中多污染物高效協(xié)同控制技術(shù)，對(duì)發(fā)電行業(yè)中現(xiàn)有的硝化物處理設(shè)備、硫化物處理設(shè)備和除塵設(shè)備進(jìn)行改良，而且增加新一代環(huán)保設(shè)備和領(lǐng)先的環(huán)保技術(shù)對(duì)汞、三氧化硫、二氧化硫、一氧化氮等污染物進(jìn)行更加精確的去除處理，從而使得使電廠的大型火電機(jī)組所排放的粉塵顆粒、二氧化硫、一氧化硫、混合氮氧化物、汞和三氧化硫等污染物質(zhì)低于國(guó)家所規(guī)定的污染物清潔排放標(biāo)準(zhǔn)。

相比國(guó)內(nèi)其他發(fā)電公司，這項(xiàng)基于自動(dòng)控制系統(tǒng)的大型火電機(jī)組更加高效化、低耗能化。在目前來看，本文所說的大型火電機(jī)組工作方法所帶來的經(jīng)濟(jì)效益也將是非常可觀，對(duì)發(fā)電企業(yè)來講，降低了大型火電機(jī)組的耗能成本、污染物處理成本。

3 幾種有效解決節(jié)能減排的技術(shù)措施

（1）機(jī)組升級(jí)參數(shù)：機(jī)組升級(jí)參數(shù)就是通過改善火電機(jī)組的相關(guān)參數(shù)，通過預(yù)設(shè)排放污染物目標(biāo)和燃料損耗比而調(diào)制出最優(yōu)化的數(shù)據(jù)參數(shù)，對(duì)傳統(tǒng)火電機(jī)組進(jìn)行改進(jìn)升級(jí)。通過火電機(jī)組的參數(shù)升級(jí)，可以有效做到節(jié)能減排。據(jù)北京一家資深的研究院的實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，改造后，機(jī)組將出力達(dá)到880MW，增容10%，最大負(fù)荷達(dá)到900MW，供電煤耗下降近40克，預(yù)計(jì)年可節(jié)約標(biāo)煤32.8萬(wàn)噸，折合燃料成本將會(huì)達(dá)到近2億元。

（2）汽輪機(jī)通流部分改造：汽輪機(jī)通流部分改造即在氣體的流動(dòng)環(huán)節(jié)中進(jìn)行相關(guān)處理，通過改變氣體的流速而影響機(jī)組在運(yùn)行過程中的耗能情況和排放污染源的情況。對(duì)于13.5、20萬(wàn)千瓦汽輪機(jī)和2000年前投運(yùn)的30和60萬(wàn)千瓦亞臨界汽輪機(jī)，通流效率低，熱耗高。采用全三維技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)汽輪機(jī)通流部分，采用新型高效葉片和新型汽封技術(shù)改造汽輪機(jī)，節(jié)能提效效果明顯。預(yù)計(jì)可降低供電煤耗10～20g/kWh。

（3）循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行：循環(huán)水系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行是根據(jù)流體力學(xué)與熱交換原理，分析電業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)能量輸配與交換效率，并采用先進(jìn)節(jié)能控制方法結(jié)合智慧閥門技術(shù)、工業(yè)變頻技術(shù)，對(duì)電業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中水泵、閥門與管網(wǎng)、終端熱交換器、冷卻塔等單元進(jìn)行優(yōu)化控制，提高發(fā)電業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)整體能效，達(dá)到綜合節(jié)能目標(biāo)預(yù)計(jì)可以節(jié)省能源在20%-40%以內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過以上對(duì)我國(guó)當(dāng)下火電機(jī)組現(xiàn)狀和效果較為明顯節(jié)能減排技術(shù)研究，并且對(duì)一些較為可行的節(jié)能減排技術(shù)的效果進(jìn)行了預(yù)估，相關(guān)公司和企業(yè)要走的路任重而道遠(yuǎn)，希望發(fā)電行業(yè)能夠?yàn)槲覈?guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和節(jié)能減排事業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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