火力發電廠鍋爐節能降碳路徑研究

王麗娜

（華電淄博熱電有限公司 山東淄博 255054）

引言

隨著我國經濟的不斷發展，節能降碳的意識逐漸深入人心，相關政策也逐漸出臺。2017年12月19日，國家發改委宣布在發電行業(含熱電聯產)率先啟動全國碳排放交易體系。在這樣的趨勢下，火電廠面臨減少單位煤耗，降低單位二氧化碳排放的巨大挑戰。鍋爐系統是火電廠的至關重要的能源轉換系統，也是火電廠消耗煤炭排放二氧化碳的主要系統。雖然目前我國鍋爐制造技術有了明顯提高，但是能量轉化率卻普遍有待提高。因此，提高鍋爐效率，降低單位煤耗，減少單位二氧化碳排放已經成為火電廠刻不容緩的任務。

1 鍋爐熱損失對碳排放結果的影響

鍋爐熱損失是指燃料在鍋爐中完全燃燒所釋放的熱量，與被鍋爐所利用的熱量，即被鍋爐受熱面吸收后用于生成水蒸氣的熱量之差。主要包括鍋爐排放的煙氣帶走的熱量、爐體散熱、機械不完全不燃燒和化學不完全燃燒失去的熱量和灰渣帶出的熱量：

100%=q1+q2+q3+q4+q5+q6

式中，q1：有效利用的熱量比例，%；

q2：排放煙氣損失的熱量比例，%；

q3：散熱損失的熱量比例，%；

q4：機械不完全燃燒損失的熱量比例，%；

q5：化學不完全燃燒損失的熱量比例，%；

q6：灰渣帶走的熱量比例，%。

其中，煙氣排放和機械不完全燃燒造成的熱損失q2和q4是最大的兩項，一般來說，工業鍋爐排出的煙氣溫度在200-300攝氏度，排放造成的熱損失可以達到送入鍋爐總熱量的6%。而機械不完全燃燒，隨著灰渣或者飛灰離開鍋爐，不只會造成熱損失，還會加速鍋爐受熱面積灰結渣，進一步降低鍋爐效率。

從二氧化碳排放的角度看，上述各類熱量損失中，只有機械不完全燃燒q4會對二氧化碳排放造成顯著影響，q5化學不完全燃燒損失主要由燃燒過程產生的CO引起，其含量極低，對二氧化碳排放量影響非常小，因此火電廠煤炭燃燒排放的二氧化碳等于初始燃煤完全燃燒產生的二氧化碳減去各類灰渣中殘存碳元素能產生二氧化碳，即：

其中，W：火電廠煤炭燃燒產生的二氧化碳，t；

Wcoal：初始燃煤量，t；

Car：收到基加權平均含碳量，%；

A：鍋爐中各類灰渣總量，t；

C：灰渣中碳元素含量，%。

所以，火電廠煤炭燃燒造成的二氧化碳排放又可以表示為：

由上可見，鍋爐熱損失過大對火電廠燃煤的使用量和二氧化碳的排放量都有不小的負面影響。

2 實現火電廠鍋爐節能降碳的可行性措施

2.1 建立火電廠鍋爐節能降碳運行的新體系

為了配合節能降碳政策，火電廠應該建立新的節能降碳體系。提高相關技術人員和管理人員素質，以科學合理的方法管理鍋爐，建立有效的管理監督機制，從設備正規運營，工人正確操作等多個方面提高鍋爐效率，同時降低廠用電率，控制鍋爐能源消耗和二氧化碳排放。

2.2 減少排煙熱損失

由于灰渣傳熱系數較小，如果受熱面處灰渣積結，受熱面的傳熱效率會大幅降低，鍋爐內各部分溫度就會升高，因而排出的煙灰溫度就會上升。所以，要定期清理鍋爐爐壁及受熱面，保證熱量順利傳遞到下一系統。避免因為受熱面積灰結渣，阻止熱量傳遞造成爐溫升高，從而避免煙灰排出時溫度過高的現象。

同時，要控制進入鍋爐內的總風量，在保證燃料充足燃燒的前提下，盡量減少爐內空氣，從而在根本上減少排煙量。為控制爐內總風量，需要提高鍋爐安裝和日常檢修的質量，減少鍋爐漏風量。此外，還需要正確監視分析鍋爐的氧量表和風壓表，實現合理配風。減少不必要的空氣進入鍋爐，降低排煙量，減少排煙造成的熱損失。

2.3 減少機械不完全燃燒熱損失

為減少機械不完全燃燒造成的熱損失，首先要合理調整噴入鍋爐的煤粉細度。一般來說，煤粉越細，越有利于燃燒，燃燒后剩余的可燃燒物越少。但是，偏細的煤粉燃燒后更有可能在鍋爐受熱面上積灰成渣，降低傳熱效率，造成鍋爐內部溫度過高，同時，也會使用細煤粉也會增大制粉過程中的能源消耗。如果使用粗煤粉，則更有可能造成不完全燃燒。因此，要綜合考慮各方面因素，選擇較細的煤粉噴入鍋爐。

同時，也要注意提高煤炭質量，使用高質量的煤，降低機械不完全燃燒熱損失。煤炭質量越低，煤炭中灰分越多，造成的機械不完全燃燒熱損失就越大，如表1所示。

表1 不同鍋爐及燃料種類下的機械不完全燃燒損失

灰分會阻礙煤炭中的有效物質與氧氣接觸，使有效物質不宜完全燃燒，影響鍋爐熱效率。此外，灰質也會積壓粘附在鍋爐壁和受熱面上，影響鍋爐效率。而低質量煤炭水分含量也更高，使煤炭更難著火，不利于燃燒，也會降低鍋爐內溫度。另一方面，水蒸氣增大了鍋爐排出煙灰的體積，帶出更多的熱量。

2.4 降低電廠汽水損失率

火電廠中水蒸氣和凝結水的損失，主要包括閥門泄漏、管道泄漏、疏水、排汽等損失，稱為汽水損失。汽水損失率是火電廠重要的技術經濟指標，其計算公式如下：

汽水損失量=鍋爐補充水量-對外供汽量（1）

電廠汽水損失率 =電廠汽水損失量/電廠鍋爐蒸汽流量*100%（2）

為降低電廠汽水損失率，電廠應該加強設備檢修，檢查日常運行中，疏水門、排污門等有無泄漏；提高鍋爐供水品質，降低排污率；加強對鍋爐中水位、氣壓、溫度等的監控，出現問題及時處理，減少不必要的汽水損失，提高鍋爐熱效率，減少二氧化碳排放和燃煤使用量。

結語

鍋爐節能降碳對火電廠，乃至全社會的可持續發展都有重要意義。火電廠一定要加強節能降碳環保意識，充分利用科學合理的方法減少鍋爐煤耗和二氧化碳排放，實現火電廠低能耗、低排放的可持續發展之路。