現代環保技術在火力發電廠中的設計應用

中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司 石昌標

工業領域的快速發展，極大地提高了人們的生活質量，提升了人們對物質的要求，進一步保證了人們的生活水平，但也是造成環境污染和破壞的主要因素。目前，我國出現了溫室效應、城市霧霾等自然生態系統問題，屬于惡化性問題，需要引起人類的警戒，必須加強管理，改善環境，才能確保社會的可持續發展。隨著社會的高速發展，國家對電力行業生產要求更加嚴格，必須制訂新目標，才能滿足節能環保技術的管理需求，同時，還可以提升電力企業的產品質量和生產效率，使電力行業朝著綠色化、可持續化的方向發展，這也是電力企業發展的必然道路。近年來，部分發電領域在技術方面加快了創新速度，并將環境保護與社會責任結合到一起，為新時代的社會做出杰出貢獻。

1 火電行業的環境影響

火電行業發電在生產過程中，使用的原料主要是煤，煤在燃燒過程中會有許多產物，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，會嚴重污染發電廠周圍的大氣環境，破壞整個生態系統。例如二氧化硫，如果長期暴露在紫外線較強的環境下，會發生反應形成酸霧，水蒸氣會不斷濃縮，最終形成酸雨，這嚴重破壞了附近農田和建筑物的自身結構。又如二氧化碳的排放，會出現溫室效應，造成全球變暖、氣溫升高，嚴重影響了自然環境的生存規律。

此外，火力發電廠在生產過程中，燃煤會產生大量的粉塵、廢物等固體污染物，粉塵很容易破壞附近的空氣質量，影響火電廠工人的身體健康，容易造成嚴重的職業病。燃燒廢料屬于各種有害化學元素，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成分，減少水中有益微生物的數量，使其失去自凈功能，降低居民用水質量。

2 火力發電廠應用環保技術的必要性

2.1 市場多元化要求

加強“雙碳”目標的實施，是我國實現新經濟增長的主要手段。“雙碳”目標不僅可以完善電力生產結構，降低能源浪費，還可以推動結構現代化和綠色化發展，為許多新的能源設施創造了基礎條件。在實施碳中和階段的過程中，需要加強關鍵技術的應用，最大限度地發揮低碳發電和碳捕獲技術的優勢，使其滿足于電廠市場需求，因此，需要加強整個過程的管理，抓住發電企業的機遇，推動電廠企業實現雙碳發展目標。

2.2 生態環境的治理協調

電廠企業在實施“雙碳”目標的過程中，需要做好清潔工作，促進電力行業朝著低碳方向發展，并結合市場需求制訂相關機制，推動電力企業的改革和協調發展[1]。目前，我國電力行業體制加快了改革速度，提升了電力市場總體發展水平，但電力企業在資源分配和環境治理中，系統之間還缺乏一定的協調性，導致電力市場發展與環境保護不能同步進行，嚴重影響到二氧化碳排放的控制目標。因此，為了實現“雙碳”目標，發電廠企業需要加強電力市場和碳市場的整合，協調好能源生產和分配工作，才能滿足生態環境治理要求，推動電廠的可持續發展。

3 火力發電廠運行中存在的問題

3.1 燃煤量消耗嚴重

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

3.2 能源轉換水平有待提高

目前，火力發電廠在生產過程中，自身能源轉換水平相比發達國家較低。近些年，火力發電廠不斷創新，經過環保部門的協助努力，我國在節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，企業用電量也在持續增長，影響了我國能源轉換水平。此外，鍋爐裝置的燃燒效率也會影響能量轉換效率，其主要原因是火力發電廠以超臨界機組發電為主，煤炭消耗量比較大，在機組運行期間電力消耗會不斷增加，從而影響能量轉換水平。

3.3 灰渣排放對環境的污染

火力發電廠在發電過程中，主要原材料煤粉在高溫下燃燒會產生固體廢物。固體廢物的組成成分比較復雜，主要包含：礦物廢物、灰塵、石膏脫硫等。據有關統計，我國火力發電廠在生產過程中，固體廢物排放量比較大，會產生大量的粉塵廢物，嚴重污染大氣環境[2]。大量的固體廢物還會占用大量土地，破壞土地資源。大多數火力發電廠沒有合理利用廢物，無法達到預期的回收效果，雖然許多火力發電廠認識到了該問題，但是為了節省成本，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，對環境造成不可避彌補的破壞，見表1。

表1 火力發電廠廢渣來源以及處理方式

4 現代環保技術在火力發電廠中的設計應用

4.1 注重煤炭的精細化管理

火力發電廠在發電過程中，主要原料是煤炭，但由于企業綜合管理能力差，許多煤炭資源利用率比較低，導致燃燒不徹底，產生大量的廢棄物，對生態環境造成嚴重的污染，如果不加強管理，會影響發電廠的經濟效益。因此，作為火電廠企業需要加強精細化管理，為后續發展工作的順利實施奠定基礎，減少燃燒污染物的排放，實現環境管理的目標。具體而言，火力發電廠要與時俱進，明確當前社會發展需求，積極引進先進技術，根據當地情況不斷完善排污技術，提高煤炭資源利用率，推動發電領域朝著環保方向發展。此外，火力發電廠需要重視燃燒副產物，并加強收集和利用，通過適當的技術有效處理各種副產物，實現副產物的二次利用，實現環境保護的目的，提升電廠企業的經濟效益。

4.2 應用燃煤機組節能減排在線監測系統

發電廠企業在燃煤機組節能減排工作中，為了更好地監測大氣能耗和污染物排放，需要明確火力發電廠典型的工藝原理，積極融入先進的科學技術，如運用網絡通信和計算機技術，建立完善的數據庫，并做好數據采集、存儲和應用，以便對火電廠發電過程中的能耗和環境進行實時監測，從而有效地提高電網生產質量，降低能耗，提升監測效率。因此，節能計劃的實施，不僅可以提高電廠管理質量，還可以促進節能減排效率[3]。該數據采集設備主要收集的是發電廠生產控制區，尤其是分布式控制系統（DCS）和連續在線監測（CEMS）設備的主要運行情況和參數，以及能源消耗和環境保護相關的監測參數。通過將預先隔離的設備傳輸到發電廠的通信服務器來存儲數據。通信服務器使用要求比較高，需要雙熱備用才可以完成數據緩存功能。電網生產管理中需要使用數據采集裝置，目的是收集數據網絡或專線從電站通信服務器接收數據，將數據第一時間反映到信息管理領域，及時保存到數據庫，并對其做好計算、分析和存儲工作。此外，火力發電廠在能源消耗和環境排放管理工作中，除了實時監測外，還需要根據國家節能減排政策，詳細分析客戶整體需求和個性化需求，重新審視企業節能減排在線監測系統的業務需求，實現信息共享，促進電廠朝著節能、環保的方向發展。基于數據的收集、加載和處理，所設計的系統的基本功能結構如圖1所示。

圖1 系統主要功能結構圖

4.3 降低廠用電消耗

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

4.4 應用設備預知維護檢修技術

第一，設備的預測性維護和故障警報。主要集成了多測量點，具有監控功能，可以自動監控每個測量點的具體數值。如果某個測量點長時間超過警告或報警點的時間，則會立即觸發警告或報警，整個過程需要加強自行訓練和計算。第二，設備的預防性維護和故障報警支持測量點故障報警。該系統需要在自動控制作用下完成，需要選擇多組測量點，如果任何一測量點的值不合理，則會立即發出警告。如果觸發報警的功能，測量點的數值在運行過程中，如果變化過大，也會觸發報警[5]。第三，在大量設備中，需要積極采用人工智能和大數據對其進行分析，不斷完善先進技術，實時顯示與設備運行相關的重要指標和參數，自主學習和分析不同數據，在智能預測設備的作用下及時發現故障，提前預警，避免安全事故的發生。第四，對測量點數據分析，測量點的綜合分析，可以自動分析和反映測量點的真實狀態，如果在過濾測量點中出現任何的缺陷，無用數據會及時發出故障警告。第五，在設備故障的基礎上構建強大的數據庫，做好數據的采集、分析、分類，以便跟蹤同類設備故障，及時發現故障，最終實現智能執行。

5 結語

總體而言，火力發電廠在實現我國現代化建設中發揮著重要作用，但煤在燃燒過程中產生的煙霧、二氧化硫和氮氧化物等污染物，會引發霧霾，破壞空氣質量。因此，為了保證我國火電廠的長遠發展，需要積極運用現代環保技術，有效減少運行過程對環境的污染，實現環保的目標，提高火電廠企業的生產質量和效率，確保企業經濟效益最大化，提升企業市場競爭力。因此，火力發電廠想要在未來取得更高的成效，就必須更加重視現代環保技術，并在企業發展中不斷創新技術，才能推動火力發電廠的可持續發展。