火電廠鍋爐汽輪機節能環保問題及措施

［摘 要］隨著全球能源需求的不斷增長和環保意識的增強，火電廠鍋爐汽輪機的節能環保問題受到廣泛關注。火電廠作為主要的電力供應來源之一，其能源利用率和污染物排放對環境的影響重大。文章探討了火電廠鍋爐汽輪機節能環保的主要問題，分析了現有的技術和管理措施，提出了進一步改進策略，旨在為火電廠的管理提供參考，推動火電廠向更高效、更環保的方向發展。

［關鍵詞］火電廠；鍋爐汽輪機；節能環保問題及措施

［中圖分類號］TM621.2 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）07–0061–03

1 火電廠鍋爐節能環保問題

鍋爐作為火電廠的核心設備，其燃燒效率和污染物排放直接影響到能源的利用效率和環境質量。

1.1 燃燒效率低的主要表現

（1）燃料燃燒不完全。影響燃料燃燒不完全的因素包括燃料性質、燃燒器設計、燃燒控制系統等。燃料的物理和化學性質對燃燒效率有著直接影響，如煤炭的灰分、揮發分及含硫量等會影響燃燒的完全程度。設計不合理的燃燒器無法充分混合燃料和空氣，會導致燃燒不完全。燃燒控制系統如果不能實時監測和調整燃燒參數，也會導致燃料燃燒不完全。

（2）熱能利用率低。熱能利用率低是指燃燒產生的熱量未能充分利用。鍋爐在燃燒過程中，部分熱量通過煙氣、爐渣等形式流失，導致熱能損失。鍋爐的設計和操作工況對熱能利用率有很大影響，如爐膛的結構設計、受熱面的布置、煙氣的流動路徑等都決定了熱量的傳遞效率。如果鍋爐的受熱面布置不合理，煙氣中的熱量未能充分傳遞到水或蒸汽中，熱能利用率就會降低。此外，鍋爐的操作工況（如燃燒溫度、空氣過剩系數等參數如果控制不當）也會影響熱能利用率。

1.2 污染物排放

鍋爐燃燒效率低會導致污染物排放高，特別是SO2、NOx 及顆粒物。SO2 排放到大氣中會與水蒸氣結合形成硫酸，降落到地面形成酸雨，對水體、土壤及植物造成嚴重破壞。NOx 是形成光化學煙霧和酸雨的重要前體物，對人體健康和環境有嚴重影響。其不僅對呼吸系統有刺激作用，還會導致光化學煙霧，影響大氣能見度和空氣質量。顆粒物是鍋爐燃燒過程中產生的固體微粒，包括飛灰、煙塵等。顆粒物的產生主要與燃料的性質和燃燒過程有關。煤炭燃燒時，煤中的礦物質和未完全燃燒的碳顆粒會形成顆粒物，隨煙氣排放到大氣中。顆粒物不僅對空氣質量有顯著影響，還對人類健康構成威脅。

綜上所述，火電廠鍋爐的節能環保問題主要體現在燃燒效率低和污染物排放高兩個方面。燃燒效率低導致燃料燃燒不完全和熱能利用率低下，造成能源浪費和經濟損失，同時也導致污染物排放高，特別是SO2、NOx 及顆粒物的排放，對環境和健康造成嚴重危害。提高火電廠鍋爐的燃燒效率，減少污染物排放，是實現能源高效利用和環境保護的重要途徑。

2 火電廠汽輪機節能環保問題

（1）熱能轉換效率低。汽輪機的主要作用是將鍋爐產生的高溫高壓蒸汽轉化為機械能，再通過發電機轉化為電能。在這個轉換過程中，熱能的利用效率較低。傳統汽輪機的熱能轉換效率通常在30%～40%，意味著大約60%～70% 的熱能在轉換過程中被浪費掉。這部分未被有效利用的熱能大多以廢熱形式通過冷卻水或煙氣排放到環境中，導致嚴重的能源浪費。熱能轉換效率低的原因多種多樣，包括設計缺陷、材料限制及運行工況不佳等。設計不合理的汽輪機在能量轉換過程中存在大量的熱能損失，尤其是在部分負荷運行時，效率更低。此外，材料的熱物理性能限制了汽輪機在高溫高壓條件下的穩定運行，進而影響了熱能轉換效率。運行工況的波動和不穩定也會導致熱能轉換效率下降，汽輪機在非最佳工況下運行時，熱損失和機械損耗都會增加。

（2）機械損耗。機械損耗主要包括軸承摩擦損耗、密封泄漏損耗及機械振動損耗等。在汽輪機的運行過程中，軸承的摩擦損耗不可避免，盡管現代潤滑技術和高性能軸承材料已經顯著降低了摩擦損耗，但仍然存在一定的能量損失。汽輪機內部的高溫高壓蒸汽如果通過密封不嚴的部位泄漏，將直接降低汽輪機的整體效率。特別是在運行時間較長、設備老化的汽輪機中，密封問題更為突出。機械振動損耗則是由于汽輪機在高速旋轉過程中會產生振動，這些振動不僅會加速機械部件的磨損，還會消耗一部分機械能，進一步降低了汽輪機的效率。此外，汽輪機的設計、制造工藝及運行維護水平也會影響機械損耗。

（3）廢氣排放。廢氣排放主要包括熱排放和蒸汽排放。熱排放是指在汽輪機運行過程中，未能轉化為機械能的熱量以廢熱形式排放到環境中。熱排放不僅浪費了寶貴的能源資源，還對環境產生熱污染，尤其是在火電廠集中地區，大量的熱排放會導致局部溫度上升，影響生態環境和人類生活。在汽輪機運行過程中，部分蒸汽未被完全利用，直接通過排汽系統排放到大氣中。蒸汽排放不僅浪費了大量的潛熱和顯熱，還可能攜帶有害物質，對大氣環境造成污染。蒸汽排放的主要原因包括蒸汽分配不均、流動阻力大等，這些問題導致蒸汽在通過汽輪機時未能充分做功，部分蒸汽未被利用就直接排放出去。此外，汽輪機的啟停過程中也會產生大量的蒸汽排放，特別是在頻繁啟停的工況下，蒸汽排放問題更為嚴重。

綜上所述，火電廠汽輪機的節能環保問題主要體現在熱能轉換效率低、機械損耗大及廢氣排放等方面。這些問題不僅影響了汽輪機的運行效率和經濟性，還對環境造成了嚴重的負面影響。提高汽輪機的效率，減少機械損耗和廢氣排放，是實現火電廠節能環保目標的關鍵。

3 火電廠鍋爐汽輪機節能環保技術及措施

（1）鍋爐燃燒優化技術。其主要通過調整燃燒器的布置、空氣供給方式及燃燒控制系統等手段，確保燃料在最佳狀態下燃燒。通過使用低氮燃燒器和分級燃燒技術，可以有效減少NOx 的生成。此外，燃燒優化還包括精確控制燃燒溫度和空氣過剩系數，確保燃料完全燃燒，最大限度地減少未燃燒的碳氫化合物和CO 排放。

（2）余熱回收利用。余熱回收系統通過回收鍋爐排煙中的熱量，將其用于預熱鍋爐給水或空氣，減少鍋爐的燃料消耗。例如，采用空氣預熱器和給水預熱器，可以顯著提高鍋爐的熱效率，降低燃料消耗。余熱回收不僅提高了能源利用率，還減少了溫室氣體和污染物的排放，對環境保護具有積極意義。

（3）污染物處理技術。該技術包括以下方面：①脫硫技術。用于去除煙氣中的SO2，是防治酸雨和大氣污染的重要措施。常見的脫硫技術包括濕法脫硫、干法脫硫及半干法脫硫。濕法脫硫利用堿性溶液吸收煙氣中的SO2，脫硫效率高，但會產生大量的脫硫廢水。干法脫硫和半干法脫硫則通過固體吸附劑吸附SO2，雖然脫硫效率相對較低，但廢水處理問題較少。②脫硝技術。主要用于去除煙氣中的NOx。常見的脫硝技術有SCR（選擇性催化還原）和SNCR（選擇性非催化還原）。SCR 技術在催化劑作用下，將NOx還原為無害的氮氣和水，脫硝效率高，但成本較高。SNCR 技術通過向高溫煙氣中噴射還原劑，將NOx 還原為N2和水，脫硝效率較低，但投資成本較低。

（4）顆粒物捕集技術。用于去除煙氣中的固體顆粒物，常用的技術有電除塵器和袋式除塵器。電除塵器通過電場使顆粒物帶電，并將其捕集到電極上，除塵效率高，但對微小顆粒物的捕集效果較差。袋式除塵器通過過濾袋捕集顆粒物，除塵效率高，但需要定期更換過濾袋。

（5）高效汽輪機設計是提高熱能轉換效率的關鍵。現代高效汽輪機采用先進的設計和制造技術，如超超臨界汽輪機和聯合循環汽輪機。超超臨界汽輪機通過提高蒸汽溫度和壓力使汽輪機的熱效率接近熱力學極限，顯著提高了熱能利用率。聯合循環汽輪機將燃氣輪機和蒸汽輪機組合在一起，利用燃氣輪機的廢熱驅動蒸汽輪機發電，實現能源的梯級利用，大幅提高了發電效率。

（6）熱力循環優化也是提高汽輪機效率的重要手段。通過優化熱力循環（如采用再熱循環和回熱循環）可以有效提高汽輪機的熱效率。再熱循環通過在汽輪機中途對蒸汽進行再加熱，提高了蒸汽的焓值，增加了汽輪機的做功能力。回熱循環則通過回收汽輪機排汽中的熱量，預熱鍋爐給水，減少了鍋爐的燃料消耗，進一步提高了系統的熱效率。

（7）廢氣處理措施是減少火電廠環境污染的重要手段。余熱回收系統通過回收鍋爐和汽輪機排放的余熱，將其用于供暖、制冷或發電，既提高了能源利用率，又減少了廢熱排放。例如，煙氣余熱回收系統可以將鍋爐排煙中的熱量回收，用于預熱鍋爐給水或空氣，降低燃料消耗，減少煙氣中的污染物排放。

（8）冷凝器效率提升是提高汽輪機效率和減少熱排放的重要措施。冷凝器是汽輪機的重要組成部分，其作用是將汽輪機排汽冷凝成水，回收熱量，提高系統的熱效率。通過優化冷凝器的設計和運行（如采用高效冷凝器和優化冷卻水系統）可以顯著提高冷凝器的熱交換效率，減少熱損失，降低汽輪機的背壓，提高汽輪機的熱效率。

綜上所述，火電廠鍋爐和汽輪機的節能環保技術和措施涵蓋了燃燒優化、余熱回收、污染物處理、高效設計、熱力循環優化及廢氣處理等多方面。通過綜合應用這些技術和措施，可以顯著提高火電廠的能源利用率，減少污染物排放，改善環境質量。

4 結束語

火電廠鍋爐汽輪機的節能環保問題是一個復雜而重要的課題，涉及多個層面。通過優化燃燒過程、提高設備效率、加強廢氣處理等措施，可以顯著降低火電廠的能耗和污染物排放。然而，要實現這一目標不僅需要技術上的突破，還需全行業的共同努力和政策的有力支持。未來，火電廠應進一步加強技術創新和管理優化，積極引進先進的節能環保技術，推動綠色電力的發展，實現火電廠的節能減排目標，為建設美麗中國貢獻力量。

參考文獻

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