火力发电厂锅炉节能降碳路径研究

王丽娜

（华电淄博热电有限公司 山东淄博 255054）

引言

随着我国经济的不断发展，节能降碳的意识逐渐深入人心，相关政策也逐渐出台。2017年12月19日，国家发改委宣布在发电行业(含热电联产)率先启动全国碳排放交易体系。在这样的趋势下，火电厂面临减少单位煤耗，降低单位二氧化碳排放的巨大挑战。锅炉系统是火电厂的至关重要的能源转换系统，也是火电厂消耗煤炭排放二氧化碳的主要系统。虽然目前我国锅炉制造技术有了明显提高，但是能量转化率却普遍有待提高。因此，提高锅炉效率，降低单位煤耗，减少单位二氧化碳排放已经成为火电厂刻不容缓的任务。

1 锅炉热损失对碳排放结果的影响

锅炉热损失是指燃料在锅炉中完全燃烧所释放的热量，与被锅炉所利用的热量，即被锅炉受热面吸收后用于生成水蒸气的热量之差。主要包括锅炉排放的烟气带走的热量、炉体散热、机械不完全不燃烧和化学不完全燃烧失去的热量和灰渣带出的热量：

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

式中，q1：有效利用的热量比例，%；

q2：排放烟气损失的热量比例，%；

q3：散热损失的热量比例，%；

q4：机械不完全燃烧损失的热量比例，%；

q5：化学不完全燃烧损失的热量比例，%；

q6：灰渣带走的热量比例，%。

其中，烟气排放和机械不完全燃烧造成的热损失q2和q4是最大的两项，一般来说，工业锅炉排出的烟气温度在200-300摄氏度，排放造成的热损失可以达到送入锅炉总热量的6%。而机械不完全燃烧，随着灰渣或者飞灰离开锅炉，不只会造成热损失，还会加速锅炉受热面积灰结渣，进一步降低锅炉效率。

从二氧化碳排放的角度看，上述各类热量损失中，只有机械不完全燃烧q4会对二氧化碳排放造成显著影响，q5化学不完全燃烧损失主要由燃烧过程产生的CO引起，其含量极低，对二氧化碳排放量影响非常小，因此火电厂煤炭燃烧排放的二氧化碳等于初始燃煤完全燃烧产生的二氧化碳减去各类灰渣中残存碳元素能产生二氧化碳，即：

其中，W：火电厂煤炭燃烧产生的二氧化碳，t；

Wcoal：初始燃煤量，t；

Car：收到基加权平均含碳量，%；

A：锅炉中各类灰渣总量，t；

C：灰渣中碳元素含量，%。

所以，火电厂煤炭燃烧造成的二氧化碳排放又可以表示为：

由上可见，锅炉热损失过大对火电厂燃煤的使用量和二氧化碳的排放量都有不小的负面影响。

2 实现火电厂锅炉节能降碳的可行性措施

2.1 建立火电厂锅炉节能降碳运行的新体系

为了配合节能降碳政策，火电厂应该建立新的节能降碳体系。提高相关技术人员和管理人员素质，以科学合理的方法管理锅炉，建立有效的管理监督机制，从设备正规运营，工人正确操作等多个方面提高锅炉效率，同时降低厂用电率，控制锅炉能源消耗和二氧化碳排放。

2.2 减少排烟热损失

由于灰渣传热系数较小，如果受热面处灰渣积结，受热面的传热效率会大幅降低，锅炉内各部分温度就会升高，因而排出的烟灰温度就会上升。所以，要定期清理锅炉炉壁及受热面，保证热量顺利传递到下一系统。避免因为受热面积灰结渣，阻止热量传递造成炉温升高，从而避免烟灰排出时温度过高的现象。

同时，要控制进入锅炉内的总风量，在保证燃料充足燃烧的前提下，尽量减少炉内空气，从而在根本上减少排烟量。为控制炉内总风量，需要提高锅炉安装和日常检修的质量，减少锅炉漏风量。此外，还需要正确监视分析锅炉的氧量表和风压表，实现合理配风。减少不必要的空气进入锅炉，降低排烟量，减少排烟造成的热损失。

2.3 减少机械不完全燃烧热损失

为减少机械不完全燃烧造成的热损失，首先要合理调整喷入锅炉的煤粉细度。一般来说，煤粉越细，越有利于燃烧，燃烧后剩余的可燃烧物越少。但是，偏细的煤粉燃烧后更有可能在锅炉受热面上积灰成渣，降低传热效率，造成锅炉内部温度过高，同时，也会使用细煤粉也会增大制粉过程中的能源消耗。如果使用粗煤粉，则更有可能造成不完全燃烧。因此，要综合考虑各方面因素，选择较细的煤粉喷入锅炉。

同时，也要注意提高煤炭质量，使用高质量的煤，降低机械不完全燃烧热损失。煤炭质量越低，煤炭中灰分越多，造成的机械不完全燃烧热损失就越大，如表1所示。

表1 不同锅炉及燃料种类下的机械不完全燃烧损失

灰分会阻碍煤炭中的有效物质与氧气接触，使有效物质不宜完全燃烧，影响锅炉热效率。此外，灰质也会积压粘附在锅炉壁和受热面上，影响锅炉效率。而低质量煤炭水分含量也更高，使煤炭更难着火，不利于燃烧，也会降低锅炉内温度。另一方面，水蒸气增大了锅炉排出烟灰的体积，带出更多的热量。

2.4 降低电厂汽水损失率

火电厂中水蒸气和凝结水的损失，主要包括阀门泄漏、管道泄漏、疏水、排汽等损失，称为汽水损失。汽水损失率是火电厂重要的技术经济指标，其计算公式如下：

汽水损失量=锅炉补充水量-对外供汽量（1）

电厂汽水损失率 =电厂汽水损失量/电厂锅炉蒸汽流量*100%（2）

为降低电厂汽水损失率，电厂应该加强设备检修，检查日常运行中，疏水门、排污门等有无泄漏；提高锅炉供水品质，降低排污率；加强对锅炉中水位、气压、温度等的监控，出现问题及时处理，减少不必要的汽水损失，提高锅炉热效率，减少二氧化碳排放和燃煤使用量。

结语

锅炉节能降碳对火电厂，乃至全社会的可持续发展都有重要意义。火电厂一定要加强节能降碳环保意识，充分利用科学合理的方法减少锅炉煤耗和二氧化碳排放，实现火电厂低能耗、低排放的可持续发展之路。