现代环保技术在火力发电厂中的设计应用

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司 石昌标

工业领域的快速发展，极大地提高了人们的生活质量，提升了人们对物质的要求，进一步保证了人们的生活水平，但也是造成环境污染和破坏的主要因素。目前，我国出现了温室效应、城市雾霾等自然生态系统问题，属于恶化性问题，需要引起人类的警戒，必须加强管理，改善环境，才能确保社会的可持续发展。随着社会的高速发展，国家对电力行业生产要求更加严格，必须制订新目标，才能满足节能环保技术的管理需求，同时，还可以提升电力企业的产品质量和生产效率，使电力行业朝着绿色化、可持续化的方向发展，这也是电力企业发展的必然道路。近年来，部分发电领域在技术方面加快了创新速度，并将环境保护与社会责任结合到一起，为新时代的社会做出杰出贡献。

1 火电行业的环境影响

火电行业发电在生产过程中，使用的原料主要是煤，煤在燃烧过程中会有许多产物，如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化合物等，这些都属于有毒、有害气体，会严重污染发电厂周围的大气环境，破坏整个生态系统。例如二氧化硫，如果长期暴露在紫外线较强的环境下，会发生反应形成酸雾，水蒸气会不断浓缩，最终形成酸雨，这严重破坏了附近农田和建筑物的自身结构。又如二氧化碳的排放，会出现温室效应，造成全球变暖、气温升高，严重影响了自然环境的生存规律。

此外，火力发电厂在生产过程中，燃煤会产生大量的粉尘、废物等固体污染物，粉尘很容易破坏附近的空气质量，影响火电厂工人的身体健康，容易造成严重的职业病。燃烧废料属于各种有害化学元素，其中砷、氟等元素比较常见，如果未及时处理燃烧废弃物，将其直接排放到水中，会破坏水体自身的营养成分，减少水中有益微生物的数量，使其失去自净功能，降低居民用水质量。

2 火力发电厂应用环保技术的必要性

2.1 市场多元化要求

加强“双碳”目标的实施，是我国实现新经济增长的主要手段。“双碳”目标不仅可以完善电力生产结构，降低能源浪费，还可以推动结构现代化和绿色化发展，为许多新的能源设施创造了基础条件。在实施碳中和阶段的过程中，需要加强关键技术的应用，最大限度地发挥低碳发电和碳捕获技术的优势，使其满足于电厂市场需求，因此，需要加强整个过程的管理，抓住发电企业的机遇，推动电厂企业实现双碳发展目标。

2.2 生态环境的治理协调

电厂企业在实施“双碳”目标的过程中，需要做好清洁工作，促进电力行业朝着低碳方向发展，并结合市场需求制订相关机制，推动电力企业的改革和协调发展[1]。目前，我国电力行业体制加快了改革速度，提升了电力市场总体发展水平，但电力企业在资源分配和环境治理中，系统之间还缺乏一定的协调性，导致电力市场发展与环境保护不能同步进行，严重影响到二氧化碳排放的控制目标。因此，为了实现“双碳”目标，发电厂企业需要加强电力市场和碳市场的整合，协调好能源生产和分配工作，才能满足生态环境治理要求，推动电厂的可持续发展。

3 火力发电厂运行中存在的问题

3.1 燃煤量消耗严重

我国能源结构特殊，含有丰富的煤炭资源，但天然气和石油方面比较短缺。由于能源结构采用煤炭作为主要成分，煤炭也成为发电厂的重要能源。火力发电企业在使用煤生产过程中，会产生大量的热量，需要将水转化为蒸汽，在蒸汽涡轮机的作用下，完成热交换和加热，整个过程需要大量的煤原料。此外，发电厂没有制订完善的煤炭管理体系，煤炭质量控制不到位，都会影响煤炭的燃烧效率，从而增加整个生产过程中能源消耗，增加煤炭消耗量。

3.2 能源转换水平有待提高

目前，火力发电厂在生产过程中，自身能源转换水平相比发达国家较低。近些年，火力发电厂不断创新，经过环保部门的协助努力，我国在节能方面取得了重大成果。然而，煤炭消耗量高的问题还未得到解决，企业用电量也在持续增长，影响了我国能源转换水平。此外，锅炉装置的燃烧效率也会影响能量转换效率，其主要原因是火力发电厂以超临界机组发电为主，煤炭消耗量比较大，在机组运行期间电力消耗会不断增加，从而影响能量转换水平。

3.3 灰渣排放对环境的污染

火力发电厂在发电过程中，主要原材料煤粉在高温下燃烧会产生固体废物。固体废物的组成成分比较复杂，主要包含：矿物废物、灰尘、石膏脱硫等。据有关统计，我国火力发电厂在生产过程中，固体废物排放量比较大，会产生大量的粉尘废物，严重污染大气环境[2]。大量的固体废物还会占用大量土地，破坏土地资源。大多数火力发电厂没有合理利用废物，无法达到预期的回收效果，虽然许多火力发电厂认识到了该问题，但是为了节省成本，选择掩埋方式处理，占用了大量的土地空间，加剧了破坏土地资源的速度，对环境造成不可避弥补的破坏，见表1。

表1 火力发电厂废渣来源以及处理方式

4 现代环保技术在火力发电厂中的设计应用

4.1 注重煤炭的精细化管理

火力发电厂在发电过程中，主要原料是煤炭，但由于企业综合管理能力差，许多煤炭资源利用率比较低，导致燃烧不彻底，产生大量的废弃物，对生态环境造成严重的污染，如果不加强管理，会影响发电厂的经济效益。因此，作为火电厂企业需要加强精细化管理，为后续发展工作的顺利实施奠定基础，减少燃烧污染物的排放，实现环境管理的目标。具体而言，火力发电厂要与时俱进，明确当前社会发展需求，积极引进先进技术，根据当地情况不断完善排污技术，提高煤炭资源利用率，推动发电领域朝着环保方向发展。此外，火力发电厂需要重视燃烧副产物，并加强收集和利用，通过适当的技术有效处理各种副产物，实现副产物的二次利用，实现环境保护的目的，提升电厂企业的经济效益。

4.2 应用燃煤机组节能减排在线监测系统

发电厂企业在燃煤机组节能减排工作中，为了更好地监测大气能耗和污染物排放，需要明确火力发电厂典型的工艺原理，积极融入先进的科学技术，如运用网络通信和计算机技术，建立完善的数据库，并做好数据采集、存储和应用，以便对火电厂发电过程中的能耗和环境进行实时监测，从而有效地提高电网生产质量，降低能耗，提升监测效率。因此，节能计划的实施，不仅可以提高电厂管理质量，还可以促进节能减排效率[3]。该数据采集设备主要收集的是发电厂生产控制区，尤其是分布式控制系统（DCS）和连续在线监测（CEMS）设备的主要运行情况和参数，以及能源消耗和环境保护相关的监测参数。通过将预先隔离的设备传输到发电厂的通信服务器来存储数据。通信服务器使用要求比较高，需要双热备用才可以完成数据缓存功能。电网生产管理中需要使用数据采集装置，目的是收集数据网络或专线从电站通信服务器接收数据，将数据第一时间反映到信息管理领域，及时保存到数据库，并对其做好计算、分析和存储工作。此外，火力发电厂在能源消耗和环境排放管理工作中，除了实时监测外，还需要根据国家节能减排政策，详细分析客户整体需求和个性化需求，重新审视企业节能减排在线监测系统的业务需求，实现信息共享，促进电厂朝着节能、环保的方向发展。基于数据的收集、加载和处理，所设计的系统的基本功能结构如图1所示。

图1 系统主要功能结构图

4.3 降低厂用电消耗

火电厂在集中控制过程中，需要借助辅助设备来完成，辅助设备运行如果控制不合理，不仅会增加能耗，还会消耗一定的能量。因此，加强辅助设备运行管理，是降低能耗的主要手段，也是实现节能减排的关键，如变频设备的应用可以节省大量的电力，将冷却水泵和风扇等辅助设备转换为变电设备，可以更好地节省电量，降低能量消耗[4]。照明设备应尽可能使用语音或灯光控制系统，目的是减少照明工作的时间，降低电能消耗。在实践中，有的工厂为了降低电能消耗，采用太阳能技术，在照明充足的工厂建筑顶部安装太阳能光伏发电设施，收集大量的太阳能，以便代替电力作为工厂的照明系统供电。此外，从实际运行情况来看，集中控制系统会防止机组负荷停止，确保辅助装置的正常运行，减少设备在运行过程中的电流损耗。

4.4 应用设备预知维护检修技术

第一，设备的预测性维护和故障警报。主要集成了多测量点，具有监控功能，可以自动监控每个测量点的具体数值。如果某个测量点长时间超过警告或报警点的时间，则会立即触发警告或报警，整个过程需要加强自行训练和计算。第二，设备的预防性维护和故障报警支持测量点故障报警。该系统需要在自动控制作用下完成，需要选择多组测量点，如果任何一测量点的值不合理，则会立即发出警告。如果触发报警的功能，测量点的数值在运行过程中，如果变化过大，也会触发报警[5]。第三，在大量设备中，需要积极采用人工智能和大数据对其进行分析，不断完善先进技术，实时显示与设备运行相关的重要指标和参数，自主学习和分析不同数据，在智能预测设备的作用下及时发现故障，提前预警，避免安全事故的发生。第四，对测量点数据分析，测量点的综合分析，可以自动分析和反映测量点的真实状态，如果在过滤测量点中出现任何的缺陷，无用数据会及时发出故障警告。第五，在设备故障的基础上构建强大的数据库，做好数据的采集、分析、分类，以便跟踪同类设备故障，及时发现故障，最终实现智能执行。

5 结语

总体而言，火力发电厂在实现我国现代化建设中发挥着重要作用，但煤在燃烧过程中产生的烟雾、二氧化硫和氮氧化物等污染物，会引发雾霾，破坏空气质量。因此，为了保证我国火电厂的长远发展，需要积极运用现代环保技术，有效减少运行过程对环境的污染，实现环保的目标，提高火电厂企业的生产质量和效率，确保企业经济效益最大化，提升企业市场竞争力。因此，火力发电厂想要在未来取得更高的成效，就必须更加重视现代环保技术，并在企业发展中不断创新技术，才能推动火力发电厂的可持续发展。