燃煤發電節能技術淺析
燃煤發電過程中常用的節能技術
①IGCC節能技術
發電節能技術IGCC（整體煤氣化聯合循環發電系統）技術具有高效及清潔的特點，能有效減少燃煤發電能耗，在燃煤發電領域中得到了廣泛套用。在套用 IGCC技術的過程中可對含碳燃料，包括重渣油、石油焦、生物質及煤炭等進行氣化處理，經過氣化處理後將會得到可用於發電的合成氣，在發電前需對合成氣進行淨化處理，以確保蒸汽、燃氣可實現聯合循環。IGCC技術的機組設備主要包括兩大部分，第一部分中的設備有煤氣淨化裝置、空分設備及氣化爐等，餘熱鍋爐、燃氣輪機系統及蒸汽輪機系統則屬於另一部分。從 IGCC技術的發電設備製造與系統構成角度來看，該發電技術融合了燃煤發電系統中的多種先進技術，能最佳化集成燃氣輪機循環技術、煤氣淨化工藝、煤氣化工藝及空氣分離工藝等。因此可最佳化整個發電系統的運行狀態，同時可梯級利用燃煤化學能，減少燃煤能耗，具有減少污染物如 、S等排放的優勢，在火電企業中套用不但可有效解決發電效率低下的問題，同時有利於保護環境，符合節能減排的發展要求。
②煤粉爐節能運行技術
煤粉爐是常用的火力發電設備，該設備的燃燒效率較高，因此被許多發電廠引進使用。煤炭質量、煤種波動等外界因素可對煤粉爐運行質量產生影響，在煤炭質量降低時還可能導致設備無法正常運行，進而造成設備燃燒效率降低，這樣就會增加用電量，不利於節能。因此，可根據發電要求對煤粉爐運行狀態進行適當調整或改造鍋爐設計結構，以實現節能運行。以300MW煤粉爐為例，為實現節能運行，則可合理調整送風量、引風量。在調節引風量時需要考慮煤粉爐運行負荷情況，在需增加煤粉爐運行負荷時，應提前加大引風量，以免造成爐膛內部出現正壓，加大引風量之後才能增加燃料量與送風量，以提高燃料利用率及確保煤粉爐實現節能運行。在降低煤粉爐的運行負荷前，先將送風量與燃料量減少，隨後再將引風量減少。在調整煤粉爐送風量時應將氧量作為參考依據，確保送風后煤粉爐中氧量為3%～6%；同時在送風后觀察火焰變化情況，如火焰處於熾白刺眼狀態或暗紅不穩狀態，則表明風量不合理，需及時調整送風量。在煤粉爐改造方面，首先可最佳化選擇煤粉爐的型號，在發電時採用性能相對穩定，燃燒效率較高的W型火焰爐或R型火焰爐，同時採用反向切圓、反吹風等方法最佳化射流配置，或將煙氣回流裝置安裝在燃燒器出口處等，確保煤粉在局部富集，並在燃燒過程中充分利用火熱。此外，可通過改造煤粉爐輔助設備，如磨煤機等確保煤粉爐實現節能運行。
燃煤發電節能技術的套用
以青海華電大通發電有限公司中的燃煤發電機組為例，深入分析節能技術的套用情況。該公司中的1號發電機組與2號發電機組煤粉爐存在粉管積粉及堵管問題，且爐渣含碳量較高，不但會對機組安全運行構成威脅，還會導致煤粉化學能利用率降低，不利於實現節能。對煤粉爐進行檢修後發現其輔助設備磨煤機中的分離器存在設計缺陷，因此為使煤粉爐實現節能運行，決定適當改造及最佳化分離器的設計形式。該公司採用的鍋爐為懸吊式、單爐膛及平衡通風亞臨界汽包爐，機組容量為 2×300 MW。煤粉爐中配備的磨煤機為BBD 4054型，共為 6 台，分離器共為 6 台。分離器的直徑為 290 cm，出口溫度為70 ℃，入口溫度為 330 ℃，出口風壓為 2.8kPa，入口風壓為 9.2kPa，總風壓為 12.4kPa，一次風溫為70 ℃，一次風速為 24m/s。磨煤機的電機型號為YTM710- 6，額定出力為54t/h，額定電流為163A，額定電壓為6000V，額定功率為1300kW，煤粉細度在18%～20%之間。
①分離器存在的問題
由於分離器與磨煤機不屬於同一生產廠家的產品，在使用過程中難以實現配套，主要表現為分離器實際容積過大，利用率偏低，且在工作過程中需克服較大阻力，在燃煤雜質含量較大時，分離器極容易發生堵塞問題，且分離煤粉效果不理想。同時需增大磨煤機負荷才能有效分離煤粉，造成能耗量增加 。另一方面，分離器在回粉過程中入口氣流可將簾板吹起，造成含塵氣流進入到簾板下部內椎體中，內椎體中煤粉無法得到有效分離，直接進入到風管道當中，因此爐膛中煤粉均勻性就會受到影響，粗大顆粒煤粉比例增加，造成燃燒效率明顯降低。
②分離器的節能改造
1）需對分離器進行合理選型。合理選擇分離器的目的在於有效調節煤粉細度，降低循環倍率、減少分離後粗大顆粒所占比例，進而提高燃燒效率與實現節能 。由於磨煤機的風量為 80 t/h，風煤比為1.4，出力為 55t，出口溫度為70℃，因此將分離器煤粉細度調整為15%，選擇直徑為310cm的分離器。
2）選擇好與磨煤機運行工況相符合的分離器後，採用以下方法進行安裝：在粉管入口與磨煤機的出口之間安裝好分離器，同時適當增加擋板角度，以便加快分離器流速；根據煤粉爐運行需要適當增加回粉管直徑，以避免回粉管出現堵塞，還將耐磨性能良好的陶瓷貼上於椎體內側，以增強分離器抗磨損能力，進而起到改善運行工況及節約煤炭能源的作用。
煤炭資源具有不可再生的特點，提高煤炭資源利用率有助於保證能源供應穩定性，同時可減輕使用煤炭能源時產生的大氣污染。在火力發電中需使用大量煤炭，因此要注重套用節能發電技術，包括IGCC節能技術及空冷節能技術。此外，在套用節能技術的過程中重視強化發電節能管理，如在啟動發電機組時應做到連續監督大氣疏水過程，從而降低啟動機組時的能耗。
風力發電節能技術的設計與套用
發電節能技術風能是一種清潔的可再生能源，其蘊量很多，可開發性強。風能很早就被人們開發利用，主要是風車來抽水、磨麵等，現如今人們更關心的是如何用風能進行發電。風的潛能巨大，地球上可利用的風能資源約有 ，約是水力發電的10倍，世界上每年燃煤所獲得能量也不過是風能1a內所提供能量的1/3。因此，全世界都十分重視風力發電，希望能突破原有技術，將風能作為主要發電方式之一，降低能源成本，緩解能源壓力和環境壓力，達到節能減排的效果。
風力技術的發展現狀
隨著科技的深入發展，風力發電技術得到了很大提高，就中國現狀而言，風力發電的規模正逐漸擴大，風力發電這一方式在整個發電行業中占有的比例也越來越大。風力發電技術的增強使得風力發電技術中的單機容量不斷增多，整個行業正往穩定化和商業化方向轉變。雖然風力發電的成本較高，但是在正常運行中所需的運營費和維修費卻很少。風力中海風具有很強的穩定性和低干擾性，風速較快，在風力發電中占有重要地位。
在中國風力發電形勢一片大好，但還有些關鍵性問題需改進。在中國風力資源的分布中，能廣泛運用風能的地區集中在東南沿海和西北部地區，這些地區由於風力較強，風力發電企業分布密集，技術也比較成熟，企業聚集風力發電，可能會產生過剩或窩電現象。此外，隨著風力行業的不斷發展，技術方面的建設顯得越來越重要。中國的機械零件發展迅速，但在核心部件上發展卻不理想，風力發電的產業鏈不夠完善，沒有專門的整機設計，在運輸、維護、諮詢和監測等多個方面沒有系統的體系，管理工作也做得不夠到位，這些都阻礙了風力發電行業的發展。由於核心技術的不完善，加上風力技術研究推廣時間較短，在風能發電機組上還存在著一些不足，安全性能不高，尤其是在併網和運輸方面。機組事故發生多在裝機階段，這是由於對各個環節沒有足夠重視造成的，給風力發電的可靠性和安全性產生了很大影響。
風力發電常用的併網方式
常用的風力發電併網方式有直接併網方式、準同期併網方式、降壓併網方式、雙饋異步發電機組併網技術、同步發電機的併網技術等。
a) 直接併網方式要求發電機與電網程式相同，異步發電機轉速達到同步發電機的90% 以上就可由測速設備輸出發電自動併網信號，空氣開關合閘時實現自動併網；
b) 準同期併網方式是當其轉速與同步轉速接近時，利用電容實現額定電壓的建立，對發電機的頻率和電壓進行校正實現系統同步；
c) 降壓併網方式需在發電機和電網之間實現串聯電阻、變壓器、電抗器等，降低併網運行時對電流的衝擊，減低電壓下降速度；
d) 雙饋異步發電機組併網技術利用變頻器輸出交流勵磁，讓發電機與電網之間連線，再根據電網電流、電壓金額發電機轉速來調節勵磁電流，對發電機的電壓進行準確控制，以此實現併網；
e) 同步發電機的併網技術可對勵磁電流進行控制調節功率因數，同步發電機的併網技術主要包括準同步併網、自同步併網和變頻器併網三種方式，這種技術套用日益廣泛。
中國風力發電的影響因素
中國風力發電的影響因素很多，畢竟中國的風力發電發展時間較短，在風電研究、風電設備生產、風電管理和風電發展規劃方面還有所欠缺，沒有形成一個專門的產業鏈。更嚴重的是，中國風機零部件供應商少，缺乏專業生產風機零部件的廠商，風力發電作為一個產業要得到進一步發展，就要實現集約化和專業化，降低成本，促進風電事業發展。
隨著風電場規模的擴大，風電輸出的不穩定性對電網的功率衝擊效應會加大，嚴重的會使系統失去動態穩定性而導致整個系統癱瘓，對此要進行合理規劃建設。中國的風力開發強度仍然不夠，在沿海地區，有著豐富風能，但是具體開發利用的也就只有幾處，且大多規模不大。中國需加強對風力發達地區的開發力度，加大科技投資力量和設備資金投資，大力開發這些具有潛能的地區，不斷促進中國對新能源的利用率，促進環境和經濟的可持續發展進度。
對風力發電來說，最重要的資源就是風能，風能豐富的地區就是風力發電業需求旺盛的地區，地域性的風力資源是制約地域風電產業發展的重要因素。除此之外，公眾的環保意識也很重要，是影響到風力發電的一個重要因素。歐美國家的風力發電技術之所以先進，最主要的原因是國家相關部門和民眾對環境保護意識的增強，他們的公共環保意識促進其不斷開發新技術來鼓勵新能源的發展，在這一點上，中國需向歐美國家學習，加強自身和民眾的公共環保意識。
風力發電節能技術的設計
①系統總體設計風能是一種清潔且安全的能源，在自然界中可得到不斷補充，但其穩定性不強，因此就要求風力發電機組無功補償控制技術對風力發電機組進行系統動態無功補償，高效利用風能，減少不必要的損耗，展開全面的理論分析和系統分析。就上海長興島風電場W 2000N-93-80併網型風力發電機組無功補償控制系統為例，在功率測量上，有有功功率和無功功率的方法。在算法選取上，這個系統中採用傅立葉算法，提高投切精度，簡化投切策略，雖然計算量較大，但卻可對電參量進行實時檢測和處理，以達到無功補償的最佳效果。為達到最合理的控制，選擇優先滿足電壓的原則，根據電壓值高低來決定是否投切電容器，系統採取無功功率和電壓綜合判據作為投切電容器組的依據，以保證實現無功基本平衡。
②功率測量原理
W 2000N-93-80併網型風力發電機組無功補償控制系統利用快速傅立葉變換對基波電壓、電流複數的實部和虛部進行計算，並利用它們對交流電壓、電流等進行計算。計算得出的結果進行離散傅立葉變換得到基波分量的頻譜係數。利用輸入信號基波電壓、電流複數振幅的實部和虛部求得交流電壓、交流電流的有效值。將複數振幅的實部和虛部變成有效值，求出電壓的有效值和電流的有效值。對於三相三線電網可減少測量和計算，假定1個參考相，同時測量兩線電壓和兩相電流，並利用它們計算出2個等效的有功功率和無功功率。
③控制電路設計
W 2000N-93-80併網型風力發電機組無功補償控制系統整個控制電路主要是由DSP電路、信號調理電路和投切控制電路組成。這種控制系統通過檢測電網電壓和發電機的電流，將經過信號調理電路調理後的離散化轉換成數字量送入DSP進行數據處理，達到實時、準確跟蹤系統無功變化的目的。在軟體設計上，採用模組化軟體設計方法以便程式擴充、維護和管理。系統軟體設計主要是由數據採集、計算、投切控制等組成。在進行模擬量採集程式時，充分利用好DSP捕獲單元和軟體定時器的特點，準確地捕獲中斷數據進行系統測量。電容器投切控制程式是以電壓、無功功率綜合判據為基礎，根據電壓無功功率的變化確定動作方案。
風力發電節能技術的運用與完善
加快對風電技術的研發改進，在技術上對風力發電技術進行改革，採用功率調節的方式進行風力發電，提升發電效率，加強對風電設備的管理，避免風機受損。構建可再生能源發展政策，國家應在政策上支持可再生能源，大力宣傳可再生能源的作用，對可再生能源進行保障，國家同時要加強對可再生能源的立法規範，促進國內的風力發電快速有效發展。在中國東部沿海的江蘇省鹽城地區，擁有500 km 多長的海岸線和廣闊灘涂，其可開發風電總量占江蘇省可開發風電總量的2/3以上，年平均風速達到6.1 m /s。在鹽城的東台國華風電場、大豐中電投風電場的運行中，風力發電機的利用小時數均在2000 h以上，效果十分顯著。
加強風電技術的商業化。市場競爭有利於科技的更新進步，同時降低了國家風電單機運行的成本壓力，提升了風能的利用效率。採用結構動力學，對風機進行合理的改造設計，提升風機質量，降低成本，提高系統的可靠性。加強電網系統的建設發展，以創新為依託，提高風力發電接入電網運行的整體性能。對於經濟發展較快的地區，風力發電建設項目要保證風力發電併網系統運行的高效性和穩定性，對於風力資源較多的地區，要考慮控制整個系統的主控性，保證風力發電與分散式系統有機結合，不斷完善和提高系統電能質量。
低碳環保理念的貫徹加強了人們對新能源的認識，人們對於新能源的套用也越來越廣泛。風能發電發展到如此，已具備了和水力發電、燃煤發電相當的實力，並且有理由相信在未來的套用中必將越來越廣泛。2014年來風力發電的增長一直保持在30%以上，這個比率還在持續升高，與此同時，風電的成本也會不斷降低，它將成為21世紀與太陽能、水能等新能源並駕齊驅的可再生新能源，風力發電的發展給中國帶來的必將是活力和可持續發展。
新時期電廠發電節能技術探索
現階段我國電廠發電能耗狀況
根據數據顯示，我國一年的能源消約為36噸標煤，其中煤炭占 68.5%，石油占比為17. 7%，水能 7.1%，天然氣4.7%，核能占 0.8%，其他占 1.2%。同比數據為世界平均的2.5倍，與代表性已開發國家相比約為3～7倍，並且普遍高於其他開發中國家。總體煤炭消耗為世界的一半，而其中以煤炭消費為典型代表的火電廠則消耗了其中近6成的煤炭資源。並且預計在接下來的數年內會上升至48噸標煤的能源消耗新高。且現階段我國仍以燃煤火電廠為主，熱電、風電、核電的利用率較低。火電廠的主要利用能源仍為煤炭資源，燃氣、餘熱、垃圾工業電廠總計不到3%。但燃煤會消耗空氣中大量的氧氣，並產生二氧化碳，而二氧化碳則是溫室效應、全球變暖的元兇;煤炭燃燒不充分也會造成空氣中揚塵的增加，增加空氣中PM2.5 指數，加重電廠附近城鎮空氣污染;另外煤渣的不合理處理、堆放，占用大量土地並導致土壤污染也是一個重要問題。根據我國科學發展觀要求，以及新興起的碳經濟要求，電廠節能技術的更新和推廣勢在必行。
電廠節能技術的思路
一般來說節能工作和減排工作應當同期進行，但是這兩者有層次之分，節能工作的直接目的有兩個，一是達成減排目標，降低環境壓力，是企業履行社會責任的表現，二是通過增加效率而減少投入成本從而提高企業效益。
相應的節能技術更新、套用思路也可以大體上分為兩方面，分別為效率提高和減排目標。效率提高，即通過一系列措施增加能源利用效率和電能利用效率;減排目標，即合理使用煤炭等能源物質，合理處理使用後產生的廢棄物。
電廠節能技術套用的措施
(一)煤炭等能源物質的使用適量。一是在現階段做到大規模的電能儲備是超越技術現實的，因此發電廠總處在強負荷工作狀態，即發電量遠大於用電量，以保證全地區的穩定供電。也就是說電廠的電能產生量是過剩狀態，這其中有很大一部分能源是沒有轉化為能量被利用，一定程度上可以說是能源浪費。雖然不能大幅度削減發電廠能源物質的投入，但是可以依據時間進行一定範圍內的調整。這需要做好用電單位統計，通過人口、建築的數量、類型等數據，經過較為專業的判斷，加上電錶統計，可以掌握電廠負責區域內單位時間的電能消耗。而每一個發電機組的發電量、功率，都是固定的。且一般情況下晚上的用電量或小於白天。保證實際供電量超額定用電量二十到四十左右的百分點即可保證穩定供電，將發電量控制在這個範圍內進行電廠能源物質使用，從而提高能源利用效率。二是火力發電機原理是利用能源燃燒等方式，將化學能轉化為內能，從而推動輪機進行發電。根據火力發電機類型不同，其額定溫度不同，從低溫發電機組到超臨近發電機組其工作額定溫度為450℃ 到600℃不等，因此在進行發電工作時應當對發電機組鍋爐內溫度做好實時監測，從而能夠對能源物質填充進行及時調整，防止太多的過量加溫，也能一定程度上增加能源利用效率，減小能源物質的浪費，進而達成節能目的。
(二)科學技術手段的加入。通過人力控制能源物質的投入量，一定程度上存在誤差，且存在不方便管理的問題，即每個大型機組都需要眾多的人力資源才能穩定運行。可以通過科學技術手段的加入來解決這一問題，尤其是自動化技術。電廠套用自動化技術，其包括PCS、MES、BPS三層結構系統，通過這些系統能夠實現節能降耗、最佳化資源使用等，並且能夠將相對鬆散的管理控制工作進行集中化處理，降低人力消耗。並且自動化系統能夠在夜間甚至無人操作期間依舊對發電機組進行有效控制，規避因一些特殊情況造成的負責人員缺崗而造成的損失。通過以計算機為代表的電子設備對發電機組進行智慧型管理，對發電機組鍋爐內能源物質填充做到自動化管理，對每個時間、每個類型的發電機組鍋爐的能源補充做到精確控制，進一步提升能源利用效率。
(三)硬體部分改造提高機組穩定性。
1．對鍋爐進行節能改造。一是鍋爐啟動和穩燃過程中需要進行燃油補充，可以針對這個程式進行鍋爐改造，採用燃燒器和小油槍的組合代替其他類型點火構件，採用小油槍進行灌油能夠在保證點火效率的同時規避因原來的大範圍抽油、灌油造成的燃油浪費。二是爐內點火方式也可以進行相應的改進，現今較為先進的點火技術，為等離子點火技術，這種技術配合上述的灌油構件改造，能夠實現燃油管理和燃油節約，並且方便管理，從而能夠儘可能地減少不必要的浪費。三是通過進行合理的燃燒調整穩定鍋爐運行狀態，避免因操作失誤問題造成的熄火、失溫等事故而引起的鍋爐二次點火等問題。具體措施可以通過改良鼓風系統，實行自動改造，穩定鍋爐內空氣係數，保證鍋爐內能源物質的穩定燃燒和效率燃燒;改良鍋爐內溫度控制系統，改良噴水調節器，完成對鍋爐溫度的有效控制;改良鍋爐排風系統，及時將煤炭揚塵等顆粒物質從鍋爐內排放到特定區域，避免因揚塵過多造成的燃燒不充分和爐內溫度分布不均而帶來的爆管、炸裂隱患。
2．輪機的節能改造。輪機的採用需要根據實際需要和實際運行情況，安裝高、中、低壓缸，並且其調節閥、通流結構、氣封結構要進行配套使用。需要從設計上減少蒸汽過分膨脹損失和因漏氣而造成的內能流失，提高輪機運行效率。一是在輪機運行前進行密封性檢測，檢查是否存在漏氣、脹氣現象，有則根據成因進行排除;二是對輪機進行密封性加固措施，由於發電需要，輪機在運行過程中必須要保證其內部真空度;三是對輪機進行試運行實驗操作，檢查輪機是否能夠穩定達到額定效果，如果不能則及時進行故障排查工作，保證輪機在正式投入使用前處於最佳啟動狀態。
(四)其他一些節能措施。一是由於煤炭、天然氣等資源的不可再生性，尋找其替代能源必然是未來的大趨勢，且現階段主流能源物質，尤其是煤炭，其使用伴隨著極大的環境壓力，未來必然會被取締，通過技術開發，設計出可以適應新能源(例如:甲烷、氫氣等)的發電機組才是可持續戰略下的上上之策。二是建立相關產業鏈，將電廠廢棄物質進行二次利用甚至多次利用，達到資源的最高利用效率，以提高產業效益等。
電廠的節能技術開發並不會一蹴而就，需要在長期的生產經營下進行經驗總結，做好器械改良、技術更新工作僅僅是個開始。期間還需要輸電部門的大力配合，減少輸電過程中的電力流失，以及用電單位的節能環保意識提高，才能夠產生長遠效益。最終的發展方向必然是新型電廠的全面建成，即風電、核電、“垃圾電”的全面套用。
