《能源监测与评价》——电力企业的节能监测（二）

(二)火力发电厂节能监测

1.火力发电广节能监测的意义

《电力工业节能技术监督规定》明文指出：“节能技术监督，即对影响发电、输变电设备经济运行的重要参数、性能和指标进行监督、检查、技术改造等阶段的节能技术监督，使其电、煤、油、气、水等消耗达到最佳水平”。显而易见，火力发电厂节能工作的主要内容是节煤、节油、节汽、节水、节电。节能监测是通过合理利用、科学管理、技术进步和经济结构合理布局等途径，以最少的能耗取得最大的经济效益。

我国能源生产和消费以煤为主，燃煤造成的二氧化硫和烟尘排放量均占其排放总量的80%-90%，主要污染物排放量已经超过环境承载能力.我国经济要想实现平稳、持续的发展，首先要解决能源和污染问题。

火力发电消耗的煤炭的一半以上都是用来直接燃烧，用于火力发电和采暖空调等，因此电力工业是资源消耗的大户，提高电力生产和使用效率、降低资源消耗，特别是节约和降低煤炭、石油和水资源的消耗，对我国重要战略资源的节约和优化配置具有重要意义，是实现可持续发展的重要措施，是节能减排T作的重心。虽然国家一直在努力对发电结构进行调整，但煤电还是占很大比重，根据我国的电力战略规划，2030年前电力工业的发展仍将以火力发电为主。据估计，2020年我国装机容量将达14亿kW，其中火力发电约9.5亿kW。当前，我国火力发电及供热用煤占全国煤炭总量的51%，产生的灰渣约占全国灰渣的70%，火力发电用水量占工业用水总量的40%，烟尘排放占T业排放的33%，二氧化硫排放占工业排放的56%，也足以表明火力发电厂节能减排势在必行。

2.锅炉的节能监测

锅炉是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能加热给水，以获得规定参数(压力、温度)和品质的蒸汽或热水的设备。

锅炉广泛用于各行各业的生产用汽、采暖、生活等方面，也用于容量小于3000kW的火力发电。目前我国工业和民用供热锅炉拥有量约40万台。总蒸发量为100万t/h左右，年耗煤量3亿多t，约占全国原煤产量的1/3。锅炉是一种重要的能源转换设备。

对锅炉的热平衡测定结果表明，我国锅炉热效率低，20世纪80年代初，全国平均只有50%多一点，而设计效率值为70%～75%;蒸汽的热能利用率更低，只能达到约30%，日本和美国则分别达到51%和51%。究其原因，主要是我国小容量锅炉所占比例很大，装备水平差，设备陈旧、炉型选择不合理，锅炉容量与负荷不匹配的情况很普遍;燃料品种变动大和管理、操作技术水平差，也是造成锅炉运行效率低的重要原因。因此，开展对锅炉的运行情况的监测，促进其节能降耗，提高能源利用率是节能监测的重要内容之一。

(1)监测项目的选择。锅炉能源利用的好坏在于进入锅炉的燃料燃烧效率的高低和高温烟气的显热被水和蒸汽吸收的多少。衡量锅炉能源利用水平的指标是锅炉热效率，影响或反映燃料燃烧效率和传热完善程度的是锅炉的各项热损失及其相关参数。锅炉的热损失包括：机械不完全燃烧热损失(q4)、化学不完全燃烧热损失(q3)、排烟热损失(q2)、炉墙表面散热损失(q5)和灰渣物理热损失(q6)，前两项直接影响燃烧效率的高低;排烟热损失则反映了锅炉设备的完善程度及传热的优劣;炉墙表面散热损失反映炉墙绝热状况的好坏;灰渣物理热损失很小，而且依燃料和炉型而异。

目前，我国锅炉以燃煤为主，而且容量小，装备水平低，运行状况差，在各项热损失中，主要是机械不完全燃烧热损失和排烟热损失，根据通常的规律和现场测定的数据，这两项损失占锅炉总热损失的85%以上。以层状燃煤锅炉为例，通常排烟热损失占供入能量的10%～20%，有的高达25%～30%;其次是机械不完全燃烧热损失，一般可达供入能量的8%～15%，有的高达10%～25%。

机械不完全燃烧热损失(q4)的计算公式为：

由此可知：排烟热损失主要取决于排烟处烟气的焓Zpy和排烟空气系数apy，而排烟处烟气的焓ipy，的决定因素也是排烟空气系数apy和排烟温度Tpy，排烟焓随排烟空气系数和排烟温度的变化成正比地变化。同时，空气系数增加会削弱对流换热而导致排烟温度升高。因此，排烟热损失也随摊烟空气系数和排烟温度的变化成正比地变化。过高的排烟温度使排烟热损失增加，排烟温度过低又可能导致运行锅炉的低温腐蚀，为技术上所不允许;同样，空气系数过大也使排烟热损失增加，过小的空气系数又可能引起化学不完全燃烧。最理想的空气系数应该是上述两项热损失之和为最小时的空气系数。因此，既要以燃料完全燃烧为前提，又要控制锅炉在低空气系数下运行，即供给燃料燃烧的空气量略高于理论需要量。过量空气的多少取决于燃料种类、燃烧方式和锅炉负荷。操作中应尽可能在保证燃料完全燃烧的前提下，使空气系数接近表4-8所列下限值。

化学不完全燃烧损失不仅因锅炉供风不足而引起，也会因燃烧器或燃烧装置配风不当而发生。在保证完全燃烧的低过量空气下运行的层燃锅炉，从理论上讲，其化学不完全燃烧损失一般在0.5%～1.0%之间。但对多台锅炉的热平衡测试结果表明，实际上大多数锅炉的空气系数都在1.8以上，化学不完全燃烧热损失平均在1%左右。燃油、燃气的炉子即使在较大的过量空气下，因燃烧器混合不好或配风不当也会产生CO等。尤其是油类燃料，当CO产生时，就会冒黑烟。由此可见，即使在空气系数较大的情况下，化学不完全燃烧热损失仍然不可忽视。反映该项热损失的参数是存在于烟气中的CO等可燃气体和煤烟。通常CO等在排烟中的含量多少是通过烟气分析得到的，有时由于分析仪器的限制以及化验分析熟练程度的影响，排烟中的CO含量往往难以用奥氏仪准确测量，因而必须对步量试样采用气相色谱仪或吸附技术的实验室检测。当然，是否需要实验室检测，可视监测的需要和可能而定。一般情况，可采用环保监测的指标——锅炉的排烟黑度(反映排烟中煤烟等物质含量的定性指标)作为锅炉考核评价燃烧是否完全的监测指标。