汽轮机节能减排技术在火电厂中的应用与发展

引言：在世界能源结构转型及环境保护双重压力之下，火电厂是能源供应中的重要一环，节能减排技术开发及应用尤为关键。汽轮机是火电厂中的核心设备之一，节能减排技术的发展不仅可以提高能源转换效率、降低运营成本、而且可以有效地降低温室气体等污染物排放，这对于可持续发展目标的实现至关重要。为此，文章将对火电厂汽轮机节能减排技术的运用及发展进行探究，其目的是为了给有关方面的研究及实践起到一定的借鉴作用。

1. 汽轮机节能减排技术的定义与重要性

汽轮机节能减排技术广义地说就是通过工程优化，技术升级及系统管理手段来达到提高汽轮机运行时热能利用率及控制有害物质排放的一种综合性技术体系。火电厂是我国电力生产中的主力军，能源消耗总量与碳排放强度一直处于较高水平，已经成为全国能源结构优化与环境治理中的一个重要关注点。在这样的背景之下，提高汽轮机运行效率，延长其使用寿命，降低能耗和排放已成为火电行业转型升级中至关重要的环节。节能减排不单单只是环保指标的需求，还关系到整个电厂的经济，安全以及可持续发展能力[1]。已有研究已经证明，如果能对汽轮机系统进行高效节能改造及污染物减排等配套工艺，不但可以显著降低单位发电量能耗及排放，而且可以降低系统总体维护成本及运营压力。

2. 汽轮机节能减排技术在火电厂中的应用与发展策略

2.1 推进汽轮机高效化改造，采用新型材料与结构优化延长设备寿命

提高汽轮机效率已经成为火电厂节能降耗工作的突破点，尤其是针对设备老化和技术落后等问题，以结构优化和材料升级来实现性能跃升已经成为目前主流的改造方式。在结构上，现代汽轮机的改造不限于对传统部件进行替换或者调整，而是注重流动通道再设计，叶片气动参数再匹配和密封装置精密化。为了解决高、中压缸区能量损失，很多技术方案都建议使用三维优化流道设计来改善蒸汽流动边界层的特征，进而减少能量损耗。另外，最近几年的使用情况也证明了高强度耐腐蚀新型合金材料的使用可以有效地延长汽轮机叶片和转子等关键部件服役周期，延缓热疲劳及应力腐蚀造成的损坏频次，从根源上减少维护频次和更换成本。在实践中，部分发电厂引入等离子喷涂技术来强化老旧汽轮机关键部件表面，在增强设备耐磨性能的同时也减缓了其在运行过程中效率衰减。在运行负荷波动频繁的大环境下，汽轮机结构稳定性问题也成了人们关注的焦点，有关研究提出了利用智能阻尼系统来缓解轴系振动问题，从而提高了系统总体运行稳定性和安全裕度。

2.2 优化热力系统流程，推进热电联产与余热利用一体化方案

目前热电联产模式已被许多大型电厂大力推广，该模式的核心优点是把原来冷凝时浪费掉的蒸汽热能利用到居民取暖或者工业用热上，达到了“发电加供热”的双重效果。这样在明显降低单位能耗的同时，也减轻了区域供热对于天然气和其他资源的依赖性。以城市热网联动系统为例，合理布置蒸汽抽汽点位及热交换装置可有效提高能源传递效率，实现余热精准调配及动态调节，避免浪费热量。同时，一些先进电厂已经试图采用吸收式热泵和低温余热回收来重新利用尾气及冷却水低品位热能，以提高热效率而又不会增加新的能耗。另外，系统优化也表现在调度层面上，比如通过构建动态模拟模型来预测和分析负荷变化，促进运行策略精准性。这一注重系统协同的优化方式打破了“单点节能”这一传统观念，使其由局部效率向整体效能跃迁，从而有效地促进节能减排的整体达成。

2.3 引入智能控制系统，提高自动化水平与负荷调节响应速度

在火电厂工况日益复杂的情况下，常规人工调节和半自动化控制已经很难适应高效，高要求的工况。引入智能控制系统正逐渐成为促进汽轮机调节精度，响应速度和整体运行效率提高的一个重要途径。从技术上看，以大数据分析和人工神经网络为基础的智能调控模型已经可以实现汽轮机各种运行参数的实时监控和预测分析，然后动态调整负荷自动匹配和最优控制策略。该自学习型智能控制模型比常规PID控制系统有更强的适应性和抗干扰能力，特别是在经常启停和负荷剧烈变化的非稳态工况中性能更稳定。进一步地，引入数字孪生技术，使汽轮机运行状况虚拟仿真和实际监测构成一个闭环，从而提高故障诊断和预测性维修的准确性，从根本上减少非计划停机[2]。此外，火电厂通过整合分布式控制系统（DCS）和智能终端技术，可以实现对机组状态的远程实时管理和自动调度，这极大地提高了运维的效率和安全性。以智能控制系统为支持，汽轮机运行不再依靠经验判断而以数据为驱动进行精准控制，为火电厂节能目标的实现奠定坚实技术基础。

2.4 加强节能项目经济性评估，探索政府补贴与绿色金融支持路径

尽管相关技术已日趋成熟，但高昂的初期投资与较长的回报周期，仍使得不少电厂在实施节能改造时表现出谨慎态度。为了有效解决这一瓶颈问题，需要构建包括设备改造成本，运行效率收益和排放权交易预期等内容在内的系统经济性评估机制、运维支出的节约等几个层面，以此来提供定量的决策依据。同时政策层面激励机制必不可少。目前，一些地区已经对高效节能设备改造出台了专项补贴政策或者电价返还机制，一定程度减轻了企业资金紧张。另外，推出了如“绿色贷款”和“碳资产抵押等”这样的绿色金融工具，这为节能项目开辟了更加灵活的资金来源，从而降低了资金筹集的难度。应该注意到碳市场机制逐渐完善给节能成果货币化带来可能性。企业以降低碳排放来获得碳配额差额收益进一步提高改造项目经济可行性。

2.5 应用先进脱硝脱硫技术及碳捕集系统，确保长期达标排放

目前，结合低温等离子体、选择性非催化还原（SNCR）和选择性催化还原（SCR）的综合脱硝方法，正逐步取代传统的单一脱硝策略。这类技术既可以促进氮氧化物去除率的提高，又可以适应各种负荷和温度工况，提高了系统灵活性及适应性。脱硫上，下一代石灰石-石膏湿法脱硫系统的吸收效率和副产物处理能力都得到了提高，一些电厂已经将副产石膏应用于建材产业中，达到了资源闭环利用的目的。另外，随着碳捕集（CCUS）技术逐渐走向成熟，火电厂有可能实现“近零排放”的目标。目前有些示范电厂已经布置了二氧化碳膜分离系统或者胺吸收法直接捕集尾气CO2 应用于油田驱油或者封存项目。尽管该技术仍面临成本高、能耗大的挑战，但其在全球碳中和战略中的重要地位已毋庸置疑。为此，火电厂建设长期达标排放体系，要逐步推出“减排加资源化加捕集”为主线的多元化发展道路，保证在苛刻排放标准条件下仍然具有稳定运行和环保合规能力。

结束语：火电厂汽轮机节能减排技术的应用开发，是能源高效利用，环境保护的重要手段。通过促进汽轮机的高效化改造，优化热力系统流程，引进智能控制系统，强化节能项目的经济性评估，采用先进的脱氮脱硫技术和碳捕集系统的策略，能够显著提高火电厂运行效率，实现环境友好。

参考文献

[1]杨岩.基于火力发电厂汽轮机组节能降耗技术研究[J].机械工业标准化与质量,2024,(10):44-46+50.

[2]武峥.对火电厂节能减排技术的探讨[J].能源与节能,2017,(12):87-88.