針對火電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析及改進(jìn)措施

曲志向

摘要：眾所周知，能源問題已經(jīng)成為世界各國共同關(guān)注的問題，在我同這一現(xiàn)象更加凸顯。由于我國粗放型經(jīng)濟(jì)增長方式.又處在消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級加快的歷史階段。能源消耗過大.岡此節(jié)能降耗將是一項長遠(yuǎn)而艱巨的任務(wù)。因此.存熱力系的環(huán)境下，揭示各種節(jié)能理論內(nèi)存的聯(lián)系.深入地研究和發(fā)腮肖能要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，對電廠的節(jié)能降耗工作具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性。

關(guān)鍵詞：熱力系 統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 計算方法 節(jié)能技術(shù)

我國是產(chǎn)能大國，同時又是耗能大國。節(jié)能，尤其是不可再生能源的節(jié)約，既能緩和能源供需矛盾，又是改善環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益的有力措施，直接影響我國經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。火電廠作為耗能大戶，更應(yīng)采取各種節(jié)能措施，最大限度降低能源消耗。

一、熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

我國火力發(fā)電廠常用的熱經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)主要有效率和能耗率兩種。

（一） 全場熱效率ηcp：其中，N j 為凈上網(wǎng)功率，B 為燃煤量，Ql 為燃煤低位發(fā)熱量。全廠熱效率指標(biāo)是電廠運(yùn)行的綜合指標(biāo)，在進(jìn)行系統(tǒng)分析是，常將這一綜合指標(biāo)進(jìn)行分解，

以區(qū)分各廠家的責(zé)任和主攻方向，因此可以改寫為：其中，ηb：鍋爐效率，鍋爐有效吸熱量與燃煤低位發(fā)熱量之比；ηp：管道效率，汽輪機(jī)循環(huán)吸熱量與鍋爐有效吸熱量之比；ηi：汽輪機(jī)循環(huán)裝置效率，汽輪機(jī)內(nèi)部功與循環(huán)吸熱量之比；ηm：機(jī)械效率，汽輪機(jī)輸出功率與內(nèi)部功率之比；ηg：發(fā)電機(jī)效率，發(fā)電機(jī)上網(wǎng)功率與前端功率之比；Σξi：廠用電率，電廠所有輔機(jī)消耗電功率之和與發(fā)電機(jī)上網(wǎng)功率之比。

熱耗率和標(biāo)準(zhǔn)煤耗率；熱耗率指標(biāo)綜合評價汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，其實(shí)質(zhì)是發(fā)電機(jī)每發(fā)電1kWh，工質(zhì)從鍋爐吸收的熱量值。定義式如下：煤耗率指標(biāo)也可以分為兩種：發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率。

二.當(dāng)前仍然存在的問題

（一）普遍意義上的系統(tǒng)工程分析方法仍然欠缺，數(shù)學(xué)工具仍然有待發(fā)展，利用計算機(jī)來進(jìn)行熱力系統(tǒng)節(jié)能分析的研究不足。目前都是采用局部優(yōu)化運(yùn)行的方法，系統(tǒng)節(jié)能分析方法仍有待于進(jìn)一步發(fā)展。

（二）本質(zhì)上來講，目前的系統(tǒng)研究都屬于穩(wěn)態(tài)研究。研究的基礎(chǔ)是發(fā)電系統(tǒng)部分熱力學(xué)參數(shù)一致，且在運(yùn)行中保持恒定，這固然會使研究的復(fù)雜程度大大簡化，但同時也使其具有局限性。熱力系統(tǒng)節(jié)能分析方法在機(jī)組變工況下應(yīng)用研究較少。

（三）不同的熱力系統(tǒng)分析理論都是從不同的角度來研究熱力系統(tǒng)這一對象，不同理論之間的相互關(guān)系的研究還很不充分。

（四）無論是設(shè)計高參數(shù)的大容量機(jī)組，還是改善現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行水平，挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力，都需要一種有效準(zhǔn)確的節(jié)能理論進(jìn)行指導(dǎo)，才能有的放矢地采取節(jié)能措施。而合理地確定優(yōu)化的性能指標(biāo)，正確地建立系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型仍然需要加大研究。

三.熱力系統(tǒng)計算方法現(xiàn)狀

熱力系統(tǒng)計算是火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行性能分析、熱力試驗和系統(tǒng)改進(jìn)中常見的計算工作，對熱力系統(tǒng)進(jìn)行計算的目的是為了確定機(jī)組的各項熱性指標(biāo)，因此選擇適當(dāng)?shù)臒崃ο到y(tǒng)計算方法是機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性分析的重要前提。系統(tǒng)計算方法種類很多，按照它們所依賴的熱力學(xué)基礎(chǔ)可分為：第一定律分析和第二定律分析法。

常規(guī)熱平衡法是在結(jié)合質(zhì)量平衡和能量平衡基礎(chǔ)上，對實(shí)際熱力系統(tǒng)進(jìn)行的數(shù)值計算方法。計算中需要對熱力系統(tǒng)進(jìn)行變工況計算，以確定汽輪機(jī)抽汽口和排汽端的蒸汽參數(shù)以及回?zé)嵯到y(tǒng)的各相應(yīng)參數(shù)，其實(shí)質(zhì)是確定汽輪機(jī)新的膨脹過程線和系統(tǒng)參數(shù)，核心和難點(diǎn)是汽輪機(jī)變工況計算。

等效熱降法是以新蒸汽流量、循環(huán)的初終參數(shù)和熱力過程線均保持不變?yōu)榍疤?，以?nèi)功率（等效熱降）的變化來分析熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。在熱力系統(tǒng)局部分析中，等效熱降法改善了常規(guī)熱力計算的不足，提出了等效熱降的概念并在此基礎(chǔ)上建立了熱力系統(tǒng)分析的新方法，使熱力計算具有了系統(tǒng)分析功能。

循環(huán)函數(shù)法根據(jù)熱力學(xué)第二定律，以循環(huán)不可逆性（或冷源損失）分析輪機(jī)循環(huán)節(jié)能定性分析的判據(jù)，以循環(huán)函數(shù)式為汽輪機(jī)循環(huán)節(jié)能定量計算的工循環(huán)函數(shù)法是一種計算復(fù)雜熱力系統(tǒng)的好方法。

熵分析法是通過對體系的熵平衡計算，求取熵產(chǎn)的大小及其分布，分析影響熵產(chǎn)的因素，確定熵產(chǎn)與不可逆損失的關(guān)系，作為評價過程的不完善程度和改進(jìn)過程的依據(jù)。

火用分析法是在熱力學(xué)兩大定量的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境情況從對能的本性的全面認(rèn)識，從能的實(shí)用性出發(fā)提出的一種思想和方法，它是從能量轉(zhuǎn)換的角度表示設(shè)備或熱力過程完善性的科學(xué)指標(biāo)。

代數(shù)熱力學(xué)法是一種分析熱力系統(tǒng)能量的分析方法。該方法運(yùn)用事件矩陣來描述一個系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的能量出、入關(guān)系，火用矩陣定義了各股流的火用值，火用分支定義了單一系統(tǒng)出、入流的關(guān)系，最終得到結(jié)構(gòu)矩陣[FP]，該矩陣從全局的高度開拓了研究全、子系統(tǒng)關(guān)系的新趨勢。

四.熱力系統(tǒng)節(jié)能的途徑及技術(shù)措施

1、熱力系統(tǒng)節(jié)能途徑

火力發(fā)電廠節(jié)能工作的內(nèi)容包括設(shè)計施工、運(yùn)行管理和技術(shù)改造等多個方面，從節(jié)能的對象和采用的措施來看，可歸納為兩個方面：一是針對鍋爐、汽輪機(jī)和主要輔機(jī)，旨在提高主機(jī)的熱效率、降低輔機(jī)的電耗，達(dá)到節(jié)能的目的；二是針對熱力系統(tǒng)，著眼于優(yōu)化和完善熱力系統(tǒng)及其設(shè)備，改善運(yùn)行操作方式，提高運(yùn)行效率，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。對于新設(shè)計機(jī)組，可通過優(yōu)化設(shè)計、合理配套實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

（1）節(jié)能診斷，優(yōu)化改造

應(yīng)用熱力系統(tǒng)節(jié)能理論對熱力試驗或熱平衡查定數(shù)據(jù)進(jìn)行全面診斷和優(yōu)化分析，發(fā)現(xiàn)熱力系統(tǒng)及其設(shè)備的缺陷，分析能損分布情況，確定節(jié)能潛力的大小，優(yōu)選技術(shù)改造方案，為節(jié)能工作提供科學(xué)依據(jù)。找出合理的節(jié)能技術(shù)改造方案，是進(jìn)一步推廣熱力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的重要途徑。也是熱力系統(tǒng)節(jié)能診斷和優(yōu)化改造技術(shù)發(fā)展的新方向。

（2）監(jiān)測能損，指導(dǎo)運(yùn)行

應(yīng)用熱力系統(tǒng)節(jié)能理論，通過微機(jī)在線監(jiān)測主要運(yùn)行參數(shù)，實(shí)時診斷各種運(yùn)行能損產(chǎn)生的條件及其損失的大小，分析導(dǎo)致能損的主要原因及其系統(tǒng)和設(shè)備的缺陷，指導(dǎo)運(yùn)行人員操作和維護(hù)，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；該技術(shù)是熱力系統(tǒng)節(jié)能理論與微電子技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是提高火電廠運(yùn)行技術(shù)綜合管理水平的重要技術(shù)手段。

（3）優(yōu)化設(shè)計，合理配套

對新設(shè)計機(jī)組，應(yīng)用熱力系統(tǒng)節(jié)能理論，對熱力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及各個組成部分的連接方式進(jìn)行定量的分析，并通過合理選擇配套設(shè)備以及局部優(yōu)化調(diào)整，使得整個熱力系統(tǒng)達(dá)到最佳設(shè)計狀態(tài)，以提高其熱經(jīng)濟(jì)性。

五.熱力系統(tǒng)的主要節(jié)能技術(shù)措施

（1）把提高能源利用率放在首位。為了使電站始終保持最佳燃燒效率，必須保證機(jī)組無論

是在標(biāo)稱模型下，還是存在模型不確定性時均閉環(huán)穩(wěn)定，并具有良好的控制品質(zhì)，即機(jī)組能迅速適應(yīng)電網(wǎng)負(fù)荷的變化，同時機(jī)前壓力的變化不超出允許的范圍。

（2）設(shè)計有效的火電單元機(jī)組非線性協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)提出利用和開發(fā)非線性特性來改造常規(guī)PID控制器，以提高控制系統(tǒng)性能，使煤高效利用，最大限度提高能源利用率。

（3）通過減少煤炭的消耗量來提高火電廠的發(fā)電效率。在火電機(jī)組中推廣使用性能管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了一種基于離散坐標(biāo)法描述鍋爐內(nèi)熱流密度時空分布特性的新方法，應(yīng)用火焰動態(tài)計算模型，分析火焰中心、爐膛結(jié)渣和高溫腐蝕問題，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行條件優(yōu)化；以及時發(fā)現(xiàn)機(jī)組性能問題，并提出解決措施，逐步建立起機(jī)組應(yīng)用性能的對標(biāo)考核制度。

（4）提高機(jī)組的通流效率，降低低壓缸的排汽壓力（提高真空），再熱器減溫水量及減少系統(tǒng)的內(nèi)外泄漏等都會顯著提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，降低供電煤耗率。機(jī)組供電煤耗越低，管理水平越高，變動成本就會控制得越好。

（5）通過對機(jī)組設(shè)備日常運(yùn)行狀況，運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分析。在確保機(jī)組安全的前提下，有針對性地進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整試驗，確定機(jī)組運(yùn)行的基礎(chǔ)工況和基準(zhǔn)參數(shù)，同樣可提高機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，降低供電煤耗率。

（6）電站循環(huán)冷卻水余熱再利用。通過凝汽器由循環(huán)冷卻水帶走的熱量一般占輸送總能量的15%以上，有的甚至高達(dá)25%以上，造成了能量的極大浪費(fèi)；所以充分利用冷卻水余熱可以大大提高火電廠效率。

結(jié)束語：目前，面臨著能源資源逐漸匱乏和能源需求總量日益增大的雙重挑戰(zhàn).節(jié)能降耗劃小容緩，尤其是能耗大戶行業(yè)。電廠熱力系統(tǒng)首當(dāng)其沖.且與發(fā)達(dá)因家相比.我國的熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗還是有很大的潛力和空間町以充分挖掘。有理理由相信，隨著相關(guān)熱力系統(tǒng)分析療法的逐步發(fā)展和完善.電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗將會取得更長遠(yuǎn)的進(jìn)步。

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