熱電廠提高熱能與動力工程操作技能的方法探究

【摘 要】熱電廠作為聯(lián)合生產(chǎn)電能和熱能的發(fā)電廠，其供熱系統(tǒng)是以利于汽輪機(jī)同時(shí)生產(chǎn)電能和熱能的熱電合供系統(tǒng)作為熱源。如何通過改善熱點(diǎn)廠的熱能與動力性，以綜合提高熱點(diǎn)廠運(yùn)行效率與運(yùn)行水平，一直是近年來電力部門所關(guān)注的重要課題。本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，著重就熱電廠提高熱能與動力工程操作技能的方法進(jìn)行了探討與研究。

【關(guān)鍵詞】熱電廠 熱能 動力工程 提高

電力資源是現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要動力，同樣也是促進(jìn)現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、推動科學(xué)技術(shù)發(fā)展，以及不斷提高人們物質(zhì)文化生活的必要條件。然而長期以來，我國電力工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，電力生產(chǎn)技術(shù)相對落后，并伴隨有生產(chǎn)中能源損耗量大，環(huán)境污染日益嚴(yán)重等方面問題。在我國大力提倡節(jié)約型社會的時(shí)代背景下，如何有效提高能源的利用效率，以成為了促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)化和健康化發(fā)展的重要課題。因此，以熱電廠為代表的電力工業(yè)，應(yīng)當(dāng)不斷提高其熱能經(jīng)濟(jì)性與動力性，以此促進(jìn)熱電廠運(yùn)行效率的進(jìn)一步優(yōu)化和能源利用效率的提升。

一、改善熱電廠的熱負(fù)荷特性

（一）選擇合適的重?zé)嵯禂?shù)

重?zé)岈F(xiàn)象是指熱電廠多級汽輪機(jī)內(nèi)上一級損失的部分熱能，在以后各級中還能繼續(xù)利用，這種現(xiàn)象即被稱為重?zé)岈F(xiàn)象。由于重?zé)岈F(xiàn)象的存在，汽輪機(jī)全機(jī)的相對內(nèi)效率會高于各級平均的相對內(nèi)效率。

但是實(shí)際生產(chǎn)中，并非重?zé)嵯禂?shù)選值越大越好。當(dāng)重?zé)嵯禂?shù)值α過大時(shí)，整機(jī)的內(nèi)效率反而會降低。通常而言，多級汽輪機(jī)的重?zé)嵯禂?shù)取值為0.03～0.08之間，其具體取值與以下因素有關(guān)：

1.與汽輪機(jī)的級數(shù)多數(shù)相關(guān)。當(dāng)汽輪機(jī)的級數(shù)越多時(shí)，則前級的損失在后面級中被回收的程度也就越大，所以重?zé)嵯禂?shù)α的取值也越大。

2.與汽輪機(jī)各級的內(nèi)效率相關(guān)。如果汽輪機(jī)各級效率為100%時(shí)，即使沒有損失發(fā)生，重?zé)嵯禂?shù)仍然為0。因此當(dāng)級效率越低時(shí)，重?zé)嵯禂?shù)α的取值也越大。

3.與工作蒸汽的狀態(tài)相關(guān)。通常而言，過熱蒸汽區(qū)的重?zé)嵯禂?shù)會比飽和區(qū)大，這是由于過熱蒸汽區(qū)中等壓線向熵增方向的擴(kuò)散速度比飽和區(qū)大的緣故。

在實(shí)際生產(chǎn)中，我們可采用下列經(jīng)驗(yàn)公式，來選擇適宜的重?zé)嵯禂?shù)α：

在方程式中，Z為汽輪機(jī)級數(shù)，η為汽輪機(jī)內(nèi)效率，H為汽輪機(jī)的理想焓降。K為蒸汽狀態(tài)的修正系數(shù)，當(dāng)汽輪機(jī)各級均在過熱區(qū)工作時(shí)，K=0.2；各級全在飽和區(qū)工作時(shí)，K=0.12；部分在過熱區(qū)，部分在飽和區(qū)工作時(shí)，K=0.14～0.18。

（二）提高蒸汽初參數(shù)

熱電廠的綜合熱效率，會隨著主蒸汽壓力和溫度的上升而提高，也可以說，熱電廠汽輪機(jī)的熱能與動力工程性能是隨著耐高溫金屬材料的水平而提高的。當(dāng)熱電廠機(jī)組采用初壓為16～24.5MPa，初溫為535～565℃的主蒸汽參數(shù)后，其綜合熱效率可達(dá)到40%以上。

因此，為了提升熱能與動力性能，其中一個(gè)重要措施就是提高蒸汽的初參數(shù)，因此選擇耐高溫、高壓的汽輪機(jī)組將是未來熱電廠發(fā)展的主要方向之一。

（三）降低蒸汽損失

蒸汽在熱電廠汽輪機(jī)內(nèi)由熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械功的過程中，存在著各種損失，使蒸汽的可用熱能無法完全被轉(zhuǎn)換為機(jī)械功。在理想狀況下，蒸汽的膨脹過程應(yīng)當(dāng)是絕熱的等熵過程，熱焓降應(yīng)為h0。然而在實(shí)際生產(chǎn)中，熱電廠蒸汽的膨脹過程并非是絕熱過程，總是伴隨著能力的損失，因此蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的實(shí)際熱焓降h1總是小于h0。蒸汽在汽輪機(jī)中的損失，主要有以下幾種：

1.節(jié)流損失。由鍋爐傳遞來的新蒸汽，在經(jīng)過主汽門和調(diào)節(jié)汽門時(shí)，會受到閥門的節(jié)流作用，使得蒸汽的壓力降低，蒸汽的可用焓值會減少，從而降低了蒸汽在汽輪機(jī)內(nèi)的做功能力，這種損失通常被稱為節(jié)流損失。對于節(jié)流損失，通常采用將節(jié)流調(diào)節(jié)閥開大的方式，一方面可以加大蒸汽的流量，另一方面也減少了節(jié)流損失。

2.濕氣損失。熱電廠中的凝汽式汽輪機(jī)，其排汽壓力通常較低，汽輪機(jī)在飽和蒸汽區(qū)內(nèi)工作時(shí)，因蒸汽濕度較大，常伴隨有水滴出現(xiàn)。這些水滴會隨著蒸汽一起流動，不但不會做功，反而會大量消耗能量，增加了汽輪機(jī)的軸向推力。因此，為降低濕氣損失，通常在熱電廠凝汽式汽輪機(jī)的末幾級上，都采用去濕措施，如在隔板外緣上開去濕槽，在噴嘴靜葉片的背弧開吸水縫等，從而使水滴能通過空心的靜葉片排入到凝汽器內(nèi)。

（四）選擇合適的進(jìn)汽調(diào)節(jié)方式

熱電廠汽輪機(jī)的進(jìn)汽調(diào)節(jié)方式主要有節(jié)流調(diào)節(jié)、噴嘴調(diào)節(jié)和旁通調(diào)節(jié)這三種，應(yīng)根據(jù)熱電廠的實(shí)際生產(chǎn)情況，選擇合適的進(jìn)汽調(diào)節(jié)方式，其提高機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

1.節(jié)流調(diào)節(jié)。節(jié)流調(diào)節(jié)最大優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，且當(dāng)汽輪機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其節(jié)流損失較小，而機(jī)組的內(nèi)效率較高。但是當(dāng)機(jī)組在低負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，由于節(jié)流損失的影響，必然會導(dǎo)致機(jī)組內(nèi)效率的顯著下降，并影響到熱電廠的經(jīng)濟(jì)性。因此，節(jié)流條件主要用于小功率機(jī)組中。

2.噴嘴調(diào)節(jié)。噴嘴調(diào)節(jié)的主要優(yōu)點(diǎn)是可有效克服節(jié)流調(diào)節(jié)在部分負(fù)荷時(shí)，機(jī)組內(nèi)效率降低的缺點(diǎn)，其在低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)比節(jié)流調(diào)節(jié)的損失小，經(jīng)濟(jì)性好。缺點(diǎn)主要是其安裝、檢修和調(diào)整的過程較為復(fù)雜，當(dāng)實(shí)施變工況運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷的變動整度不能太快。

3.旁通調(diào)節(jié)。旁通調(diào)節(jié)并非一種獨(dú)立的調(diào)節(jié)方法，而是針對以上兩種調(diào)節(jié)方式的輔助方法。對于熱電廠部分汽輪機(jī)組在超出負(fù)荷工況運(yùn)行時(shí)，不能僅僅通過繼續(xù)開大汽閥來實(shí)現(xiàn)，而應(yīng)當(dāng)將新蒸汽繞過汽輪機(jī)的前幾級，并旁通到中間級去做功，這樣能更有效的增加機(jī)組的內(nèi)效率。

二、改善熱電廠供熱機(jī)組的形式

（一）采用聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)提高效率

為了減少傳熱溫差損失，提高循環(huán)上限溫度，隨著我國高溫金屬材料的開發(fā)以及汽輪機(jī)組效率的提升，采用燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，可將燃汽輪機(jī)排出的溫度較高的廢熱，用以加熱蒸汽循環(huán)，有利于提升熱電廠的綜合效率與熱能經(jīng)濟(jì)性。近年來，世界各發(fā)達(dá)國家中，新增加的發(fā)電裝機(jī)有50%以上均采用的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的方式。燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)的主要特點(diǎn)有：

1.提高熱經(jīng)濟(jì)性。只要汽輪機(jī)與燃?xì)廨啓C(jī)的容量匹配，并蒸汽選擇各項(xiàng)參數(shù)和熱力系統(tǒng)，熱電廠的綜合熱效率可提高到45%以上。

2.減輕環(huán)境的污染。由于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是利用了燃?xì)廨啓C(jī)的廢熱，因此蒸汽鍋爐中有害氣體的排放量會得到極大的降低。

（二）提高機(jī)組的運(yùn)行水平

隨著現(xiàn)代化熱電廠中機(jī)組容量的逐步增加，其參數(shù)提高必然會導(dǎo)致機(jī)組零部件的增多、機(jī)組尺寸和熱應(yīng)力也會相應(yīng)出現(xiàn)變化。因此，也相應(yīng)增加了事故因素，使機(jī)組運(yùn)行的安全性和動力可靠性降低。為了提升熱電廠機(jī)組運(yùn)行、維護(hù)和檢修水平，以增加機(jī)組動力可靠性與安全性，應(yīng)使用現(xiàn)代化的實(shí)時(shí)監(jiān)測設(shè)備和電子系統(tǒng)。同時(shí)，為了確保機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，還應(yīng)當(dāng)采用各種最優(yōu)化的運(yùn)行方式，例如推廣在低負(fù)荷范圍內(nèi)的變壓運(yùn)行，采用滑參數(shù)啟停的運(yùn)行方式等等，以綜合性提高熱電廠機(jī)組的運(yùn)行水平。

三、改善熱電廠機(jī)組連接電網(wǎng)的特性

對熱電廠機(jī)組連接電網(wǎng)特性的改善，主要通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)頻選擇來加以實(shí)現(xiàn)，包括了一次調(diào)頻和二次調(diào)頻。

（一）一次調(diào)頻

當(dāng)熱電廠機(jī)組在電網(wǎng)中并列運(yùn)行時(shí)，如果外界負(fù)荷出現(xiàn)變化，將導(dǎo)致電網(wǎng)的頻率也會發(fā)生改變，從而引起電網(wǎng)中各機(jī)組均自動的按照其靜態(tài)特性承擔(dān)一定的負(fù)荷變化，以減少電網(wǎng)頻率改變的過程，即被稱為一次調(diào)頻。

（二）二次調(diào)頻

由于一次調(diào)頻只能夠緩和電網(wǎng)頻率改變的程度，并不能維持電網(wǎng)頻率不發(fā)生改變，這就需要再利用同步器增加或減少部分機(jī)組的功率，來恢復(fù)電網(wǎng)頻率的正常，這一過程就被稱為二級調(diào)頻，只有通過二次調(diào)頻后，才能精確的使電網(wǎng)的頻率能保持在一個(gè)恒定值。通常情況下，二次調(diào)頻主要包括了自動調(diào)頻和手動調(diào)頻這兩種形式，其中因自動調(diào)頻的準(zhǔn)確可靠、方便快捷等優(yōu)勢在當(dāng)前熱電廠中得到了普遍應(yīng)用和推廣。在熱點(diǎn)廠的實(shí)際生產(chǎn)中，選擇合適的調(diào)頻方式，對改善熱電廠機(jī)組連接電網(wǎng)的特性以及提高自身運(yùn)行水平都有著重要的影響。

四、總結(jié)

在對熱電廠機(jī)組和整體運(yùn)行水平的優(yōu)化過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)和機(jī)組的運(yùn)行現(xiàn)狀，從運(yùn)行角度出發(fā)，通過對熱負(fù)荷特性、供熱機(jī)組形式以及機(jī)組連接電網(wǎng)特性的優(yōu)化與改善，以實(shí)現(xiàn)提高熱電廠熱能經(jīng)濟(jì)性與動力性能的目的。在實(shí)際生產(chǎn)中，熱電廠節(jié)能增效的措施還有很多，這就需要我國相關(guān)人員在實(shí)際生產(chǎn)中不斷摸索總結(jié)，以進(jìn)一步提高熱能和動力工程的利用效率，推動我國熱電事業(yè)向著可持續(xù)化和健康化發(fā)展的軌道不斷前進(jìn)。