市場(chǎng)化條件下火電機(jī)組能量體系分析探討

摘 要： 本文從目前我國(guó)以火電為主的電力供應(yīng)格局在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)難以改變的背景出發(fā)，從火電廠能量損失和熱利用效率低的真正原因的角度來進(jìn)行分析，針對(duì)性展望將來火電機(jī)組節(jié)能技術(shù)發(fā)展方向，對(duì)目前條件下電廠泵與風(fēng)機(jī)存在巨大的節(jié)能潛力等角度來尋求煤電工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，并闡述了煤電工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈和諧發(fā)展的重要意義。

關(guān)鍵詞：市場(chǎng)化 火電機(jī)組 能量體系

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-9082（2016）05-0325-01

引言

《經(jīng)濟(jì)學(xué)原理》告訴我們：產(chǎn)品市場(chǎng)化是生產(chǎn)力發(fā)展的基本規(guī)律和客觀要求。我國(guó)的電力體制改革是生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求，是完善社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制的迫切需要，也是我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展的客觀要求。如今壟斷經(jīng)營(yíng)的電力體制徹底被打破，電力企業(yè)真正地走向了市場(chǎng)，將真正地扮演起賣方的角色。廠網(wǎng)分開、競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、不同時(shí)節(jié)不同電價(jià)收費(fèi)的試點(diǎn)工作的改革充分發(fā)揮了市場(chǎng)對(duì)資源良好的配置作用。我國(guó)的電力工業(yè)發(fā)展經(jīng)過不懈的努力和不斷的優(yōu)化調(diào)整，已經(jīng)取得了有目共睹的輝煌成就，電力市場(chǎng)的發(fā)展已經(jīng)具備了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，形成了以火電為主體，水電、核電、風(fēng)電、IGCC等新型清潔能源全面協(xié)調(diào)發(fā)展的電力供給格局。

在我國(guó)目前電力狀況具體環(huán)境背景下，尋求和探索煤電工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展之路，是每個(gè)關(guān)心中國(guó)電力發(fā)展的同仁們的歷史責(zé)任和使命。筆者帶著種種的疑惑在思考和尋求這些問題的答案，本文就火電機(jī)組能量體系概況做淺析，希望與同仁們交流、探討。

一、 煤電體系下的火電機(jī)組特定背景

目前我國(guó)電力發(fā)展正在大力調(diào)整和優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)，倡導(dǎo)節(jié)能減排、走資源可持續(xù)利用和發(fā)展戰(zhàn)略道路，努力減少電力對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響作用，大力發(fā)展綠色發(fā)電技術(shù)。核電、風(fēng)電、生物能發(fā)電、天然氣及可再生新能源發(fā)電等新型清潔、環(huán)保、高效的能源發(fā)電技術(shù)正面臨前所未有的機(jī)遇，其規(guī)模在今后時(shí)期內(nèi)呈現(xiàn)不斷上漲的態(tài)勢(shì)，但是我國(guó)目前的電力現(xiàn)狀和資源特點(diǎn)決定了我國(guó)的電源結(jié)構(gòu)在今后相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)，火力發(fā)電仍然占有市場(chǎng)發(fā)電量非常大的份額，但以煤電為主的電源結(jié)構(gòu)是難以改變的。

據(jù)有關(guān)資料調(diào)查表明，如果按照目前的煤炭開采速度，我國(guó)的煤炭資源在大約未來200年內(nèi)將全部耗盡。因此，要實(shí)現(xiàn)我國(guó)電力工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，就要在新的清潔發(fā)電技術(shù)尚未大規(guī)模推廣和應(yīng)用的條件下，在節(jié)能、環(huán)保發(fā)電技術(shù)和規(guī)模一步步發(fā)展壯大直至能完全取代傳統(tǒng)的火力發(fā)電的過程中，盡可能的利用現(xiàn)有資源、技術(shù)條件，給于新型的發(fā)電模式的研發(fā)、成長(zhǎng)、直至投入應(yīng)用充足的時(shí)間，煤電工業(yè)只有走可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略道路，才能保證我國(guó)電力行業(yè)的穩(wěn)定、健康發(fā)展，更好的完成在電力技術(shù)發(fā)展中自身的角色任務(wù)和承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。

二、火電廠熱效率低的真正原因分析

發(fā)展安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)是煤電工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要目標(biāo)。目前我國(guó)大部分火電機(jī)組的熱利用效率大概只有40%左右，也就是說，只有燃料化學(xué)能量的40%被得到利用，其余的60%全部被浪費(fèi)。我們知道，火電廠鍋爐的效率高達(dá)90%多，排煙、散熱等損失僅僅占10%不到，從能量數(shù)值利用的角度來分析似乎已經(jīng)非常完善[1]。但是從可用能的角度來分析，如果以煙氣可用能為100%時(shí)，鍋爐內(nèi)的可用能損失達(dá)35%左右，產(chǎn)生的主要原因是煙氣與水、汽之間存在相當(dāng)大的溫差。如果以燃料的化學(xué)可用能為100%為準(zhǔn)的話，鍋爐內(nèi)的燃燒及不等溫傳熱、排煙、散熱等造成的可用能損失大約要占化學(xué)可用能的50%以上。這就是說，燃料化學(xué)可用能的一大半在鍋爐內(nèi)損失了，其中燃燒造成的可用能損失又占總損失的60%左右。這就是目前火電廠熱利用效率低的真正原因，也正是引起冷源損失大的主要原因。從表面上看，凝汽器內(nèi)的損失是最大的，但事實(shí)上鍋爐內(nèi)燃燒傳熱不可逆過程中造成的不可逆損失最為嚴(yán)重。按照熱力學(xué)第二定律的觀點(diǎn)來分析，兩物體之間的溫差是熱量傳遞的必要條件，然而由于存在傳熱溫差，將必然使系統(tǒng)的熵增加，做功能力火用值減少。在整個(gè)熱力系統(tǒng)中，最大的損失發(fā)生在鍋爐的傳熱過程中，因?yàn)槠鋫鳠釡夭钭畲螅簿褪钦f熵增最大，同時(shí)，也就是不可逆性最大，因此做功能力損失最大，而不是凝汽器內(nèi)的冷源損失最大。當(dāng)前熱力學(xué)第二定律的可用能分析方法，逐漸受到人們的重視，從另一個(gè)分析角度來逐步建立起了這樣的概念。

三、節(jié)能技術(shù)方向展望

在這樣的火電廠最主要能量損失理論分析下，可以看出，要實(shí)現(xiàn)火電廠大規(guī)模的節(jié)能，從根本上提高燃料的熱利用效率，就要從鍋爐的損失原因出發(fā)，從真正降低鍋爐傳熱不可逆過程中的不可逆損失角度出發(fā)，針對(duì)性的提出改善和提高熱效率的技術(shù)措施。我們可以設(shè)想：最完善的技術(shù)措施應(yīng)該是如何把化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能，而不是把化學(xué)能先轉(zhuǎn)變成熱能，再把熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能、電能。但是，在目前的科技發(fā)展水平下，還不能進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)現(xiàn)化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變成電能，還需要借助燃燒的手段把化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能后加以利用。因此，只能應(yīng)用從提高水蒸汽的最高溫度和工質(zhì)的平均吸熱溫度，減少煙氣與工質(zhì)之間的平均傳熱溫差的措施，來減少鍋爐內(nèi)擁?yè)p失，達(dá)到提高燃料熱利用效率的根本目的。在當(dāng)前及將來科技發(fā)展下，盡可能地提高蒸汽的平均吸熱溫度，是提高裝置循環(huán)熱利用效率的關(guān)鍵所在[2]。

1.從熱力整體角度看節(jié)能實(shí)施環(huán)節(jié)

從熱力學(xué)整體角度來看，火電廠是能量加工和轉(zhuǎn)換的工廠，是一套蒸汽動(dòng)力循環(huán)裝置，是在最基本的朗肯循環(huán)基礎(chǔ)上加上回?zé)嵫h(huán)、再熱循環(huán)來實(shí)現(xiàn)電力生產(chǎn)的。在該循環(huán)中，從可用能的角度看，采用回?zé)峋涂梢蕴岣咤仩t給水的溫度，從而減少鍋爐不可逆?zhèn)鳠岬臏夭?，來減少熵增和不可逆損失，因此提高了熱利用效率；采用再熱也可以提高蒸汽溫度，減少在鍋爐內(nèi)傳熱中的不可逆損失，從而提高熱利用效率；保持最佳真空，也就保證了熱能在汽機(jī)內(nèi)能量的最大轉(zhuǎn)換效率......從該循環(huán)來看，循環(huán)的全過程的各個(gè)環(huán)節(jié)中，都可以提出和采取節(jié)能的措施，當(dāng)然在該循環(huán)中也包括了人員這一因素的參與，這也是目前大部分火電廠內(nèi)部管理和節(jié)能的主攻方向，但只有不斷依靠科技水平來提高循環(huán)工質(zhì)溫度，減少和鍋爐內(nèi)煙氣的溫度差，才能從本質(zhì)上提高循環(huán)熱效率，它必將是實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電機(jī)組大規(guī)模節(jié)能的最好方向。它預(yù)示著將來發(fā)展的超超臨界火電機(jī)組如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是我國(guó)的煤電工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要技術(shù)措施，科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，目前電站的材料發(fā)展是嚴(yán)重影響實(shí)現(xiàn)電力大規(guī)模節(jié)能發(fā)展的瓶頸。

2.能量?jī)r(jià)值分析與“節(jié)電”

為了提高各發(fā)電企業(yè)的市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，對(duì)高效能火電機(jī)組提出的要求不僅僅是去實(shí)現(xiàn)節(jié)約燃料資源，它需要綜合考慮最終發(fā)電成本。周所周知，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率是發(fā)電廠綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其計(jì)算公式為：

bnS =bS/（1-ξ）

式中：bS--發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，kg/kwh；

bnS--供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，kg/kwh；

ξ--廠用電率

其物理意義很明確，即為發(fā)電廠每供應(yīng)1KWh的電能所需要的標(biāo)煤量，此式作為我國(guó)電力行業(yè)主要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)被廣泛使用。

四、結(jié)束語(yǔ)

在市場(chǎng)化條件下，火電機(jī)組能量節(jié)能需要從每個(gè)環(huán)節(jié)入手，即使目前條件下還不能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的、高效率的能量轉(zhuǎn)換，但我們?nèi)匀挥邢喈?dāng)大的節(jié)能潛力可以挖掘，仍然有很多需要努力去完善和不斷去優(yōu)化的措施，讓在目前科技水平下，把能量轉(zhuǎn)換的效率發(fā)揮到當(dāng)前客觀存在狀況下的最優(yōu)值，就是對(duì)煤電工業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出的貢獻(xiàn)。

任何一個(gè)事物的發(fā)展都必然和相關(guān)的事物聯(lián)系在一起，相互影響、相互制約?；痣姍C(jī)組的發(fā)展離不開煤電產(chǎn)業(yè)鏈的和諧發(fā)展，這樣才能保證煤電工業(yè)的平穩(wěn)、健康發(fā)展，只有在宏觀國(guó)家優(yōu)化政策引領(lǐng)下，充分發(fā)揮市場(chǎng)化作用，才能走出煤電工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的道路。

參考文獻(xiàn)

[1]容鑾恩等編.電站鍋爐原理.北京：中國(guó)電力出版社，1997

[2]沈維道等編.工程熱力學(xué).第三版.北京：高等教育出版社，2001

[3]鄭體寬.熱力發(fā)電廠.北京：中國(guó)電力出版社，2000

[4]張明智等.能量?jī)r(jià)值法分析給水泵汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性.汽輪機(jī)技術(shù). 2007（2）

作者簡(jiǎn)介：趙鑫，男，（1982--），發(fā)電管理部值長(zhǎng)。