論熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的改進(jìn)方向

何天

摘 要：現(xiàn)階段中我國(guó)最為重要的問題就是在有限的能源狀況下，如何進(jìn)一步提高資源的利用率，從而保證我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展，文章就針對(duì)熱能動(dòng)力工程的研究方向和研究的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而提出有效的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：熱能；動(dòng)力工程；改進(jìn)方向

中圖分類號(hào)：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）27-0174-02

熱電廠中主要是通過汽輪機(jī)組的運(yùn)行產(chǎn)生熱能和動(dòng)能，從而達(dá)到利用資源的效果，熱電廠產(chǎn)生的能源如果能夠被有效的利用起來，就會(huì)造成很大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是就目前我國(guó)熱電廠的生產(chǎn)技術(shù)而言，還不能完全的對(duì)這些能源進(jìn)行有效利用?！盁犭娐?lián)產(chǎn)”、“動(dòng)電聯(lián)產(chǎn)”、“熱動(dòng)聯(lián)產(chǎn)”等技術(shù)的結(jié)合能夠有效的解決這些問題，這些技術(shù)在未來熱電廠的發(fā)展中進(jìn)行應(yīng)用，必將為我國(guó)的熱電企業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)的機(jī)遇。

1 熱能動(dòng)力工程的工作原理和研究方向

熱能和動(dòng)力工程的工作原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單。就是采用專門的動(dòng)力裝置，對(duì)能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將原來的熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的動(dòng)能會(huì)作用在發(fā)電機(jī)組的裝置中，推動(dòng)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行，從而將一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能，另一部分的動(dòng)能會(huì)以其他能量形式浪費(fèi)掉，這也就是熱電廠生產(chǎn)效率低下的根本原因。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)在熱能與動(dòng)力工程的實(shí)際使用過程中只有30%左右的能量會(huì)被利用，剩余70%左右的能量都以熱能及其他形式的能量散失掉。因此在熱電廠中要注意能源的轉(zhuǎn)換效率，從而保證整個(gè)電廠的能源利用率，達(dá)到節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的目的。

熱能和動(dòng)力工程主要依據(jù)的是工程物理學(xué)科的相關(guān)理論原理為基礎(chǔ)，以內(nèi)燃機(jī)和其他正在進(jìn)行研究的新型的動(dòng)力系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)為研究對(duì)象，綜合工程力學(xué)、自動(dòng)控制、機(jī)械工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的知識(shí)和重點(diǎn)的內(nèi)容聯(lián)系在一起，研究各種燃料在進(jìn)行燃燒過程中產(chǎn)生的化學(xué)能和動(dòng)能的安全和污染問題，以及在進(jìn)行動(dòng)能與電能轉(zhuǎn)換工程中的轉(zhuǎn)換原理和轉(zhuǎn)換效率的問題，并針對(duì)這些問題研究能夠自動(dòng)實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換控制的自動(dòng)化設(shè)備。

2 熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的發(fā)展現(xiàn)狀

熱能與動(dòng)力工程是最近幾年才逐漸發(fā)展起來的一門新興的學(xué)科，該學(xué)科能夠有效的解決我國(guó)的能源緊張問題，因此對(duì)熱能和動(dòng)力工程進(jìn)行研究具有十分重要的意義，研究熱能和動(dòng)力工程使我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，能夠建設(shè)環(huán)境友好型的社會(huì)，但是由于熱能與動(dòng)力工程在我國(guó)的研究與發(fā)展還處于初級(jí)階段，在發(fā)展與應(yīng)用的過程中還存在一些問題。

2.1 重?zé)岈F(xiàn)象

熱電廠在正常的運(yùn)行過程中為了保證對(duì)能量進(jìn)行合理的利用和在前后的轉(zhuǎn)換之間具有一定的通道壓差，往往與上一環(huán)節(jié)相比，在下一個(gè)環(huán)節(jié)中具有較低的焓值，這就是我們平常所說的“重?zé)岈F(xiàn)象”。假如說在整個(gè)熱電廠的運(yùn)行過程中出現(xiàn)“重?zé)岈F(xiàn)象”會(huì)產(chǎn)生一系列的危害，同時(shí)還會(huì)影響到在能量轉(zhuǎn)換過程中的能量利用效率。具體來講，“重?zé)岈F(xiàn)象”的危害一般包括以下幾方面：

首先“重?zé)岈F(xiàn)象”會(huì)導(dǎo)致熱電廠中電能在進(jìn)行儲(chǔ)存和釋放的過程中會(huì)產(chǎn)生電量的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致用戶在用電過程中的電壓不穩(wěn)定。其次“重?zé)岈F(xiàn)象”會(huì)影響熱電廠的物質(zhì)在進(jìn)行燃燒過程中的穩(wěn)定性，會(huì)對(duì)燃燒過程中產(chǎn)生的蒸汽量產(chǎn)生變化，導(dǎo)致數(shù)值的波動(dòng)，從而影響到整個(gè)電廠的發(fā)電性能。最后“重?zé)岈F(xiàn)象”還會(huì)對(duì)發(fā)電過程中的氣壓產(chǎn)生影響，氣壓也會(huì)在一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生波動(dòng)，導(dǎo)致電能在頻率上的不穩(wěn)定，從而降低了熱電廠產(chǎn)生電能的質(zhì)量。在實(shí)際的生產(chǎn)中對(duì)重?zé)岈F(xiàn)象的利用率還不到3%。

2.2 節(jié)流調(diào)節(jié)

在熱電廠的正常運(yùn)行過程中節(jié)流調(diào)節(jié)的應(yīng)用最為廣泛。當(dāng)熱電廠中的發(fā)電設(shè)備機(jī)組在工作中發(fā)生變化時(shí)，會(huì)增加整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中的能源消耗，從而影響著整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)流調(diào)節(jié)一般都應(yīng)用在容量較小的發(fā)電機(jī)組中，當(dāng)機(jī)組的額定負(fù)載最大值中有一級(jí)達(dá)到，就會(huì)增加系統(tǒng)的級(jí)數(shù)，級(jí)數(shù)的增加會(huì)減少設(shè)備機(jī)組的數(shù)量，從而將供電臨界電壓值降低。在實(shí)際的應(yīng)用中只有當(dāng)設(shè)備機(jī)組的級(jí)數(shù)在三級(jí)以上時(shí)，才會(huì)用到節(jié)流調(diào)節(jié)。因此節(jié)流調(diào)節(jié)主要是用在設(shè)備機(jī)組的數(shù)量發(fā)生變化時(shí)，起到維持系統(tǒng)正常運(yùn)行的作用。

2.3 濕氣損失

濕汽損失產(chǎn)生的原因并不是單一不變的，而是由多種因素的影響共同決定的。主要能夠產(chǎn)生濕氣損失的原因主要是：

首先，蒸汽在進(jìn)行膨脹的過程中會(huì)有部分的水蒸氣液化形成一些小水滴，這些小水滴混在水蒸氣會(huì)影響到水蒸氣的質(zhì)量，這樣就會(huì)造成濕氣損失。其次，水滴與水蒸氣混在一起進(jìn)行移動(dòng)，但是兩者的移動(dòng)速度不同，水滴的速度會(huì)比較慢，水蒸氣的移動(dòng)速度較快，這樣在水滴移動(dòng)速度的影響下，會(huì)拖累水蒸氣的移動(dòng)速度，從而造成濕氣損失。最后，水滴還會(huì)對(duì)噴管中的主流的正常運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，導(dǎo)致主流的能量發(fā)生變化，能量降低，會(huì)導(dǎo)致多余的機(jī)組設(shè)備運(yùn)行。

3 熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的改進(jìn)方向

針對(duì)以上分析的熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的現(xiàn)狀，提出能夠有效提高熱電廠中能源利用效率的改進(jìn)方向與改進(jìn)措施。

3.1 合理利用重?zé)岈F(xiàn)象

重?zé)岈F(xiàn)象是指從上一環(huán)節(jié)到下一環(huán)節(jié)過程中損失的能量，因此在實(shí)際的狀況中可以對(duì)重?zé)岈F(xiàn)象進(jìn)行合理的利用。產(chǎn)生重?zé)岈F(xiàn)象的因素有很多種，但是如果能夠在多級(jí)的環(huán)節(jié)中對(duì)損失的能量加以利用，可以有效的提高能量的利用效率，但是重?zé)岈F(xiàn)象并不是任何狀況下都能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)能源的再利用，只有在利用率低的情況下可以利用。而且即使再利用也不可能對(duì)所用的能量進(jìn)行利用，只能夠利用一部分。

另外，系統(tǒng)對(duì)重?zé)岈F(xiàn)象中損失的能量利用并不是越大越好，利用系數(shù)保持在一定的范圍內(nèi)，才能夠?qū)ο到y(tǒng)最佳，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，一般對(duì)重?zé)崂玫男时３衷?%～8%之間。因此在熱電廠中要根據(jù)電廠的實(shí)際情況去選取合適的利用系數(shù)，從而保證在整個(gè)發(fā)電系統(tǒng)中能夠正常運(yùn)行的前提下，最大程度的利用熱能和動(dòng)力工程。

3.2 調(diào)配選擇與工況變動(dòng)

假調(diào)頻就是指發(fā)電機(jī)組在進(jìn)行并網(wǎng)的過程中會(huì)對(duì)電網(wǎng)中的頻率產(chǎn)生影響，造成電網(wǎng)頻率波動(dòng)范圍在10 Hz以上，這樣電網(wǎng)的控制系統(tǒng)就會(huì)對(duì)自身的頻率變化動(dòng)態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，并調(diào)整自身的頻率以保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，電網(wǎng)就會(huì)自動(dòng)的增減整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷，從而保證電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。但是在進(jìn)行增減負(fù)荷的過程中系統(tǒng)中的運(yùn)行機(jī)組數(shù)量就會(huì)發(fā)生變化，這樣會(huì)增加在控制過程中的難度，從而增加電網(wǎng)工作人員的工作負(fù)荷。因此當(dāng)電網(wǎng)中的負(fù)荷發(fā)生大的變化時(shí)，只是通過一次的調(diào)頻并不能夠完全穩(wěn)定整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行頻率。此時(shí)可以通過二次調(diào)頻的方式對(duì)頻率再次進(jìn)行調(diào)整，將電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定在0.2 Hz的變化范圍內(nèi)。

一般對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行二次調(diào)頻的方式主要有：手動(dòng)調(diào)頻和自動(dòng)調(diào)頻兩種。鑒于操作的難易程度和操作的時(shí)間特點(diǎn)，一般在熱電廠中采用自動(dòng)調(diào)頻的方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整。因此在進(jìn)行熱能與動(dòng)力工程的改進(jìn)過程中需要對(duì)調(diào)整的方式進(jìn)行合理的選擇，盡量選取能夠有效提高經(jīng)濟(jì)效益的措施。

除此之外，還需要對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行工況變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。運(yùn)行工況與焓值有一定的關(guān)系，假如說在汽輪機(jī)的第一閥當(dāng)運(yùn)行工況中流量增加，就會(huì)增加系統(tǒng)中的壓力，這樣就需要降低焓值的等級(jí)，反之則要增加焓值的等級(jí)。當(dāng)?shù)谝婚y值全開，第二閥值關(guān)閉的狀況下，焓值需要在最大中間值的位置，這樣整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行工況就會(huì)發(fā)生變化，但是中間級(jí)的壓力和焓值的大小并不會(huì)發(fā)生變化，因此在進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中需要根據(jù)實(shí)際的狀況和各閥門的狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)行工況的選擇，從而保證能夠很好的利用熱能和動(dòng)力工程。

比如說在背壓式汽輪機(jī)的改進(jìn)工程中可以在背壓式汽輪機(jī)上裝一個(gè)后置的低壓凝汽汽輪機(jī)，這樣在進(jìn)行發(fā)電的過程中低壓凝汽汽輪機(jī)會(huì)利用背壓式汽輪機(jī)中產(chǎn)生的熱氣進(jìn)行再次發(fā)電，形成雙重發(fā)電，經(jīng)過這樣的改造就可以有效的提高背壓式汽輪機(jī)的發(fā)電效率。在原來的被壓式汽輪機(jī)的工作中需要補(bǔ)充70%的水分，這樣將70%的水分從15 ℃加溫到鍋爐溫度就需要再次消耗20%～30%的能量，在進(jìn)行改進(jìn)之后就會(huì)節(jié)約12%左右的電量。

3.3 提高節(jié)流調(diào)節(jié)效率

在熱電廠中進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)的過程中不存在對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)的調(diào)節(jié)，而且在第一級(jí)的調(diào)節(jié)過程中往往可以完成全周進(jìn)汽，在運(yùn)行工況發(fā)生變化時(shí)，各級(jí)之間的溫度會(huì)隨著發(fā)生變化，溫度變化，就會(huì)更加符合負(fù)荷的存在。這種形式的調(diào)節(jié)雖然能夠起到節(jié)流調(diào)節(jié)的作用，但是從整體而言，不能夠有效的提高經(jīng)濟(jì)效益。因此該種調(diào)節(jié)方式主要應(yīng)用在小容量的機(jī)組設(shè)備中。

但是隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)電能的使用也越來越多，要求熱電廠能夠在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的提高發(fā)電效率和熱能與動(dòng)力工程的利用效率，因此在進(jìn)行熱能與動(dòng)力工程的改進(jìn)過程中可以采用弗留格爾公式應(yīng)用到節(jié)流調(diào)節(jié)過程中。弗留格爾公式能夠根據(jù)熱電廠中的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的計(jì)算，推算出各級(jí)的焓值大小和壓力差的大小，根據(jù)推算的數(shù)值，電網(wǎng)工作人員就能夠準(zhǔn)確的對(duì)機(jī)組設(shè)備中的零部件的運(yùn)行狀況和使用效率進(jìn)行判斷，對(duì)其異常之處進(jìn)行判斷和處理，從而保證機(jī)組設(shè)備能夠高效的運(yùn)行，這樣就能夠有效地保證機(jī)組內(nèi)節(jié)流調(diào)節(jié)的高效性。

3.4 降低濕氣損失

濕氣損失在工程各行中大約占68%左右，由此可見濕氣損失嚴(yán)重。根據(jù)濕氣損失對(duì)熱電廠的影響分析可以發(fā)現(xiàn)在熱能與動(dòng)力工程的改進(jìn)過程中降低濕氣損失十分有必要。一般減少濕氣的措施主要有：使用去濕裝置、使用中間再循環(huán)系統(tǒng)對(duì)濕氣進(jìn)行再利用、增加整個(gè)系統(tǒng)中機(jī)組的抗沖蝕能力等措施。但是在實(shí)際的運(yùn)行中，進(jìn)行這些措施的操作過程還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損失。比如說軸承之間的摩擦力等。因此在進(jìn)行降濕的過程可以采用軸流式汽輪機(jī)。

在軸流式汽輪機(jī)的工作過程中的濕氣損失為60%，在進(jìn)行改進(jìn)的過程中主要是將汽輪機(jī)內(nèi)部的高壓蒸汽從汽輪機(jī)的而一側(cè)輸入，然后從另一側(cè)輸出低壓的蒸汽，這樣就會(huì)在汽輪機(jī)內(nèi)形成一股由高壓指向低壓的指向力，這樣就可以在降低能源消耗的基礎(chǔ)上，有效的提高熱能和動(dòng)力工程的利用效率，將效率提高到75%以上，因此在熱電廠中采用軸流式汽輪機(jī)在熱能和動(dòng)力工程的改進(jìn)中十分重要。

4 結(jié) 語

本文主要是針對(duì)在熱電廠中熱能和動(dòng)力工程的能源利用效率低下的問題進(jìn)行研究，通過對(duì)熱電廠熱能和動(dòng)力工程的原理和未來的研究方向進(jìn)行闡述，分析在實(shí)際中熱電廠運(yùn)行的現(xiàn)狀，找到能夠有效提高熱能和動(dòng)力工程利用效率的措施，并從合理利用重?zé)岈F(xiàn)象、調(diào)配選擇與工況變動(dòng)、提高節(jié)流調(diào)節(jié)效率、降低濕氣損失四個(gè)方面進(jìn)行熱能和動(dòng)力工程的改進(jìn)策略。

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