小型火電廠熱機系統(tǒng)相關電氣設計的節(jié)能措施探析

焦靈燕 吉威寧

（內(nèi)蒙古電力勘測設計院有限責任公司）

0 引言

人類對能源資源的利用，為人類社會的進步提供了巨大的推動力，例如石油、煤炭的開采使用，都帶來了生產(chǎn)力的飛躍，使社會得到高速發(fā)展。伴隨著經(jīng)濟的繁榮，人民生活質量提高，人口呈緩慢增長趨勢，工業(yè)生產(chǎn)，人類生活都離不開對各種能源資源的消耗，進而產(chǎn)生的能源問題成為需要全球共同解決的嚴重問題，特別是不可再生能源的減少和新生能源的開發(fā)利用困難，在很大程度上制約了世界的進步。在二十一世紀的今天，國家越來越重視可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)文明建設，節(jié)能減排、保護人類共同家園的觀念已深入人心，節(jié)約能源資源不單單能緩解資源緊張問題，還對生態(tài)文明，環(huán)境保護起著重要作用。在發(fā)電領域，通過對發(fā)電廠的節(jié)能設計研究，探索新型清潔發(fā)電模式，在日常生活中提倡大家節(jié)約用電等方法，促進節(jié)能減排工作的實施。

1 火電廠熱機系統(tǒng)及相關電氣設計及損耗情況

根據(jù)國家統(tǒng)計局的數(shù)據(jù)顯示，2018年中國總發(fā)電量為67914.2億kWh，其中火力發(fā)電量達49794.7億kWh，占總發(fā)電量的73.32%，是中國發(fā)電行業(yè)中的主力軍。但相較于風力發(fā)電、太陽能發(fā)電，傳統(tǒng)的火力發(fā)電耗能高，影響周邊環(huán)境。當代全球面臨日益突顯的能源緊缺、污染環(huán)境等問題，節(jié)能環(huán)保已成為中國電力工業(yè)結構調(diào)整的重要方向，火力發(fā)電行業(yè)關閉了一些能效低、對環(huán)境傷害大的小火電機組，努力研究新型技術，加快發(fā)展電氣設備。

電氣設備如果想得到合理、高效的利用，那么它的設計一定要將使用要求、機器設備與發(fā)電量需求的匹配及運行維護等條件充分考慮周全，追求適用性這一標準，在火力發(fā)電生產(chǎn)過程中優(yōu)化人工環(huán)境，全面、準確地計算火電廠發(fā)電所需的資源，提供充足且適量的原料，保障發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定輸出。在實際運行中，火電廠主要存在以下幾個方面的問題。

1.1 熱機設備投入使用未經(jīng)調(diào)節(jié)

發(fā)電廠熱機靜電除塵器件是火力發(fā)電廠中常見的設備。在實際運行中，一旦靜電除塵器件發(fā)生電場短路問題，沒有及時得到調(diào)節(jié)的話，它的除塵功能就會受到影響，導致變壓器的容量出現(xiàn)偏差，發(fā)生重載、輕載、空載現(xiàn)象，增加電氣耗損。

1.2 火電廠系統(tǒng)未按規(guī)范運行

有些火電廠的管理制度規(guī)定不夠完善合理，存在欠缺，在實際運行過程中執(zhí)行起來會出現(xiàn)嚴重問題，降低電能利用率，影響企業(yè)經(jīng)濟效益的同時造成了更多資源能源的消耗［1］。

1.3 發(fā)生鐵磁現(xiàn)象

鐵磁現(xiàn)象是指在電氣設備的磁場作用中，其內(nèi)部鐵制零件產(chǎn)生磁滯、渦流效應，使鐵器周圍熱量集中，導致局部溫度升高，產(chǎn)生電能耗損。鐵磁現(xiàn)象若持續(xù)存在，嚴重時會損傷設備。影響它的使用壽命。

1.4 執(zhí)行節(jié)能減排的力度不夠

近些年來，為了深入貫徹落實科學發(fā)展觀，我國政府將節(jié)能減排工作作為當前的緊迫任務，出臺了許多相關政策和行政法規(guī)，在全國范圍內(nèi)大力推廣，鼓勵扶持企業(yè)清潔生產(chǎn)。但在時代的巨大浪潮下，經(jīng)濟的快速增長在一定程度上依然需要靠大量的資源消耗來保障，政府無法從根本上扭轉現(xiàn)在的局面，節(jié)能減排在實際生產(chǎn)中缺乏有力執(zhí)行，許多企業(yè)也沒有正確意識到節(jié)能減排的重要性，無法形成強力配合。在這樣的大背景下，火電廠的節(jié)能減排目標也難以實現(xiàn)。

2 小型火電廠熱機系統(tǒng)及相關電氣設計中的節(jié)能措施

2.1 熱機凈化燃燒過程

電主要靠燃燒煤炭來發(fā)電，煤燃燒后會產(chǎn)生二氧化硫、二氧化氮等污染物，嚴重影響空氣質量。燃燒凈化技術的主要目的是改變?nèi)紵a(chǎn)物的化學性質，比如電子束脫硫技術，這是目前最先進的燃燒過程凈化技術，它的原理是將煤炭中的硫元素通過電子束輻照而脫離出來，從而減少了硫化物的產(chǎn)生，達到凈化燃燒產(chǎn)物的目的。在提升燃燒凈化技術的同時，還可改良燃燒鍋爐，多運用高質量燃燒器，既能提高生產(chǎn)率，又能減少對環(huán)境的污染。

2.2 相關電氣設計優(yōu)質低阻電纜的使用

線路電阻是影響其能耗的一個重要因素，是分析熱機系統(tǒng)及電氣設計耦合節(jié)能不可或缺的手段。能耗的高低與線路電阻值的大小成正比，因此，降低線路的電阻值可以減少不必要的能耗。電氣設計的節(jié)能手段首先要利用優(yōu)質的低電阻輸電線路，減少輸電線路中的電能損耗。在實際設計中，應該以低電阻材料制成的優(yōu)質電纜來替代傳統(tǒng)的鋁芯電纜，達到降低電阻值的目的，還可利用新型設計工藝，在降低線路阻值的同時降低它的分布電容，更有效地減少能耗。為了增加經(jīng)濟效益，還會依照電纜經(jīng)濟電流密度來進行調(diào)整，選擇合適截面的電纜。低電阻電纜伴隨著低熱量，它在溫度負荷高的情況下比高阻值電纜運行穩(wěn)定，還能減少安全事故的發(fā)生。因此合理地選擇使用低阻值電纜，是降低能耗的有效措施。

2.3 降低熱電廠照明耗損，提高能源利用階梯性

火電廠在電氣照明方面消耗不小，降低照明耗損的關鍵在于照明燈具的選用。目前我國火電廠在照明上通常選擇綠色節(jié)能燈具，例如LED燈，它的燈管中填充惰性氣體，使電子和原子發(fā)生更多的彈性碰撞，損失的能量也就更少，在同樣的照明要求下，它比熒光燈的功率要小很多。盡管綠色節(jié)能燈具的價格比一般燈具要高，但在實際運用中，節(jié)能燈有著相對更高的效能和更長的使用壽命，且能耗遠遠低于普通燈具，是降低照明損耗的高性價比選擇［2］。

2.4 制定火電廠完善監(jiān)管制度

火電廠節(jié)能減排工作的落實，需要一套完善的監(jiān)管制度來保障。定制合理監(jiān)管制度，主要從以下兩個方面入手：第一是制定合理的電能管理制度。火電廠生產(chǎn)過程中消耗大量電能，每個流程的用電量需要被統(tǒng)一記錄，用來反映實際生產(chǎn)效果，避免用電浪費。第二是完善人員的管理制度。節(jié)能降耗，真正實施起來在于人，只有火電廠所有領導員工都意識到節(jié)能降耗的重要性，才能更大地降低能耗。在人員的管理中，將節(jié)能降耗工作納入員工的績效考核，每個人簽訂節(jié)能降耗目標責任書，對于高度執(zhí)行、獲得良好節(jié)能效果的部門予以獎勵，不配合、不執(zhí)行的部門予以懲罰。通過獎懲機制提醒員工加強節(jié)能降耗意識，從身邊做起，共同完成節(jié)能目標。

2.5 合理選擇相關變壓器

變壓器是一種主要變換交流電壓的器件，當有交流電流通過時，利用電磁互感效應，達到變換電壓的目的。但由于電流具有一定的熱效應，它通過線路或導體時會產(chǎn)生發(fā)熱的現(xiàn)象，造成熱損耗，變壓器在長時間的工作中，通過的電流不斷變化，熱效應持續(xù)累積，特別是對高壓電的轉換，需要消耗更多的能量。因此，合理選擇變壓器，提倡使用高性能的新型變壓器，例如用浸油式變壓器，它的損耗低、噪聲低且傳輸效率高，可以降低電銅線的損耗。另一方面，線路的長度也是損耗的一個重要因素。由于電流的熱效應，導線越長，電流傳輸?shù)臅r間越久，產(chǎn)生的熱量也更多，所以變壓器的安裝位置也值得考量，在安全可控的情況下，盡量減少線路的長度，為了保證傳輸效率，可以使用橫截面積較大的電纜，在嚴格執(zhí)行安全標準的前提下，縮短供電區(qū)和用電建筑之間的距離，這些都可以降低損耗。所以在火電廠的實際應用中，根據(jù)需求選擇合適的變壓器，優(yōu)化變壓器等電設備的使用設計，都是降低損耗的有效方式［3］。

2.6 加強配合供配電系統(tǒng)節(jié)能設計

優(yōu)化供配電系統(tǒng)涉及到多個方面：供電設備的使用性能及所能承受的最大容量，季節(jié)變化帶來用電需求的變化，天氣環(huán)境對電設備操作要求的影響等，都需要綜合考慮，才能設計出適用性強、操作簡便的節(jié)能配電系統(tǒng)。

2.7 高效耦合電動機的實際運用

從節(jié)能減排的角度出發(fā)，使用高效電動機是全球發(fā)展的大趨勢。傳統(tǒng)的低效電動機一般使用芯片、硅鋼片制作而成，工藝粗糙，使用效果一般。而高效電動機在材料、工藝設計等方面采用先進技術，減少了電動機的功率損耗，避免了低效電動機在工作中產(chǎn)生的能源浪費問題，大大提高能源利用率。除此以外，高效電動機還具有使用壽命長、運行穩(wěn)定等優(yōu)勢，這些都是低效電動機不可比擬的。由于高效電動機依靠先進的材料、技術，它的價格成本遠高于普通電動機，而且后期的運行維護也需要更多的資金支持，這并不適用于所有火電廠，尤其對于一些小型火電廠，它們難以負擔太高的資金投入。因此高效電動機的運用需要根據(jù)火電廠的規(guī)模、實際情況來抉擇。

2.8 從能源角度為基點，提高燃煤效率

煤是火力發(fā)電廠的重要能源。煤粉顆粒很細，單位質量的煤粉具有較大的表面積，表面可以吸附大量空氣，具有一定的流動性，當設備不嚴密時容易漏粉，造成能源損耗。為了降低煤粉的流動性，可以加強制粉系統(tǒng)的摩擦功能，使煤粉表面更粗糙，從而減少用電損失，提高燃煤利用率。

2.9 火電廠相關附屬設備照明調(diào)壓器的使用

不同于普通燈具，火電廠燈具由于其特殊的工作環(huán)境，通過的電壓較高，它的使用壽命遠低于普通燈具，頻繁地更換燈具也是對資源的一種浪費。為了避免上述現(xiàn)象發(fā)生，在照明方面，很多火電廠選擇使用照明調(diào)壓器，調(diào)節(jié)照明燈具的工作電壓，提供相對穩(wěn)定的運行環(huán)境，延長燈具壽命。

2.10 規(guī)范火電廠熱機系統(tǒng)運行制度

火電廠在節(jié)能減排方面需要有系統(tǒng)、規(guī)范的制度，比如制定設備的自動生產(chǎn)流程，即用即停，及時關閉未使用的設備，避免不必要的持續(xù)開啟造成用電浪費，達到節(jié)能減排目的。

3 結束語

綜上所述，根據(jù)國家能源發(fā)展戰(zhàn)略和火電廠的現(xiàn)狀，節(jié)能減排已成為火電廠的發(fā)展趨勢，本文分析討論了目前火電廠主要節(jié)能措施：加強熱機及供配電系統(tǒng)的節(jié)能設計，合理優(yōu)化熱機及電氣相關系統(tǒng)設計，使用優(yōu)質電纜和變壓器，降低附屬損耗，選擇照明調(diào)壓器，凈化燃燒過程等方面，從而提高煤的利用率，耦合運用實際情況，運行高效電動機，制定完善的運行和監(jiān)管制度，強化人員節(jié)約意識等，從以上各個方面來強化火電廠的節(jié)能減排效果，為建設和諧、可持續(xù)發(fā)展社會貢獻應有的力量。