火電廠熱能動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能改造研究

華電電力科學(xué)研究院有限公司山東分院 宋 昂

為切實(shí)保障我國(guó)可持續(xù)發(fā)展理念的落實(shí)，綠色、節(jié)能、高效的發(fā)展理念成為了火電廠發(fā)展的基礎(chǔ)，火電發(fā)電廠要合理利用良好的發(fā)展環(huán)境，以提高發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量為核心，加強(qiáng)對(duì)火電廠熱動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化升級(jí)，從而降低了系統(tǒng)的能耗和總體的工作效率?；痣姀S通常采用熱能動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)電，但是在這個(gè)過(guò)程中極易產(chǎn)生能源損耗，這一問(wèn)題需要引起重視，要充分利用能源梯級(jí)利用來(lái)提高生產(chǎn)效率。不可再生資源的持續(xù)減少，火電廠也面臨著原材料資源不足的問(wèn)題，同時(shí)隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的提高用電量明顯提高，生產(chǎn)、生活都對(duì)用電安全提出了極高要求。

面對(duì)這樣的社會(huì)發(fā)展環(huán)境，如何實(shí)現(xiàn)高效發(fā)展，需要火力發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化與節(jié)能改造，通過(guò)引入先進(jìn)的技術(shù)促進(jìn)系統(tǒng)的發(fā)展，提高能源轉(zhuǎn)化效率，緩解資源匱乏的壓力，滿(mǎn)足了節(jié)能生產(chǎn)的基本要求。針對(duì)影響火電廠熱能動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能的相關(guān)因素分析，結(jié)合工作原理、節(jié)能改造原理，制定合理的優(yōu)化對(duì)策。在復(fù)雜的市場(chǎng)環(huán)境下，火電發(fā)電廠只有不斷優(yōu)化自身熱能動(dòng)力系統(tǒng)，才能持續(xù)提高安全性和經(jīng)濟(jì)效益，特別是在可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能型的社會(huì)環(huán)境下，對(duì)火電廠提出了極高的要求，在嚴(yán)格遵循綠色發(fā)展的基礎(chǔ)上，要優(yōu)化熱能發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能改造，提高其運(yùn)行的可靠性、節(jié)能性。

1 熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化及節(jié)能改造思路

1.1 分析火電廠熱能動(dòng)力系統(tǒng)

熱能發(fā)電就是利用礦物燃料等燃燒物質(zhì)來(lái)產(chǎn)生熱量，再由發(fā)電站將其轉(zhuǎn)換成電力的發(fā)電方式。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化的研究可知：從生物化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋C(jī)械能和電能，熱能動(dòng)力系統(tǒng)運(yùn)行中，由于資源燃燒不充分，能量的轉(zhuǎn)化率較低，導(dǎo)致產(chǎn)生大量的浪費(fèi)。同時(shí)石油、煤炭等原材料燃燒后會(huì)形成大量的二氧化碳、二氧化硫，這些成分若是不進(jìn)行處理排放到大氣中，還會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。熱能動(dòng)力系統(tǒng)建設(shè)階段，火電廠要充分考慮各個(gè)方面的因素和各種技術(shù)，同時(shí)根據(jù)國(guó)家、行業(yè)就似乎標(biāo)準(zhǔn)，合理應(yīng)用機(jī)械設(shè)備并且實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的組和應(yīng)用，有效提高熱能動(dòng)力系統(tǒng)的綜合性能，在促進(jìn)熱能動(dòng)力系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，提高能源的轉(zhuǎn)化率[1]。

在熱能動(dòng)力系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用階段，在提升系統(tǒng)先進(jìn)性的基礎(chǔ)上，為系統(tǒng)的維護(hù)提供保障，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在系統(tǒng)建設(shè)中，要保證投入資金控制在合理預(yù)算中，還要致力于減少后期損耗、維修費(fèi)用，以此來(lái)保證經(jīng)濟(jì)效益。隨著我國(guó)節(jié)能環(huán)保政策的落實(shí)，綠色環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，火電廠由于能源損耗、污染治理等因素所承擔(dān)的費(fèi)用越來(lái)越高，當(dāng)前熱能動(dòng)力系統(tǒng)的應(yīng)用更多的關(guān)注機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益，缺乏對(duì)社會(huì)效益的評(píng)估，導(dǎo)致熱能動(dòng)力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性受到嚴(yán)重影響。通過(guò)對(duì)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化和改造，有利于提高熱能動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)質(zhì)量，為保障火電廠可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.2 重視系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化

當(dāng)前，大量的優(yōu)質(zhì)煤炭被化工行業(yè)應(yīng)用，火電廠使用的煤炭質(zhì)量不佳。媒質(zhì)的變化直接影響鍋爐燃燒的質(zhì)量，導(dǎo)致能源利用率較差，能量轉(zhuǎn)化率約30%～40%。雖然近幾年來(lái)我國(guó)大力發(fā)展新型能源，但現(xiàn)階段為發(fā)揮火力發(fā)電的保障托底作用，提高火力發(fā)電的效果、實(shí)現(xiàn)資源最大程度的應(yīng)用，就要積極的針對(duì)熱能動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，做好節(jié)能技術(shù)的改造，提高能量轉(zhuǎn)化率[2]。

熱能動(dòng)力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況分析，存在著多級(jí)汽輪機(jī)組中的各級(jí)之間熱能損失有很大的差異，導(dǎo)致電能的使用率較差等問(wèn)題。隨著熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化，要處理好熱能等級(jí)與燃料化學(xué)等級(jí)之間的關(guān)系，有效整合動(dòng)力側(cè)和化工側(cè)，應(yīng)用集成原理提高能源的充分使用。機(jī)組組成的各級(jí)能源合理應(yīng)用是提高能源轉(zhuǎn)化率的基礎(chǔ)，因此要挖掘出熱能動(dòng)力系統(tǒng)的潛力，降低了火力發(fā)電廠的運(yùn)行壓力，增加了其經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 關(guān)于熱能動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能改造

通過(guò)對(duì)熱動(dòng)力系統(tǒng)工作原理的分析，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)中的蒸汽會(huì)隨冷卻水的產(chǎn)生而產(chǎn)生熱量浪費(fèi)，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，因此有大量的能量被浪費(fèi)。蒸汽膨脹中出現(xiàn)明顯的水滴，導(dǎo)致蒸汽能源的損耗。對(duì)比水滴，蒸汽運(yùn)動(dòng)速度更快，蒸汽與水滴的不斷結(jié)合還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的濕氣，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鍋爐會(huì)產(chǎn)生一些水珠，這樣就會(huì)導(dǎo)致蒸汽的損失。調(diào)整裝置的操作頻率可以降低濕度，由此降低損失，但是機(jī)組也無(wú)法在額定狀態(tài)下保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，依然會(huì)形成能源損耗。為了減少熱能動(dòng)力系統(tǒng)的損耗，火電廠就要針對(duì)設(shè)備實(shí)施節(jié)流調(diào)節(jié)，若是機(jī)組容量較小，通過(guò)節(jié)流調(diào)節(jié)能夠保證機(jī)組保持在穩(wěn)定狀態(tài)，減少能源的消耗[3]。

關(guān)于環(huán)境污染治理，為了減少溫室氣體排放到大氣中引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，火電廠就要合理的應(yīng)用煙氣治理技術(shù)，在系統(tǒng)尾端安裝相應(yīng)裝置。不過(guò)，先污染、后治理的方式也會(huì)產(chǎn)生大量的能源損耗，環(huán)境污染處理效果較差，阻礙了發(fā)電行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。要解決上述問(wèn)題，必須從多個(gè)角度進(jìn)行節(jié)能改造，減少能源損耗的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)污染治理。

2 火電廠熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化及節(jié)能改造措施

2.1 聯(lián)產(chǎn)技術(shù)

聯(lián)產(chǎn)技術(shù)在火電廠中的應(yīng)用能夠促進(jìn)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)化與污染控制的有機(jī)結(jié)合，還能實(shí)現(xiàn)提升資源的能量轉(zhuǎn)換率。具體分析，就是在汽輪發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段，通過(guò)合理應(yīng)用產(chǎn)生的熱量，既能發(fā)電還能供熱，實(shí)現(xiàn)了熱電聯(lián)產(chǎn)的效果。電能、熱能同時(shí)獲取就可以形成有效的能源利用模式，聯(lián)產(chǎn)技術(shù)能夠?qū)Σ煌芳?jí)的熱能進(jìn)行合理應(yīng)用，也就是低品級(jí)熱采用集中供熱、高品位熱進(jìn)行發(fā)電，由此提升能源的利用率。

2.1.1 關(guān)于系統(tǒng)建設(shè)

通過(guò)物理和化學(xué)相結(jié)合手段實(shí)現(xiàn)聯(lián)產(chǎn)，從而能夠推動(dòng)煤炭資源的有效利用。以煤氣為例，其中95%的煤炭被轉(zhuǎn)換成了可燃燒的合成氣體，從而達(dá)到了回收利用的目標(biāo)。反應(yīng)器的合理使用可以使煤變成化學(xué)制品，用剩余的為其進(jìn)行發(fā)電，從而促進(jìn)發(fā)電行業(yè)與化工行業(yè)的結(jié)合發(fā)展，該裝置不僅保證了煤氣化裝置的安全運(yùn)行，而且還降低了機(jī)組的發(fā)電成本。

不過(guò)發(fā)電和化工行業(yè)最大的不同，為系統(tǒng)設(shè)備要分別進(jìn)行改造，聯(lián)產(chǎn)技術(shù)要在系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化的基礎(chǔ)上進(jìn)行應(yīng)用，具有整體性和系統(tǒng)性的特點(diǎn)。蒸汽動(dòng)力聯(lián)產(chǎn)要保證燃?xì)廨啓C(jī)、鍋爐機(jī)組、汽輪機(jī)高壓系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，形成一個(gè)聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行中要達(dá)到結(jié)合共產(chǎn)的效果，保證各個(gè)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)和協(xié)調(diào)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)廢氣資源化處理，為提高系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益、保護(hù)生態(tài)環(huán)境有積極影響[4]。

2.1.2 控制優(yōu)化

熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化階段，為了實(shí)現(xiàn)能源的充分利用，要注重充分利用和利用系統(tǒng)所產(chǎn)生的CO2，再利用分離技術(shù)進(jìn)行潔凈燃料的分離，從而達(dá)到化工合成生產(chǎn)的效果，合成氣也具有平衡的化學(xué)成本，燃料的化學(xué)性質(zhì)、熱能和自由能可以建立動(dòng)態(tài)的聯(lián)系，提升了能源轉(zhuǎn)化效率。為了在熱能動(dòng)力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)能量循環(huán)，就要重視對(duì)換熱系數(shù)的控制、保障再熱管道的完整性，減小蒸汽機(jī)熱端管道的口徑而達(dá)到改善管道壓力的效果，將熱能動(dòng)力系統(tǒng)的能源損耗控制在一定范圍中。系統(tǒng)運(yùn)行需要維持合理的運(yùn)行規(guī)律，交替使用單閥、順序閥而形成聯(lián)產(chǎn)結(jié)構(gòu)，從而也有利于提高熱能動(dòng)力系統(tǒng)的工作效率。

2.1.3 供熱調(diào)節(jié)

在煤的燃燒過(guò)程中，由于系統(tǒng)的供暖，往往會(huì)出現(xiàn)熱量均衡差、流量大、溫差小等問(wèn)題。為了提高蒸汽過(guò)熱度的管控，就要將供熱蒸汽熱量通過(guò)熱能動(dòng)力而完成熱量的轉(zhuǎn)化[5]。為了保證供熱系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，減少能源損耗，就要積極的進(jìn)行熱力管網(wǎng)的改造，部分地區(qū)采用了新的排水溝，對(duì)循環(huán)水泵進(jìn)行了改造。在水泵變頻器上加裝變頻器，可以更好地掌握系統(tǒng)的可變流量，根據(jù)設(shè)備的負(fù)載曲線(xiàn)設(shè)定溫度、并對(duì)水溫進(jìn)行適時(shí)的調(diào)節(jié)。熱能發(fā)電系統(tǒng)的工作溫度的改變也會(huì)導(dǎo)致能量的損失，因此要結(jié)合設(shè)備運(yùn)行的負(fù)荷情況控制調(diào)節(jié)閥。

2.2 合理應(yīng)用回收技術(shù)

2.2.1 關(guān)于余熱的回收

在熱能發(fā)電系統(tǒng)的節(jié)能改造中要大力推廣利用余熱。本文從熱能發(fā)電的角度出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行了分析。余熱的利用率和回收率較低，系統(tǒng)產(chǎn)生的余熱會(huì)隨著煙氣、污水等直接排出。目前，鍋爐排煙溫度在200℃左右，具有極高的回收潛力，煙氣熱量的高效回收能夠達(dá)到節(jié)約資源的效果。常用的回收方式為預(yù)熱、助燃，其中預(yù)熱就是利用煙氣完成對(duì)工件的預(yù)熱處理，不過(guò)這一方式一般會(huì)受到場(chǎng)地的限制，通過(guò)煙氣加熱空氣，起到輔助燃燒作用，從而提高鍋爐的熱量，可提高燃燒質(zhì)量。

當(dāng)采用管道加熱時(shí)，管道可以橫向布置，從而確保煙氣通過(guò)恒定流量沖洗傳熱表面，減小腐蝕。熱能動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能改造中，鍋爐尾部可以進(jìn)行安裝低壓省煤器，安裝盡可能在接近引水的部位，促進(jìn)煙氣中余熱的回收。污水余熱的回收，要結(jié)合系統(tǒng)定期排污特點(diǎn)進(jìn)行節(jié)能改造，系統(tǒng)通過(guò)擴(kuò)容減壓后，廢水如果直接排放會(huì)造成余熱的浪費(fèi)，因此可考慮在鍋爐上安裝余熱回收裝置，有效回收污水中余熱，促進(jìn)提升能源的利用率。余熱回收裝置通過(guò)溫度較低的水冷卻煙氣，將溫度降低到水蒸氣冷凝成水，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煙氣中余熱的回收。

2.2.2 凝結(jié)水回收

在火電廠發(fā)電階段，熱能發(fā)電系統(tǒng)中的能量與水資源對(duì)蒸氣熱的生成起著重要作用。鍋爐在使用過(guò)程中應(yīng)將水位控制在一定的區(qū)間，水位控制較高會(huì)導(dǎo)致蒸汽中攜帶大量的水分，蒸汽的溫度也會(huì)相應(yīng)下降。熱量釋放后蒸汽會(huì)被壓縮成水珠，如果被直接排放將會(huì)造成資源的浪費(fèi)。在蒸汽中，凝結(jié)水排出了25%的熱量，對(duì)高溫冷凝水的回收可以降低水資源的浪費(fèi)，降低能源消耗。冷凝水回收技術(shù)可以回收低壓蒸汽水的余熱，通過(guò)余熱促進(jìn)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)行。

火力發(fā)電廠采用壓力回水、背壓回水的方法，壓力回水采用了防滲濾網(wǎng)，采用壓力泵來(lái)增加壓力，從而完成對(duì)凝結(jié)水中余熱收集，能夠補(bǔ)償鍋爐的一部分能量，促進(jìn)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，要注意在鍋爐運(yùn)行中對(duì)閥門(mén)和水泵的檢查。背壓回水方式在加熱裝置的背壓較低時(shí)，可利用疏水閥的反壓來(lái)回收冷凝水，通過(guò)閥門(mén)的壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)水蒸氣和冷凝水的輸送，提高了蒸汽的利用率。

3 結(jié)語(yǔ)

在節(jié)能環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的社會(huì)背景以及能源結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的嚴(yán)峻形勢(shì)下，火力發(fā)電廠運(yùn)營(yíng)理念也必須發(fā)生不斷的變化。熱能動(dòng)力系統(tǒng)中存在的能源損耗較大、污染排放嚴(yán)重問(wèn)題，可通過(guò)能量梯級(jí)利用的措施促進(jìn)熱能動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化和改造，通過(guò)節(jié)能改造能夠?qū)崿F(xiàn)各方資源的有效整合利用，發(fā)揮保護(hù)環(huán)境的效果。在針對(duì)熱能動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行改造的過(guò)程中，要合理應(yīng)用聯(lián)產(chǎn)技術(shù)、回收技術(shù)等，達(dá)到熱能動(dòng)力系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能改造等的目的，達(dá)到節(jié)能效果?；痣姀S熱動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的優(yōu)化，有效提升了發(fā)電效率和發(fā)電質(zhì)量，具有節(jié)約資源、減少污染的作用。

在大型的火電廠中，火電發(fā)電系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)化非常關(guān)鍵，通過(guò)熱能動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)煙氣、廢水的綜合治理利用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蒸汽余熱的回收，促進(jìn)了資源的有效利用率，為火電廠的可持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

以當(dāng)前火電廠運(yùn)行現(xiàn)狀為基礎(chǔ)，熱能動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能優(yōu)化和改造有極高的應(yīng)用條件，得到了國(guó)家和行業(yè)的認(rèn)可，因此火電廠要根據(jù)自身情況不斷提升節(jié)能理念，應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，有利于保障經(jīng)濟(jì)效益，火電廠還要不斷創(chuàng)新新型節(jié)能技術(shù)，以滿(mǎn)足熱能動(dòng)力系統(tǒng)節(jié)能的需求，順應(yīng)綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)需求。