熱能與動(dòng)力工程在電廠中的運(yùn)用探究

閆天明

（中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州510663）

0 引言

雖然我國(guó)以火力發(fā)電為主，但是隨著資源消耗增多，資源短缺形勢(shì)日益嚴(yán)峻，當(dāng)前許多電廠逐漸重視將能源動(dòng)力工程運(yùn)用在火電廠生產(chǎn)過(guò)程中，在現(xiàn)有資源的基礎(chǔ)上提高電廠的發(fā)電效率，實(shí)現(xiàn)發(fā)電的節(jié)能環(huán)保。即利用電廠供熱機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱能的現(xiàn)象，將熱能轉(zhuǎn)化為電能，并且作為供熱系統(tǒng)的能源支持。雖然供熱機(jī)組產(chǎn)生的熱能有重要的應(yīng)用意義，但電熱聯(lián)產(chǎn)的生產(chǎn)技術(shù)在我國(guó)發(fā)展時(shí)間較短，在應(yīng)用過(guò)程中還存在許多問(wèn)題，導(dǎo)致實(shí)際生產(chǎn)效率不高?；诖?，筆者根據(jù)自身的工作經(jīng)驗(yàn)淺談提高電廠運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程效率的措施。

1 熱能與動(dòng)力工程概述

熱能與動(dòng)力工程就是將熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能、動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能和電能，其主要研究熱能與動(dòng)能之間的相互轉(zhuǎn)化，遵循的主要規(guī)律為能量守恒定律。此外，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)電過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，并采取有效措施加以解決，提高設(shè)備的運(yùn)行效率。熱能與動(dòng)力工程的內(nèi)容較為復(fù)雜，涉及多個(gè)領(lǐng)域和學(xué)科的知識(shí)。合理運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程不僅可以提高電廠的工作效率，還能降低成本，增加電廠的經(jīng)濟(jì)效益。總而言之，熱能與動(dòng)力工程是一種符合科學(xué)發(fā)展觀的工程，在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中也有極大的促進(jìn)作用。

2 電廠運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程的必要性

從我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)形勢(shì)以及電廠中熱能與動(dòng)力工程運(yùn)用的現(xiàn)狀來(lái)看，電廠合理運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程主要有以下兩點(diǎn)必要性：（1）它符合時(shí)代發(fā)展的需求。當(dāng)前，我國(guó)正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展階段，對(duì)能源的需求極大、依賴性極高。一旦離開能源，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)不僅難以發(fā)展，甚至可能會(huì)停滯不前。然而當(dāng)前，我國(guó)能源形勢(shì)卻十分嚴(yán)峻，主要表現(xiàn)為能源生產(chǎn)率低、短缺嚴(yán)重。依據(jù)當(dāng)前實(shí)際情況，我國(guó)能源生產(chǎn)能力難以滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求。因此，電廠有必要合理運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程，降低能源消耗，提高能源利用率，緩解能源緊張局面，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。（2）企業(yè)自身利用熱能與動(dòng)力工程存在問(wèn)題。當(dāng)前企業(yè)利用熱能和動(dòng)力工程的效果不明顯，不僅沒(méi)有實(shí)現(xiàn)降低能耗、提高利用率的目的，反而對(duì)生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了極大的破壞，加重了環(huán)境污染問(wèn)題。因此，有必要合理有效利用熱能與動(dòng)力工程，提高電廠的生產(chǎn)效率，鞏固我國(guó)建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的成果。

3 電廠合理運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程的對(duì)策

3.1 減少調(diào)壓過(guò)程的能耗

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中需要及時(shí)調(diào)節(jié)機(jī)組出力，提高機(jī)組對(duì)壓力的適應(yīng)能力，使其在運(yùn)行中負(fù)荷變化始終處于平穩(wěn)狀態(tài)。通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷，可以提高機(jī)組的工作效率，降低發(fā)電成本，增加電廠的經(jīng)濟(jì)效益。但是，調(diào)壓過(guò)程中也會(huì)造成能源消耗，降低發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。例如：如果發(fā)電機(jī)組運(yùn)行負(fù)荷較大，需要進(jìn)行滑壓調(diào)節(jié)操作，而滑壓調(diào)節(jié)會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組生產(chǎn)出無(wú)用的機(jī)械能，降低運(yùn)行效率。要合理運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程，提高運(yùn)行效率，必須將調(diào)壓過(guò)程中產(chǎn)生的能耗降至最低。而通過(guò)對(duì)調(diào)壓過(guò)程中的能耗進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，能耗產(chǎn)生的根源在于發(fā)電機(jī)組自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其工作原理，而非工作人員的操作失誤或發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)故障。因此，要減少調(diào)壓過(guò)程的能耗，需優(yōu)化發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完善其工作機(jī)制。

3.2 優(yōu)化調(diào)頻方案的選擇

由于外界負(fù)荷處于不斷變化狀態(tài)，電網(wǎng)頻率也會(huì)不斷波動(dòng)。在此情況下，并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組會(huì)根據(jù)電網(wǎng)頻率實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)自身的動(dòng)態(tài)性能，自動(dòng)增加或減少自身承受的外界負(fù)荷，以維持電網(wǎng)頻率正常，并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組的這一操作也被稱為一次調(diào)頻。一次調(diào)頻負(fù)荷的增量需依據(jù)負(fù)荷功率隨頻率的變化以及調(diào)速器兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)平衡，一次調(diào)頻只能將頻率控制在一定范圍內(nèi)，其具有頻率調(diào)節(jié)快的特點(diǎn)。但是由于調(diào)整量不同，不同發(fā)電機(jī)組存在特定的差異，而且由于調(diào)整量在某個(gè)范圍內(nèi)變化，工作人員使用一次調(diào)頻方式維持電網(wǎng)頻率存在一定的難度。此外，在負(fù)荷變化幅度較大的情況下，一次調(diào)頻難以達(dá)到恢復(fù)常規(guī)頻率的目的。因此，工作人員要優(yōu)化調(diào)配方案，選擇二次調(diào)頻進(jìn)行處理。二次調(diào)頻包括自動(dòng)調(diào)頻和手動(dòng)調(diào)頻兩種方式，具有可靠性高、易操作的特點(diǎn)。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中，要選擇正確的調(diào)頻方式，提高運(yùn)行效率。

3.3 合理利用多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象

多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象是指在多級(jí)汽輪中，上一級(jí)汽輪機(jī)損失的一部分熱能可以被下一級(jí)汽輪機(jī)或后幾級(jí)汽輪機(jī)利用。重?zé)嵯禂?shù)是指各級(jí)理想焓降之和多于汽輪機(jī)理想焓降的值在汽輪機(jī)理想焓降中所占的比例。由于重?zé)岈F(xiàn)象的利用，多級(jí)汽輪機(jī)的整體運(yùn)行效率要高于單個(gè)汽輪機(jī)的平均運(yùn)行效率。但是，汽輪機(jī)整體運(yùn)行效率的提高是建立在犧牲級(jí)效率的基礎(chǔ)上，即汽輪機(jī)只是回收部分熱損失。因此，并非重?zé)嵯禂?shù)越高，能源利用率就越高，最佳重?zé)嵯禂?shù)應(yīng)處于一定的范圍。在發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，工作人員可以通過(guò)調(diào)節(jié)重?zé)岬睦寐?，將重?zé)嵯禂?shù)調(diào)節(jié)至合理范圍內(nèi)，從而達(dá)到提高發(fā)電效率的目的。但是，不同發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)存在差異，其最佳重?zé)嵯禂?shù)也就必然各不相同。通常情況下，重?zé)嵯禂?shù)處于0.04～0.08為最佳狀態(tài)。因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，電廠需要根據(jù)發(fā)電機(jī)組的特點(diǎn)，找出適合本廠的最佳重?zé)嵯禂?shù)，才能讓發(fā)電機(jī)組盡可能處于最佳運(yùn)行狀態(tài)。

3.4 降低濕氣損失帶來(lái)的影響

發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中不僅會(huì)產(chǎn)生熱能，而且會(huì)產(chǎn)生大量濕氣。由于熱傳遞的原理，溫度更低的濕氣會(huì)帶走一部分熱能，從而產(chǎn)生能耗。因此，加強(qiáng)濕氣的控制和管理可以降低能耗，提高發(fā)電效率。濕氣造成能源損失的原因在于濕氣的流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生熱損失，水蒸氣的凝結(jié)也會(huì)產(chǎn)生濕氣損失。此外，濕氣損失還會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生直接的影響：濕氣會(huì)造成動(dòng)葉邊緣發(fā)生沖蝕，使葉片長(zhǎng)度和面積變小，使用年限縮短。當(dāng)前較為普遍的濕氣損失控制方式為吸收水蒸氣，減少濕氣對(duì)熱能的損耗及葉片的沖蝕。此外，還可以安裝去濕裝置或循環(huán)裝置，吸收并回收濕氣。

3.5 有效地進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)

正常情況下，第一級(jí)節(jié)流調(diào)節(jié)就可以達(dá)到全周進(jìn)汽的效果。如果發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生變化，而且各級(jí)溫度差異不大，第一級(jí)節(jié)流調(diào)節(jié)具備較好的效果，在小容量機(jī)組及基本負(fù)荷較大的機(jī)組中應(yīng)用效果更為明顯。然而工況的變化會(huì)造成節(jié)流損失，導(dǎo)致熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用效果不理想，不能達(dá)到降低成本、提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。因此，在發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，需要依據(jù)弗留格爾公式，確保熱能與動(dòng)力工程運(yùn)用的可靠性。工作人員可結(jié)合弗留格爾公式的運(yùn)用條件，推斷同流量下各級(jí)的壓差和焓降，再進(jìn)一步確定機(jī)組零部件的受力狀況和功率，監(jiān)視汽輪機(jī)的運(yùn)行狀況。即在汽輪機(jī)流量已知的情況下，將汽輪機(jī)運(yùn)行前的各級(jí)壓力狀況與弗留格爾公式進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)結(jié)果判斷通流面積及其相應(yīng)的變化。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，熱能與動(dòng)力工程的合理高效運(yùn)用一直是發(fā)電領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，在電廠中合理高效運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和長(zhǎng)遠(yuǎn)意義。本文從減少調(diào)壓過(guò)程的能耗、優(yōu)化調(diào)頻方案的選擇、合理利用多級(jí)汽輪機(jī)的重?zé)岈F(xiàn)象、降低濕氣損失帶來(lái)的影響、有效地進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)5個(gè)方面促進(jìn)電廠對(duì)熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用只是基于筆者的個(gè)人實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但實(shí)際運(yùn)用并不拘泥于以上5點(diǎn)。隨著電力生產(chǎn)技術(shù)水平的提高，必將出現(xiàn)更多更好的措施，能進(jìn)一步提高電廠運(yùn)用熱能與動(dòng)力工程的效率，更好地服務(wù)于電廠發(fā)電。

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