論熱電廠中熱能與動力工程的改進方向

何天

摘 要：現階段中我國最為重要的問題就是在有限的能源狀況下，如何進一步提高資源的利用率，從而保證我國可持續發展戰略的發展，文章就針對熱能動力工程的研究方向和研究的現狀進行分析，從而提出有效的改進方向。

關鍵詞：熱能；動力工程；改進方向

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0174-02

熱電廠中主要是通過汽輪機組的運行產生熱能和動能，從而達到利用資源的效果，熱電廠產生的能源如果能夠被有效的利用起來，就會造成很大的社會效益和經濟效益。但是就目前我國熱電廠的生產技術而言，還不能完全的對這些能源進行有效利用。“熱電聯產”、“動電聯產”、“熱動聯產”等技術的結合能夠有效的解決這些問題，這些技術在未來熱電廠的發展中進行應用，必將為我國的熱電企業帶來新的挑戰的機遇。

1 熱能動力工程的工作原理和研究方向

熱能和動力工程的工作原理相對比較簡單。就是采用專門的動力裝置，對能源進行轉換，將原來的熱能轉換為動能，經過轉換后的動能會作用在發電機組的裝置中，推動發電機組的運行，從而將一部分動能轉換為電能，另一部分的動能會以其他能量形式浪費掉，這也就是熱電廠生產效率低下的根本原因。據不完全統計在熱能與動力工程的實際使用過程中只有30%左右的能量會被利用，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換效率，從而保證整個電廠的能源利用率，達到節約能源和保護環境的目的。

熱能和動力工程主要依據的是工程物理學科的相關理論原理為基礎，以內燃機和其他正在進行研究的新型的動力系統和機械系統為研究對象，綜合工程力學、自動控制、機械工程學、環境學、電力電子技術、計算機等學科的知識和重點的內容聯系在一起，研究各種燃料在進行燃燒過程中產生的化學能和動能的安全和污染問題，以及在進行動能與電能轉換工程中的轉換原理和轉換效率的問題，并針對這些問題研究能夠自動實現能量轉換控制的自動化設備。

2 熱電廠中熱能與動力工程的發展現狀

熱能與動力工程是最近幾年才逐漸發展起來的一門新興的學科，該學科能夠有效的解決我國的能源緊張問題，因此對熱能和動力工程進行研究具有十分重要的意義，研究熱能和動力工程使我國可持續發展戰略的重要組成部分，能夠建設環境友好型的社會，但是由于熱能與動力工程在我國的研究與發展還處于初級階段，在發展與應用的過程中還存在一些問題。

2.1 重熱現象

熱電廠在正常的運行過程中為了保證對能量進行合理的利用和在前后的轉換之間具有一定的通道壓差，往往與上一環節相比，在下一個環節中具有較低的焓值，這就是我們平常所說的“重熱現象”。假如說在整個熱電廠的運行過程中出現“重熱現象”會產生一系列的危害，同時還會影響到在能量轉換過程中的能量利用效率。具體來講，“重熱現象”的危害一般包括以下幾方面：

首先“重熱現象”會導致熱電廠中電能在進行儲存和釋放的過程中會產生電量的不穩定，從而導致用戶在用電過程中的電壓不穩定。其次“重熱現象”會影響熱電廠的物質在進行燃燒過程中的穩定性，會對燃燒過程中產生的蒸汽量產生變化，導致數值的波動，從而影響到整個電廠的發電性能。最后“重熱現象”還會對發電過程中的氣壓產生影響，氣壓也會在一定的范圍內產生波動，導致電能在頻率上的不穩定，從而降低了熱電廠產生電能的質量。在實際的生產中對重熱現象的利用率還不到3%。

2.2 節流調節

在熱電廠的正常運行過程中節流調節的應用最為廣泛。當熱電廠中的發電設備機組在工作中發生變化時，會增加整個發電系統中的能源消耗，從而影響著整個發電系統的經濟效益。節流調節一般都應用在容量較小的發電機組中，當機組的額定負載最大值中有一級達到，就會增加系統的級數，級數的增加會減少設備機組的數量，從而將供電臨界電壓值降低。在實際的應用中只有當設備機組的級數在三級以上時，才會用到節流調節。因此節流調節主要是用在設備機組的數量發生變化時，起到維持系統正常運行的作用。

2.3 濕氣損失

濕汽損失產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。主要能夠產生濕氣損失的原因主要是：

首先，蒸汽在進行膨脹的過程中會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影響到水蒸氣的質量，這樣就會造成濕氣損失。其次，水滴與水蒸氣混在一起進行移動，但是兩者的移動速度不同，水滴的速度會比較慢，水蒸氣的移動速度較快，這樣在水滴移動速度的影響下，會拖累水蒸氣的移動速度，從而造成濕氣損失。最后，水滴還會對噴管中的主流的正常運動產生影響，導致主流的能量發生變化，能量降低，會導致多余的機組設備運行。

3 熱電廠中熱能與動力工程的改進方向

針對以上分析的熱電廠中熱能與動力工程的現狀，提出能夠有效提高熱電廠中能源利用效率的改進方向與改進措施。

3.1 合理利用重熱現象

重熱現象是指從上一環節到下一環節過程中損失的能量，因此在實際的狀況中可以對重熱現象進行合理的利用。產生重熱現象的因素有很多種，但是如果能夠在多級的環節中對損失的能量加以利用，可以有效的提高能量的利用效率，但是重熱現象并不是任何狀況下都能夠實現對能源的再利用，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所用的能量進行利用，只能夠利用一部分。

另外，系統對重熱現象中損失的能量利用并不是越大越好，利用系數保持在一定的范圍內，才能夠對系統最佳，經過大量的實驗研究，一般對重熱利用的效率保持在4%～8%之間。因此在熱電廠中要根據電廠的實際情況去選取合適的利用系數，從而保證在整個發電系統中能夠正常運行的前提下，最大程度的利用熱能和動力工程。

3.2 調配選擇與工況變動

假調頻就是指發電機組在進行并網的過程中會對電網中的頻率產生影響，造成電網頻率波動范圍在10 Hz以上，這樣電網的控制系統就會對自身的頻率變化動態進行檢測，并調整自身的頻率以保持在穩定的狀態，電網就會自動的增減整個系統的負荷，從而保證電網的頻率穩定。但是在進行增減負荷的過程中系統中的運行機組數量就會發生變化，這樣會增加在控制過程中的難度，從而增加電網工作人員的工作負荷。因此當電網中的負荷發生大的變化時，只是通過一次的調頻并不能夠完全穩定整個系統的運行頻率。此時可以通過二次調頻的方式對頻率再次進行調整，將電網的頻率穩定在0.2 Hz的變化范圍內。

一般對電網進行二次調頻的方式主要有：手動調頻和自動調頻兩種。鑒于操作的難易程度和操作的時間特點，一般在熱電廠中采用自動調頻的方式對電網進行調整。因此在進行熱能與動力工程的改進過程中需要對調整的方式進行合理的選擇，盡量選取能夠有效提高經濟效益的措施。

除此之外，還需要對汽輪機的運行工況變化進行調節。運行工況與焓值有一定的關系，假如說在汽輪機的第一閥當運行工況中流量增加，就會增加系統中的壓力，這樣就需要降低焓值的等級，反之則要增加焓值的等級。當第一閥值全開，第二閥值關閉的狀況下，焓值需要在最大中間值的位置，這樣整個系統的運行工況就會發生變化，但是中間級的壓力和焓值的大小并不會發生變化，因此在進行調節的過程中需要根據實際的狀況和各閥門的狀態進行運行工況的選擇，從而保證能夠很好的利用熱能和動力工程。

比如說在背壓式汽輪機的改進工程中可以在背壓式汽輪機上裝一個后置的低壓凝汽汽輪機，這樣在進行發電的過程中低壓凝汽汽輪機會利用背壓式汽輪機中產生的熱氣進行再次發電，形成雙重發電，經過這樣的改造就可以有效的提高背壓式汽輪機的發電效率。在原來的被壓式汽輪機的工作中需要補充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，在進行改進之后就會節約12%左右的電量。

3.3 提高節流調節效率

在熱電廠中進行節流調節的過程中不存在對調節級的調節，而且在第一級的調節過程中往往可以完成全周進汽，在運行工況發生變化時，各級之間的溫度會隨著發生變化，溫度變化，就會更加符合負荷的存在。這種形式的調節雖然能夠起到節流調節的作用，但是從整體而言，不能夠有效的提高經濟效益。因此該種調節方式主要應用在小容量的機組設備中。

但是隨著社會的發展，對電能的使用也越來越多，要求熱電廠能夠在現有的基礎上進一步的提高發電效率和熱能與動力工程的利用效率，因此在進行熱能與動力工程的改進過程中可以采用弗留格爾公式應用到節流調節過程中。弗留格爾公式能夠根據熱電廠中的實際數據進行快速的計算，推算出各級的焓值大小和壓力差的大小，根據推算的數值，電網工作人員就能夠準確的對機組設備中的零部件的運行狀況和使用效率進行判斷，對其異常之處進行判斷和處理，從而保證機組設備能夠高效的運行，這樣就能夠有效地保證機組內節流調節的高效性。

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重。根據濕氣損失對熱電廠的影響分析可以發現在熱能與動力工程的改進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、使用中間再循環系統對濕氣進行再利用、增加整個系統中機組的抗沖蝕能力等措施。但是在實際的運行中，進行這些措施的操作過程還會產生機械損失。比如說軸承之間的摩擦力等。因此在進行降濕的過程可以采用軸流式汽輪機。

在軸流式汽輪機的工作過程中的濕氣損失為60%，在進行改進的過程中主要是將汽輪機內部的高壓蒸汽從汽輪機的而一側輸入，然后從另一側輸出低壓的蒸汽，這樣就會在汽輪機內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上，有效的提高熱能和動力工程的利用效率，將效率提高到75%以上，因此在熱電廠中采用軸流式汽輪機在熱能和動力工程的改進中十分重要。

4 結 語

本文主要是針對在熱電廠中熱能和動力工程的能源利用效率低下的問題進行研究，通過對熱電廠熱能和動力工程的原理和未來的研究方向進行闡述，分析在實際中熱電廠運行的現狀，找到能夠有效提高熱能和動力工程利用效率的措施，并從合理利用重熱現象、調配選擇與工況變動、提高節流調節效率、降低濕氣損失四個方面進行熱能和動力工程的改進策略。

參考文獻：

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