如何提高熱電廠熱能與動力工程的效率

黃江波 湖北華電襄陽燃機熱電有限公司

熱力發電是我國目前最重要的一種發電方式，隨著發電技術的不斷創新，熱力發電效率也得到了相應的提升。然而，熱力發電多使用的是不可再生資源，比如煤炭，使得我國煤炭儲備越來越少，煤炭開采形勢越發嚴峻。在這樣的背景下，熱電廠應采取科學的方法，提高熱能效率，以緩解熱力供電的壓力。

一、熱電廠發電

要想提高熱電廠熱能效率，讓動力工程更好地發揮作用，首先要對熱電廠的發電原理和供電流程有清晰的認識。本文從以下三個方面，對發電原理進行分析。第一，由于煤炭在燃燒的過程中，會釋放熱量，這些熱量會讓水變成水蒸汽。第二，這些水蒸汽會通過特定的管道，輸送到汽輪機中，通過汽輪機帶動與之相連的發電機高速運轉，將其動能轉換為電能。第三，汽輪機可以將上一階段產生的汽體輸送到凝汽器之中，在凝汽器之中經過冷卻，水蒸汽還原成液態水，并再次參與到使用的循環當中。其次，要想提高熱能效率，還要對發電流程了如指掌。通過對我國當下發電廠的客觀情況進行分析，我們不難發現，發電廠都是以火力發電為主。煤炭在發電廠中經過指定步驟的處理，送入燃燒爐進行燃燒。由于燃燒的過程中會產生水蒸汽，水蒸汽進入汽輪機中，賦予汽輪機動能。汽輪機的高速運轉會帶動相應設備產生電能。

二、熱電廠熱能和動力工程效率的提升方法

（一）減少蒸汽損耗

對于熱力發電來說，讓煤炭在鍋爐中充分燃燒是必不可少的步驟。推動汽輪機運轉的水蒸汽也是在這一環節中產生的。水蒸汽通過對汽輪機的動葉柵進行做功，將自身的動能轉換為汽輪機的動能，然后自身進入凝汽系統中進行冷卻。然而，水蒸汽的熱能并沒有得到充分的轉化，這就是我們通常所說的“余速損失”。究其原因，可以歸納為以下幾點。第一，在對汽輪機做功時，水蒸汽的溫度通常遠遠大于葉輪的溫度。在這一過程中，能量從水蒸汽轉化到汽輪機上時水蒸汽產生液化變成液態水。這就是汽輪機表面液態水的來源。而這些液態水并沒有參與做功，是一種能量的損失。第二，水要想完全汽化，對溫度就有一定的要求。通常，難燒爐內的水蒸汽是處于一種半汽化的狀態，水蒸汽之間還夾雜著許許多多的微小水滴，使得整體對汽輪機進行做功的效果不甚理想。

由于熱電廠熱能的效率和動力工程的效率會受到水蒸汽的影響，所以，要想提高這一效率，就要減少蒸汽熱能的損耗。具體來說，首先可以加強煤炭燃燒過程的管控。鍋爐操作人員應實時監控鍋爐內部的溫度和壓力參數，一旦發現溫度或壓力低于要求的標準時，要適當采取增溫、增壓的措施。這樣能夠提高液態水的汽化率，提高對汽輪機做功的效果。保證鍋爐內部的溫度是為了減少水滴的量，使能量轉化的效率更高。其次，電廠要及時對技術進行創新，對陳舊的、性能不佳的設備進行更換，甚至可以將一些管路用新興的高分子材料管材進行替換，減小水蒸汽在傳輸過程中遇到的阻力。

（二）降低濕汽損失

熱電廠在發電的過程中，濕汽損失也在所難免。如何減少濕汽損失成了各發電廠近年來研究的主要課題。濕汽損失不光會降低發電效率，會給動葉進汽邊緣造成傷害，尤其對葉頂背弧的傷害較為嚴重，為發電廠的安全生產帶來隱患。造成這一現象的主要原因在于：第一，一部分蒸汽受到蒸汽膨脹作用的影響，發生了液化。第二，由于凝結的水珠質量較大，對蒸汽的運行速度造成了制約，導致蒸汽整體的動能不足。第三，蒸汽的溫度不足，也會造成動能的損耗。為了解決這一問題，發電廠應在適當位置裝配祛濕裝置，減少蒸汽中水珠的含量。發電廠還要通過對設備材料的更新，提高設備的抗沖蝕能力。根據發電流程的具體情況，發電廠還可以適當添加熱循環系統，并合理使用帶吸水縫的噴灌，提高水蒸汽的使用效率。需要注意的是，發電廠還要加強對蒸汽輪機的管理，不光要減少汽輪機運行過程中各軸承之間的摩擦力，還要對材料進行改進，用抗濕性能更好的材料，用質量更輕的材料，以減少汽輪機的負擔。要想進一步提高熱力效率，發電廠還可以使用更先進的汽輪機，比如軸流式汽輪機。高溫高壓蒸汽在導入軸流式汽輪機的一端之后，會推動汽輪機的運轉，讓蒸汽的另一端排出。這在一定程度上借助物理原理，讓蒸汽自發從高壓向低壓流動，進一步提高了發電效率。

（三）減少調壓步驟帶來的損失

熱電廠的發電機組通常需要長時間運行，為了提高其穩定性和運行效率，通常需要對其內部壓力進行調節。雖然針對不同的機組，調節的范圍和標準各不相同，但在實際生產過程中，經常會由于各種各樣的因素導致調節效果達不到預期。比如，機組操作人員的人為操作失誤會讓鍋爐內部壓力達不到標準，讓機組整體的運行效率降低。還有些機組因其客觀條件限制，長時間穩定的運轉過程中，效率能夠得到保證，反而在對機組進行調節的過程中，會造成能量損失。

（四）提高員工對調配選擇的重視程度

科學的調配選擇，也對電廠熱能效率的提升有重要意義。不過，我國熱電廠普遍在調控選擇方面面臨一定的困難。拿背壓式汽輪機舉例，為了提高背壓式汽輪機的運行效率，可以在其上安裝一個低壓凝汽式汽輪機，讓兩個汽輪機協同運作，形成一個整體，形成雙重發電的效果。這一系統雖然調頻效率較高，但其也有一定的缺點，那就是調頻難度大。

三、結語

為了提高若電廠熱能和動力工程效率，要從減少能量損失入手，對技術和設備進行改進和創新。本文簡單分析了熱電廠發電現狀，并提出了幾種提高熱能和動力工程效率的方法，供業內人士參考。