火電廠熱能動力系統優化與節能改造研究

華電電力科學研究院有限公司山東分院 宋 昂

為切實保障我國可持續發展理念的落實，綠色、節能、高效的發展理念成為了火電廠發展的基礎，火電發電廠要合理利用良好的發展環境，以提高發電效率和發電質量為核心，加強對火電廠熱動系統的優化升級，從而降低了系統的能耗和總體的工作效率?；痣姀S通常采用熱能動力系統發電，但是在這個過程中極易產生能源損耗，這一問題需要引起重視，要充分利用能源梯級利用來提高生產效率。不可再生資源的持續減少，火電廠也面臨著原材料資源不足的問題，同時隨著我國社會經濟水平的提高用電量明顯提高，生產、生活都對用電安全提出了極高要求。

面對這樣的社會發展環境，如何實現高效發展，需要火力發電系統的優化與節能改造，通過引入先進的技術促進系統的發展，提高能源轉化效率，緩解資源匱乏的壓力，滿足了節能生產的基本要求。針對影響火電廠熱能動力系統節能的相關因素分析，結合工作原理、節能改造原理，制定合理的優化對策。在復雜的市場環境下，火電發電廠只有不斷優化自身熱能動力系統，才能持續提高安全性和經濟效益，特別是在可持續發展、節能型的社會環境下，對火電廠提出了極高的要求，在嚴格遵循綠色發展的基礎上，要優化熱能發電系統的節能改造，提高其運行的可靠性、節能性。

1 熱能動力系統的優化及節能改造思路

1.1 分析火電廠熱能動力系統

熱能發電就是利用礦物燃料等燃燒物質來產生熱量，再由發電站將其轉換成電力的發電方式。通過對系統能量轉化的研究可知：從生物化學能轉變為熱能、機械能和電能，熱能動力系統運行中，由于資源燃燒不充分，能量的轉化率較低，導致產生大量的浪費。同時石油、煤炭等原材料燃燒后會形成大量的二氧化碳、二氧化硫，這些成分若是不進行處理排放到大氣中，還會造成嚴重的環境污染。熱能動力系統建設階段，火電廠要充分考慮各個方面的因素和各種技術，同時根據國家、行業就似乎標準，合理應用機械設備并且實現對機械設備的組和應用，有效提高熱能動力系統的綜合性能，在促進熱能動力系統可靠穩定運行的基礎上，提高能源的轉化率[1]。

在熱能動力系統技術應用階段，在提升系統先進性的基礎上，為系統的維護提供保障，提高系統的經濟效益。在系統建設中，要保證投入資金控制在合理預算中，還要致力于減少后期損耗、維修費用，以此來保證經濟效益。隨著我國節能環保政策的落實，綠色環保意識的加強，火電廠由于能源損耗、污染治理等因素所承擔的費用越來越高，當前熱能動力系統的應用更多的關注機組經濟效益，缺乏對社會效益的評估，導致熱能動力系統的經濟性受到嚴重影響。通過對熱能動力系統的優化和改造，有利于提高熱能動力系統的運營質量，為保障火電廠可持續發展奠定基礎。

1.2 重視系統運行的優化

當前，大量的優質煤炭被化工行業應用，火電廠使用的煤炭質量不佳。媒質的變化直接影響鍋爐燃燒的質量，導致能源利用率較差，能量轉化率約30%～40%。雖然近幾年來我國大力發展新型能源，但現階段為發揮火力發電的保障托底作用，提高火力發電的效果、實現資源最大程度的應用，就要積極的針對熱能動力系統進行優化，做好節能技術的改造，提高能量轉化率[2]。

熱能動力系統的實際運營情況分析，存在著多級汽輪機組中的各級之間熱能損失有很大的差異，導致電能的使用率較差等問題。隨著熱能動力系統的優化，要處理好熱能等級與燃料化學等級之間的關系，有效整合動力側和化工側，應用集成原理提高能源的充分使用。機組組成的各級能源合理應用是提高能源轉化率的基礎，因此要挖掘出熱能動力系統的潛力，降低了火力發電廠的運行壓力，增加了其經濟效益。

1.3 關于熱能動力系統的節能改造

通過對熱動力系統工作原理的分析，發現汽輪機中的蒸汽會隨冷卻水的產生而產生熱量浪費，同時也會產生大量的煙氣，因此有大量的能量被浪費。蒸汽膨脹中出現明顯的水滴，導致蒸汽能源的損耗。對比水滴，蒸汽運動速度更快，蒸汽與水滴的不斷結合還會產生嚴重的濕氣，在運轉時鍋爐會產生一些水珠，這樣就會導致蒸汽的損失。調整裝置的操作頻率可以降低濕度，由此降低損失，但是機組也無法在額定狀態下保持良好的運行狀態，依然會形成能源損耗。為了減少熱能動力系統的損耗，火電廠就要針對設備實施節流調節，若是機組容量較小，通過節流調節能夠保證機組保持在穩定狀態，減少能源的消耗[3]。

關于環境污染治理，為了減少溫室氣體排放到大氣中引起嚴重的環境污染，火電廠就要合理的應用煙氣治理技術，在系統尾端安裝相應裝置。不過，先污染、后治理的方式也會產生大量的能源損耗，環境污染處理效果較差，阻礙了發電行業可持續發展。要解決上述問題，必須從多個角度進行節能改造，減少能源損耗的基礎上，實現污染治理。

2 火電廠熱能動力系統的優化及節能改造措施

2.1 聯產技術

聯產技術在火電廠中的應用能夠促進熱能動力系統的優化，實現系統能量轉化與污染控制的有機結合，還能實現提升資源的能量轉換率。具體分析，就是在汽輪發電機組生產運營階段，通過合理應用產生的熱量，既能發電還能供熱，實現了熱電聯產的效果。電能、熱能同時獲取就可以形成有效的能源利用模式，聯產技術能夠對不同品級的熱能進行合理應用，也就是低品級熱采用集中供熱、高品位熱進行發電，由此提升能源的利用率。

2.1.1 關于系統建設

通過物理和化學相結合手段實現聯產，從而能夠推動煤炭資源的有效利用。以煤氣為例，其中95%的煤炭被轉換成了可燃燒的合成氣體，從而達到了回收利用的目標。反應器的合理使用可以使煤變成化學制品，用剩余的為其進行發電，從而促進發電行業與化工行業的結合發展，該裝置不僅保證了煤氣化裝置的安全運行，而且還降低了機組的發電成本。

不過發電和化工行業最大的不同，為系統設備要分別進行改造，聯產技術要在系統聯合優化的基礎上進行應用，具有整體性和系統性的特點。蒸汽動力聯產要保證燃氣輪機、鍋爐機組、汽輪機高壓系統的結合應用，形成一個聯產系統。系統運行中要達到結合共產的效果，保證各個設備的聯動和協調，從而能夠實現廢氣資源化處理，為提高系統的經濟效益、保護生態環境有積極影響[4]。

2.1.2 控制優化

熱能動力系統的優化階段，為了實現能源的充分利用，要注重充分利用和利用系統所產生的CO2，再利用分離技術進行潔凈燃料的分離，從而達到化工合成生產的效果，合成氣也具有平衡的化學成本，燃料的化學性質、熱能和自由能可以建立動態的聯系，提升了能源轉化效率。為了在熱能動力系統中實現能量循環，就要重視對換熱系數的控制、保障再熱管道的完整性，減小蒸汽機熱端管道的口徑而達到改善管道壓力的效果，將熱能動力系統的能源損耗控制在一定范圍中。系統運行需要維持合理的運行規律，交替使用單閥、順序閥而形成聯產結構，從而也有利于提高熱能動力系統的工作效率。

2.1.3 供熱調節

在煤的燃燒過程中，由于系統的供暖，往往會出現熱量均衡差、流量大、溫差小等問題。為了提高蒸汽過熱度的管控，就要將供熱蒸汽熱量通過熱能動力而完成熱量的轉化[5]。為了保證供熱系統處于平衡狀態，減少能源損耗，就要積極的進行熱力管網的改造，部分地區采用了新的排水溝，對循環水泵進行了改造。在水泵變頻器上加裝變頻器，可以更好地掌握系統的可變流量，根據設備的負載曲線設定溫度、并對水溫進行適時的調節。熱能發電系統的工作溫度的改變也會導致能量的損失，因此要結合設備運行的負荷情況控制調節閥。

2.2 合理應用回收技術

2.2.1 關于余熱的回收

在熱能發電系統的節能改造中要大力推廣利用余熱。本文從熱能發電的角度出發，對其進行了分析。余熱的利用率和回收率較低，系統產生的余熱會隨著煙氣、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到節約資源的效果。常用的回收方式為預熱、助燃，其中預熱就是利用煙氣完成對工件的預熱處理，不過這一方式一般會受到場地的限制，通過煙氣加熱空氣，起到輔助燃燒作用，從而提高鍋爐的熱量，可提高燃燒質量。

當采用管道加熱時，管道可以橫向布置，從而確保煙氣通過恒定流量沖洗傳熱表面，減小腐蝕。熱能動力系統節能改造中，鍋爐尾部可以進行安裝低壓省煤器，安裝盡可能在接近引水的部位，促進煙氣中余熱的回收。污水余熱的回收，要結合系統定期排污特點進行節能改造，系統通過擴容減壓后，廢水如果直接排放會造成余熱的浪費，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，促進提升能源的利用率。余熱回收裝置通過溫度較低的水冷卻煙氣，將溫度降低到水蒸氣冷凝成水，從而實現對煙氣中余熱的回收。

2.2.2 凝結水回收

在火電廠發電階段，熱能發電系統中的能量與水資源對蒸氣熱的生成起著重要作用。鍋爐在使用過程中應將水位控制在一定的區間，水位控制較高會導致蒸汽中攜帶大量的水分，蒸汽的溫度也會相應下降。熱量釋放后蒸汽會被壓縮成水珠，如果被直接排放將會造成資源的浪費。在蒸汽中，凝結水排出了25%的熱量，對高溫冷凝水的回收可以降低水資源的浪費，降低能源消耗。冷凝水回收技術可以回收低壓蒸汽水的余熱，通過余熱促進熱能動力系統的運行。

火力發電廠采用壓力回水、背壓回水的方法，壓力回水采用了防滲濾網，采用壓力泵來增加壓力，從而完成對凝結水中余熱收集，能夠補償鍋爐的一部分能量，促進熱能動力系統的穩定安全運行，要注意在鍋爐運行中對閥門和水泵的檢查。背壓回水方式在加熱裝置的背壓較低時，可利用疏水閥的反壓來回收冷凝水，通過閥門的壓力來實現水蒸氣和冷凝水的輸送，提高了蒸汽的利用率。

3 結語

在節能環保意識不斷增強的社會背景以及能源結構發生變化的嚴峻形勢下，火力發電廠運營理念也必須發生不斷的變化。熱能動力系統中存在的能源損耗較大、污染排放嚴重問題，可通過能量梯級利用的措施促進熱能動力系統的優化和改造，通過節能改造能夠實現各方資源的有效整合利用，發揮保護環境的效果。在針對熱能動力系統進行改造的過程中，要合理應用聯產技術、回收技術等，達到熱能動力系統優化和節能改造等的目的，達到節能效果?；痣姀S熱動力系統節能技術的優化，有效提升了發電效率和發電質量，具有節約資源、減少污染的作用。

在大型的火電廠中，火電發電系統的技術優化非常關鍵，通過熱能動力系統對煙氣、廢水的綜合治理利用，實現了對蒸汽余熱的回收，促進了資源的有效利用率，為火電廠的可持續、穩定、健康發展奠定基礎。

以當前火電廠運行現狀為基礎，熱能動力系統的節能優化和改造有極高的應用條件，得到了國家和行業的認可，因此火電廠要根據自身情況不斷提升節能理念，應用節能技術，有利于保障經濟效益，火電廠還要不斷創新新型節能技術，以滿足熱能動力系統節能的需求，順應綠色環保、可持續發展的社會需求。