针对火电厂热力系统节能分析及改进措施

曲志向

摘要：众所周知，能源问题已经成为世界各国共同关注的问题，在我同这一现象更加凸显。由于我国粗放型经济增长方式.又处在消费结构升级加快的历史阶段。能源消耗过大.冈此节能降耗将是一项长远而艰巨的任务。因此.存热力系的环境下，揭示各种节能理论内存的联系.深入地研究和发腮肖能要的理论和现实意义，对电厂的节能降耗工作具有很强的指导性。

关键词：热力系 统经济指标 计算方法 节能技术

我国是产能大国，同时又是耗能大国。节能，尤其是不可再生能源的节约，既能缓和能源供需矛盾，又是改善环境，提高经济效益的有力措施，直接影响我国经济的可持续发展。火电厂作为耗能大户，更应采取各种节能措施，最大限度降低能源消耗。

一、热力系统经济指标

我国火力发电厂常用的热经济型指标主要有效率和能耗率两种。

（一） 全场热效率ηcp：其中，N j 为净上网功率，B 为燃煤量，Ql 为燃煤低位发热量。全厂热效率指标是电厂运行的综合指标，在进行系统分析是，常将这一综合指标进行分解，

以区分各厂家的责任和主攻方向，因此可以改写为：其中，ηb：锅炉效率，锅炉有效吸热量与燃煤低位发热量之比；ηp：管道效率，汽轮机循环吸热量与锅炉有效吸热量之比；ηi：汽轮机循环装置效率，汽轮机内部功与循环吸热量之比；ηm：机械效率，汽轮机输出功率与内部功率之比；ηg：发电机效率，发电机上网功率与前端功率之比；Σξi：厂用电率，电厂所有辅机消耗电功率之和与发电机上网功率之比。

热耗率和标准煤耗率；热耗率指标综合评价汽轮机发电机组热经济性，其实质是发电机每发电1kWh，工质从锅炉吸收的热量值。定义式如下：煤耗率指标也可以分为两种：发电标准煤耗率和供电标准煤耗率。

二.当前仍然存在的问题

（一）普遍意义上的系统工程分析方法仍然欠缺，数学工具仍然有待发展，利用计算机来进行热力系统节能分析的研究不足。目前都是采用局部优化运行的方法，系统节能分析方法仍有待于进一步发展。

（二）本质上来讲，目前的系统研究都属于稳态研究。研究的基础是发电系统部分热力学参数一致，且在运行中保持恒定，这固然会使研究的复杂程度大大简化，但同时也使其具有局限性。热力系统节能分析方法在机组变工况下应用研究较少。

（三）不同的热力系统分析理论都是从不同的角度来研究热力系统这一对象，不同理论之间的相互关系的研究还很不充分。

（四）无论是设计高参数的大容量机组，还是改善现有机组的运行水平，挖掘机组的节能潜力，都需要一种有效准确的节能理论进行指导，才能有的放矢地采取节能措施。而合理地确定优化的性能指标，正确地建立系统与生产过程的数学模型仍然需要加大研究。

三.热力系统计算方法现状

热力系统计算是火力发电厂汽轮机组运行性能分析、热力试验和系统改进中常见的计算工作，对热力系统进行计算的目的是为了确定机组的各项热性指标，因此选择适当的热力系统计算方法是机组热经济性分析的重要前提。系统计算方法种类很多，按照它们所依赖的热力学基础可分为：第一定律分析和第二定律分析法。

常规热平衡法是在结合质量平衡和能量平衡基础上，对实际热力系统进行的数值计算方法。计算中需要对热力系统进行变工况计算，以确定汽轮机抽汽口和排汽端的蒸汽参数以及回热系统的各相应参数，其实质是确定汽轮机新的膨胀过程线和系统参数，核心和难点是汽轮机变工况计算。

等效热降法是以新蒸汽流量、循环的初终参数和热力过程线均保持不变为前提，以内功率（等效热降）的变化来分析热力系统的热经济性。在热力系统局部分析中，等效热降法改善了常规热力计算的不足，提出了等效热降的概念并在此基础上建立了热力系统分析的新方法，使热力计算具有了系统分析功能。

循环函数法根据热力学第二定律，以循环不可逆性（或冷源损失）分析轮机循环节能定性分析的判据，以循环函数式为汽轮机循环节能定量计算的工循环函数法是一种计算复杂热力系统的好方法。

熵分析法是通过对体系的熵平衡计算，求取熵产的大小及其分布，分析影响熵产的因素，确定熵产与不可逆损失的关系，作为评价过程的不完善程度和改进过程的依据。

火用分析法是在热力学两大定量的基础上，结合环境情况从对能的本性的全面认识，从能的实用性出发提出的一种思想和方法，它是从能量转换的角度表示设备或热力过程完善性的科学指标。

代数热力学法是一种分析热力系统能量的分析方法。该方法运用事件矩阵来描述一个系统中各个子系统的能量出、入关系，火用矩阵定义了各股流的火用值，火用分支定义了单一系统出、入流的关系，最终得到结构矩阵[FP]，该矩阵从全局的高度开拓了研究全、子系统关系的新趋势。

四.热力系统节能的途径及技术措施

1、热力系统节能途径

火力发电厂节能工作的内容包括设计施工、运行管理和技术改造等多个方面，从节能的对象和采用的措施来看，可归纳为两个方面：一是针对锅炉、汽轮机和主要辅机，旨在提高主机的热效率、降低辅机的电耗，达到节能的目的；二是针对热力系统，着眼于优化和完善热力系统及其设备，改善运行操作方式，提高运行效率，以实现节能目标。对于新设计机组，可通过优化设计、合理配套实现节能目标。

（1）节能诊断，优化改造

应用热力系统节能理论对热力试验或热平衡查定数据进行全面诊断和优化分析，发现热力系统及其设备的缺陷，分析能损分布情况，确定节能潜力的大小，优选技术改造方案，为节能工作提供科学依据。找出合理的节能技术改造方案，是进一步推广热力系统节能技术的重要途径。也是热力系统节能诊断和优化改造技术发展的新方向。

（2）监测能损，指导运行

应用热力系统节能理论，通过微机在线监测主要运行参数，实时诊断各种运行能损产生的条件及其损失的大小，分析导致能损的主要原因及其系统和设备的缺陷，指导运行人员操作和维护，提高机组运行的经济性；该技术是热力系统节能理论与微电子技术相结合的产物，是提高火电厂运行技术综合管理水平的重要技术手段。

（3）优化设计，合理配套

对新设计机组，应用热力系统节能理论，对热力系统的结构和参数以及各个组成部分的连接方式进行定量的分析，并通过合理选择配套设备以及局部优化调整，使得整个热力系统达到最佳设计状态，以提高其热经济性。

五.热力系统的主要节能技术措施

（1）把提高能源利用率放在首位。为了使电站始终保持最佳燃烧效率，必须保证机组无论

是在标称模型下，还是存在模型不确定性时均闭环稳定，并具有良好的控制品质，即机组能迅速适应电网负荷的变化，同时机前压力的变化不超出允许的范围。

（2）设计有效的火电单元机组非线性协调控制系统。该系统提出利用和开发非线性特性来改造常规PID控制器，以提高控制系统性能，使煤高效利用，最大限度提高能源利用率。

（3）通过减少煤炭的消耗量来提高火电厂的发电效率。在火电机组中推广使用性能管理系统，该系统采用了一种基于离散坐标法描述锅炉内热流密度时空分布特性的新方法，应用火焰动态计算模型，分析火焰中心、炉膛结渣和高温腐蚀问题，实现运行条件优化；以及时发现机组性能问题，并提出解决措施，逐步建立起机组应用性能的对标考核制度。

（4）提高机组的通流效率，降低低压缸的排汽压力（提高真空），再热器减温水量及减少系统的内外泄漏等都会显著提高机组的经济性，降低供电煤耗率。机组供电煤耗越低，管理水平越高，变动成本就会控制得越好。

（5）通过对机组设备日常运行状况，运行参数进行分析。在确保机组安全的前提下，有针对性地进行优化运行调整试验，确定机组运行的基础工况和基准参数，同样可提高机组的运行经济性，降低供电煤耗率。

（6）电站循环冷却水余热再利用。通过凝汽器由循环冷却水带走的热量一般占输送总能量的15%以上，有的甚至高达25%以上，造成了能量的极大浪费；所以充分利用冷却水余热可以大大提高火电厂效率。

结束语：目前，面临着能源资源逐渐匮乏和能源需求总量日益增大的双重挑战.节能降耗划小容缓，尤其是能耗大户行业。电厂热力系统首当其冲.且与发达因家相比.我国的热力系统节能降耗还是有很大的潜力和空间町以充分挖掘。有理理由相信，随着相关热力系统分析疗法的逐步发展和完善.电厂热力系统节能降耗将会取得更长远的进步。

参考文献：

[1] 林万超：《火电厂热系统节能理论》[M]，西安：西安交通大学出版社，1994

[2] 马芳礼：《电厂热力系统节能分析原理》[M].，北京：水利电力出版社，1992

[3] 闫水保，闫留保.电厂热力系统节能分析原理及应用[M].郑州，黄河水利出版社，2000