热电厂中热能与动力工程的有效运用研究

王飞腾

（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安710302）

在发电过程中，热电厂的汽轮机组会产生大量的热能，这些热能是可以被利用的，能够为热电厂创造超额收益。随着社会整体节约资源意识的提高，“热动联产”以及“热电联产”成为了当前热电厂发展的主要方向，新一轮的技术革命必定是热能与动力工程有效运用的提升。

1 制约热电厂中热能与动力工程实现有效运用的因素

热电厂的热电机组在运行过程中，所受到的影响因素较多，导致机组出现工况变化，制约着热能与动力工程实现有效运用。经分析，笔者认为，当前我国大部分热电厂中，制约热能与动力工程实现有效运用的因素主要体现于锅炉燃烧、电能储存、旋转动叶片和凝汽设备等4个方面。

1.1 锅炉燃烧

因为热电厂的锅炉燃烧变化幅度较大，燃烧工况不稳定，因而蒸汽在进入汽轮机之后，其参数往往会出现较大的改变，影响热能与动力工程的有效运用［1］。热电厂获得热能的有效途径之一就是锅炉燃烧，然而由于锅炉燃烧变化幅度较大，燃烧工况不稳定，导致汽轮机的性能无法正常发挥，降低了热能的运用效率。热电厂锅炉工程流程如图1所示。

图1 热电厂锅炉工程流程示意图

1.2 电能储存

热电厂需要储存一定量的电能，以满足外界用电功率不断变化的情况，以备不时之需。电能的储存方面也是影响热电厂中热能与动力工程实现有效运用的因素之一，电能储存量不合理，导致热能被大量浪费。电能与热能相互分离，如果电能的储存量不足，会导致热能的开发与利用效率降低。

1.3 旋转动叶片

在热电厂的发电过程中，旋转动叶片或是处于喷管工作弧段，或是处于喷管非工作弧段。当旋转动叶片处于喷管工作弧段时，对热能与动力工程的有效运用并无太大的影响；然而当其处于喷管非工作弧段时，所产生的大量蒸汽以停滞的状态充斥着动静轴向间隙内部，在动叶片旋转至非工作弧段时，旋转动叶片的工作原理便如同鼓风机一般，把正以停滞的状态充斥着动静轴向间隙内部的蒸汽从叶轮的此端鼓到彼端，造成大量的有用功被无端消耗，影响热能与动力工程的有效运用［2］。

1.4 凝汽设备

当热电厂的凝汽设备的工况出现变化时，凝汽器的压力也会随着发生变化。如果机组所发生的工况波动幅度较大，热能会大量挥发，导致可利用资源的浪费。再加上喷管的分组布置不合理，加剧了可利用的热量在非工作弧段的损失，制约着热能与动力工程实现有效运用。热电厂凝气设备结构如图2所示。

图2 热电厂凝气设备结构示意图

2 促进热电厂中热能与动力工程有效运用的措施

结合我国目前热电厂的实际运行情况与技术水平，欲实现热电厂中热能与动力工程有效运用，关键在于降低调压损失，实现节流调节，正确利用重热和降低湿气损失等方面。只有充分践行这些措施，才能有效提高热能与动力工程的运用水平。

2.1 降低调压损失

降低调压损失可以提高机组运行的可靠性与稳定性，有助于机组实现对工作负荷的适应，提高机组运行的经济效益，有助于促进热能与动力工程实现高效率的运用。然而，调压调节也存在明显的局限性，如滑压调节的实施过程热能损耗量大，有悖于经济性要求。再如动叶栅机组存在机械能转化余速损失的问题等［3］。调压损失的客观存在势必会造成热能与动力工程运用损失，但是调压损失的决定因素是机组运行机理，而非人为的操作失误或者是调压系统出现故障；因而，降低热电厂的调压损失需要从如下方面着手：1）革新现有的调压技术，引进国外先进工艺，争取在技术层面实现更大的突破，提高热能与动力工程的运用效率；2）对造成调压损失超出合理范围的机组进行更换，加大新产品的研发力度，积极探索，以保证机组运行机理能够满足降低调压损失的实际工作需求，彰显热电厂中热能与动力工程运用的高效性。

2.2 实现节流调节

在热电厂当中，节流调节不分级别，可一次性完成全周进汽的调节。如果工况发生变化，温度也只会降低而不会升高，负荷适应性较为理想，但是仅仅适用于小容量的机组，经济性并不理想，导致出现节流损失；因此，在热电厂的运行过程当中，为提高热能与动力工程的运用效率，建议采用弗留格尔公式计算同流量下各级的压差值以及比焓降，明确各零部件的实时受力情况以及功率效率等，监控汽轮机组的流通情况，以已知流量为基本条件，推算各级压力的符合程度，继而判断出流动部分的面积数值以及具体的变化情况［4］。简而言之，在热电厂的运行过程中应用弗留格尔公式，可有效实现机组内的节流调节，巩固热电厂中热能与动力工程有效运用的重要基础。弗留格尔公式如下：

式中，G0是变化前主蒸汽流量；G1是变化后主蒸汽流量；P0是变化前调节级压力；P01是变化后调节级压力；Pg是变化前高压缸排气压力；Pg1是变化后高压缸排气压力；T0是变化前调节级温度；T01是变化后调节级温度。

2.3 正确利用重热

在多级汽轮机中，前一级的热功损失在很短时间内被转化为可被蒸热进行二次吸收的热能，以提高后一级的进汽焓值的现象即称为重热现象。后一级的进汽焓值升高之后，相应地焓降也会随之增加，在此条件下，各级的焓降和势必会大于机组总压降范围内的焓降值，导致热能与动力工程无法得到有效的运用。在热电厂实际的发电过程中，焓降的实际值与理论值存在较大的出入，同时各个设备的热回收效率也互不相同，部分设备热回收率高达75%，而部分设备的热回收率仅约为10%，差距较大［5］。一般情况下，热电厂机组的重热系数值约为6.5%，为提高热能与动力工程的运用效率，需要增大重热系数值，以热电生产过程中的实际情况为依据，设定重热系数值增大的合理范围，以确保热电厂正常发电，提高热电厂的经济效益，同时兼顾环保效益。

2.4 降低湿气损失

作为热电厂能耗损失中的重要内容，湿汽损失严重影响了热能与动力工程的有效运用，造成可利用的热能资源被大量浪费，同时加重温室效应。为了有效提高热能与动力工程的运用水平，必须降低热电厂的湿气损失。湿汽损失出现的原因主要在于下述几个方面。

1）热电厂在正常的工作状态之下，湿蒸汽会出现轻微的膨胀情况，这属于正常的物理现象。如果湿蒸汽膨胀过于剧烈，在此过程中，大量的蒸汽会出现凝结的问题，导致蒸汽量减少，造成湿气损失。

2）水珠流速低于蒸汽流速，受水珠的牵制作用，大量的动能在此过程中被无端消耗，导致湿气出现损失。

3）湿蒸汽需要长期保持较高的温度，这是其状态稳定的基本前提。在实际的过程中，由于保温措施不到位，湿蒸汽过冷，造成湿气损失量升高。

动叶进汽边缘损坏是湿气损失危害的集中体现，尤其是叶顶背弧部位，冲蚀问题更为突出。基于降低湿气损失和提高热能与动力工程的运用水平的目的，热电厂工作人员需要采取具有针对性的措施，如：a）安装新型的去湿设备；b）强化汽轮机组的抗冲蚀性能；c）以带有吸水缝的喷灌取代传统的喷灌；d）注重中间再热循环操作。相对于汽轮机的工作过程而言，机械损失主要来源于减少其支承轴承摩擦力，开起主油泵以及调速器等系列操作。鉴于此，建议采用轴流式汽轮机，形成高、低压指向力，减少热能损耗，提高热能与动力工程的运行效率。轴流式汽轮机结构如图3所示。

图3 轴流式汽轮机结构示意图

3 结语

鉴于当前我国经济快速发展以及社会整体对于电能的需求量越来越大的现实情况，热电厂的发展空间是非常大的，既创造着客观的经济效益，也承担着重要的社会责任。提高热能与动力工程在热电厂中的应用效率是未来热电厂发展的必然方向，也是相关从业人员需要重点思考的问题之一，需要立足实际问题，致力于实现热能与动力工程在热电厂中的有效运用。本文为此提供了一些借鉴，在明确制约热电厂中热能与动力工程实现有效运用的因素的前提下，从降低调压损失、实现节流调节、正确利用重热和降低湿气损失等方面着手，采取行之有效的措施，以期促进热电厂中热能与动力工程的有效运用，以更好地满足社会庞大的用电需求。

［1］于光佐.论热电厂中热能与动力工程的有效运用［J］.科技创新导报，2012（28）：82.

［2］崔瑶.时代背景下热能与动力工程在电厂中的改革与创新［J］.科技与企业，2014（13）：166.

［3］张健，朱亮.浅析热能与动力工程在热电厂中的巧妙运用［J］.科技创新与应用，2014（11）：62.

［4］王文才.热能动力设计研究［J］.中国新技术新产品，2011（22）：142.

［5］李铎，彭勃.电厂热工自动化技术的现状及进展研究［J］.科技与企业，2013（19）：291.