市场化条件下火电机组能量体系分析探讨

2016-05-31赵鑫

中文信息 2016年5期

摘要：本文从目前我国以火电为主的电力供应格局在相当长的时期内难以改变的背景出发，从火电厂能量损失和热利用效率低的真正原因的角度来进行分析，针对性展望将来火电机组节能技术发展方向，对目前条件下电厂泵与风机存在巨大的节能潜力等角度来寻求煤电工业的可持续发展之路，并阐述了煤电工业产业链和谐发展的重要意义。

关键词：市场化火电机组能量体系

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）05-0325-01

引言

《经济学原理》告诉我们：产品市场化是生产力发展的基本规律和客观要求。我国的电力体制改革是生产力发展到一定阶段的必然要求，是完善社会主义市场经济体制的迫切需要，也是我国电力事业发展的客观要求。如今垄断经营的电力体制彻底被打破，电力企业真正地走向了市场，将真正地扮演起卖方的角色。厂网分开、竞价上网、不同时节不同电价收费的试点工作的改革充分发挥了市场对资源良好的配置作用。我国的电力工业发展经过不懈的努力和不断的优化调整，已经取得了有目共睹的辉煌成就，电力市场的发展已经具备了相当的规模，形成了以火电为主体，水电、核电、风电、IGCC等新型清洁能源全面协调发展的电力供给格局。

在我国目前电力状况具体环境背景下，寻求和探索煤电工业的可持续发展之路，是每个关心中国电力发展的同仁们的历史责任和使命。笔者带着种种的疑惑在思考和寻求这些问题的答案，本文就火电机组能量体系概况做浅析，希望与同仁们交流、探讨。

一、煤电体系下的火电机组特定背景

目前我国电力发展正在大力调整和优化电源结构，倡导节能减排、走资源可持续利用和发展战略道路，努力减少电力对环境的负面影响作用，大力发展绿色发电技术。核电、风电、生物能发电、天然气及可再生新能源发电等新型清洁、环保、高效的能源发电技术正面临前所未有的机遇，其规模在今后时期内呈现不断上涨的态势，但是我国目前的电力现状和资源特点决定了我国的电源结构在今后相当长的一段时期内，火力发电仍然占有市场发电量非常大的份额，但以煤电为主的电源结构是难以改变的。

据有关资料调查表明，如果按照目前的煤炭开采速度，我国的煤炭资源在大约未来200年内将全部耗尽。因此，要实现我国电力工业的可持续发展，就要在新的清洁发电技术尚未大规模推广和应用的条件下，在节能、环保发电技术和规模一步步发展壮大直至能完全取代传统的火力发电的过程中，尽可能的利用现有资源、技术条件，给于新型的发电模式的研发、成长、直至投入应用充足的时间，煤电工业只有走可持续发展战略道路，才能保证我国电力行业的稳定、健康发展，更好的完成在电力技术发展中自身的角色任务和承担的社会责任。

二、火电厂热效率低的真正原因分析

发展安全、环保、经济是煤电工业可持续发展的主要目标。目前我国大部分火电机组的热利用效率大概只有40%左右，也就是说，只有燃料化学能量的40%被得到利用，其余的60%全部被浪费。我们知道，火电厂锅炉的效率高达90%多，排烟、散热等损失仅仅占10%不到，从能量数值利用的角度来分析似乎已经非常完善[1]。但是从可用能的角度来分析，如果以烟气可用能为100%时，锅炉内的可用能损失达35%左右，产生的主要原因是烟气与水、汽之间存在相当大的温差。如果以燃料的化学可用能为100%为准的话，锅炉内的燃烧及不等温传热、排烟、散热等造成的可用能损失大约要占化学可用能的50%以上。这就是说，燃料化学可用能的一大半在锅炉内损失了，其中燃烧造成的可用能损失又占总损失的60%左右。这就是目前火电厂热利用效率低的真正原因，也正是引起冷源损失大的主要原因。从表面上看，凝汽器内的损失是最大的，但事实上锅炉内燃烧传热不可逆过程中造成的不可逆损失最为严重。按照热力学第二定律的观点来分析，两物体之间的温差是热量传递的必要条件，然而由于存在传热温差，将必然使系统的熵增加，做功能力火用值减少。在整个热力系统中，最大的损失发生在锅炉的传热过程中，因为其传热溫差最大，也就是说熵增最大，同时，也就是不可逆性最大，因此做功能力损失最大，而不是凝汽器内的冷源损失最大。当前热力学第二定律的可用能分析方法，逐渐受到人们的重视，从另一个分析角度来逐步建立起了这样的概念。

三、节能技术方向展望

在这样的火电厂最主要能量损失理论分析下，可以看出，要实现火电厂大规模的节能，从根本上提高燃料的热利用效率，就要从锅炉的损失原因出发，从真正降低锅炉传热不可逆过程中的不可逆损失角度出发，针对性的提出改善和提高热效率的技术措施。我们可以设想：最完善的技术措施应该是如何把化学能直接转变成电能，而不是把化学能先转变成热能，再把热能转换成机械能、电能。但是，在目前的科技发展水平下，还不能进行大规模的实现化学能直接转变成电能，还需要借助燃烧的手段把化学能转变成热能后加以利用。因此，只能应用从提高水蒸汽的最高温度和工质的平均吸热温度，减少烟气与工质之间的平均传热温差的措施，来减少锅炉内拥损失，达到提高燃料热利用效率的根本目的。在当前及将来科技发展下，尽可能地提高蒸汽的平均吸热温度，是提高装置循环热利用效率的关键所在[2]。

1.从热力整体角度看节能实施环节

从热力学整体角度来看，火电厂是能量加工和转换的工厂，是一套蒸汽动力循环装置，是在最基本的朗肯循环基础上加上回热循环、再热循环来实现电力生产的。在该循环中，从可用能的角度看，采用回热就可以提高锅炉给水的温度，从而减少锅炉不可逆传热的温差，来减少熵增和不可逆损失，因此提高了热利用效率；采用再热也可以提高蒸汽温度，减少在锅炉内传热中的不可逆损失，从而提高热利用效率；保持最佳真空，也就保证了热能在汽机内能量的最大转换效率......从该循环来看，循环的全过程的各个环节中，都可以提出和采取节能的措施，当然在该循环中也包括了人员这一因素的参与，这也是目前大部分火电厂内部管理和节能的主攻方向，但只有不断依靠科技水平来提高循环工质温度，减少和锅炉内烟气的温度差，才能从本质上提高循环热效率，它必将是实现火力发电机组大规模节能的最好方向。它预示着将来发展的超超临界火电机组如何实现节能，是我国的煤电工业可持续发展的主要技术措施，科学技术是第一生产力，目前电站的材料发展是严重影响实现电力大规模节能发展的瓶颈。

2.能量价值分析与“节电”

为了提高各发电企业的市场化竞争实力，对高效能火电机组提出的要求不仅仅是去实现节约燃料资源，它需要综合考虑最终发电成本。周所周知，供电标准煤耗率是发电厂综合经济指标，其计算公式为：

bnS =bS/（1-ξ）

式中：bS--发电标准煤耗率，kg/kwh；

bnS--供电标准煤耗率，kg/kwh；

ξ--厂用电率

其物理意义很明确，即为发电厂每供应1KWh的电能所需要的标煤量，此式作为我国电力行业主要的经济指标被广泛使用。

四、结束语

在市场化条件下，火电机组能量节能需要从每个环节入手，即使目前条件下还不能实现大规模的、高效率的能量转换，但我们仍然有相当大的节能潜力可以挖掘，仍然有很多需要努力去完善和不断去优化的措施，让在目前科技水平下，把能量转换的效率发挥到当前客观存在状况下的最优值，就是对煤电工业可持续发展做出的贡献。

任何一个事物的发展都必然和相关的事物联系在一起，相互影响、相互制约。火电机组的发展离不开煤电产业链的和谐发展，这样才能保证煤电工业的平稳、健康发展，只有在宏观国家优化政策引领下，充分发挥市场化作用，才能走出煤电工业可持续发展的道路。

参考文献

[1]容銮恩等编.电站锅炉原理.北京：中国电力出版社，1997