国内电厂热力系统优化运行的研究

乔伟

摘要：电力工业是国民经济发展中的基础产业，在一个国家经济战略中占据着重点发展的地位。作为一种社会基础行业和先进生产力，电力工业在促进国民经济发展、维护社会稳定以及提高人民生活水平方面发挥着关键作用。

关键词：电厂热力系统；影响因素；优化运行

引言

近两年来，我国频繁出现大规模持续性雾霆天气，包括北京在内的多个地区都曾达到爆表的重度污染程度，严重影响了人民的身心健康。与此同时，国家对环境问题越来越重视。要完成节能减排的任务，离不开污染大户火电厂热力系统的优化。

一、国内电厂热力系统影响因素分析

1、端差影响分析

加热器的端差，也称为上端差，指的是加热器内蒸汽的饱和温度与加热器水侧出口水温之差，实际运行中，表现为加热器汽测出口的疏水温度与给水出口温度之差。温差主要与换热管金属壁热阻以及布置方式有关系。热阻越大，换热器的热经济性就越差。定性的分析，当给水出口温度不变时，端差增大，则疏水温度就需要比原来高，则抽汽压力也要升高一些，这样引起抽汽做功比下降，热经济性变差。也可从另一角度分析，如果抽汽压力不变，则疏水水温不变，温差增大，意味着给水出口水温降低。这样的引起的后果是增加了下一级抽汽做功比，而下一级抽汽压力比较大，这必然引起热经济性的降低。所以在实际运行中，应该尽量降低端差。但是端差减小的代价是更多的金属耗量和更高的投资。据统计，在我国将端差下降1度，需要增加4平米的换热面积，必须根据我国燃料比价和钢材的国情，合理平衡端差与投资。所以要进行端差影响分析，改进端差影响最大的地方，以较小的投资获取较好的效果。

2、抽汽压损影响分析

抽汽管道压损是指汽轮机抽汽口压力与对应的回热加热器内侧汽侧压力之间的差值。蒸汽在管道内流动，由于要克服管道的摩擦必然会产生压力损失。与上节对加热器端差产生的影响分析类似，若加热器端差不变，当抽汽压力损失减小时，则回热器汽侧压力增大，给水出口温度相应的增加，这样产生的结果就是给水在下级加热器内温升减小，压力比较高的蒸汽抽的少，热经济性提高。同理，压差的减小是需要付出代价的，其与蒸汽的流速、阀门的类型、管道的附件数量等有关系，需要经过技术经济比较，来确定合理的压损量。

分析可知，高压部分的抽汽压损对本级组元和整个机组的影响要大于低压加热器原因在于高压加热器的抽汽相对低压加热器的抽汽温度高，压力大，过热度大，其压损会使给水加热不足更严重，产生了比较多的不可逆损失。所以实际运行时，应尽量减少高压部分管道的压损。

二、国内电厂热力系统优化运行

1、漏气回收系统改进

由汽轮机汽缸的结构可知，其一般由上下两半组成，转子由其纵向中心贯穿而过，汽缸上设有主汽阀、调节汽阀、喷嘴等配件。汽缸不是完全密封的，与外界之间存有一定间隙，这是因为三方面的原因，一是安装工艺的需求，二是为了减少转动的部分与固定部分摩擦以及缓冲作用力，三是为了留有受热膨胀的余量。正是由于这些缝隙的存在，会产生蒸汽泄露，这会使汽轮机组热经济性降低，同时不利于运行的安全性。

当今火电厂主要从三方面来把漏气影响减小到最低程度，提高汽轮机的效率，一是减少漏气量，二是提高汽封的效果，三是合理回收这部分漏气并再利用。第一方面，随着工艺的提高，现在的汽缸中分面非常平直光洁，中分面法兰上的螺孔与平面严格垂直。尤其对于高压缸，上下两半合拢后，自由状态下任何区段的间隙不超过0.05 mm。阀门的工艺也不断改进。第二方面，汽封的作用是阻止蒸汽从高压的区域不经做功途径流动到压力较低的区域，尽最大可能的减少能量损失。当今很多先进的火电厂开始采用迷宫汽封技术，迷宫汽封是在合金钢环体上车制出一系列较薄的环状扼流圈薄片，每一个扼流圈后设有一膨胀室。当工质流过扼流圈时，速度加快，在膨胀室内工质的动能会转变成热能，压力减小，比容提高，工质流过下一个扼流圈时，比容又得到提高，压力也再次减小。因此，工质在流过一系列扼流圈后，单个扼流圈的前后压力差变得微小，漏汽量大大减少。第三方面，设置了漏汽回收系统，门杆漏汽、轴封漏汽的回收是依据泄漏蒸汽的品质引到各级加热器或轴封加热器，使其能量得到利用。一般电厂的处理方式是高压门杆漏汽进入再热器，低压的进轴加或者高压漏气引入除氧器，低压进轴加。

2、锅炉减温水系统改进

过热器是在锅炉运行中温度很高的部位，其功能是把饱和蒸汽继续加热，使其变为能量更高的过热蒸汽。从整个系统热力循环看，新蒸汽的温度与压力提高，则循环热效率提高。随着锅炉容量和新蒸汽参数的提高，过热器的作用愈加明显，很大程度上决定着机组运行的经济性与可靠性。因为蒸汽压力变大时，必须同步提高蒸汽温度，不然在汽轮机尾部的蒸汽湿度会过高，威肋、汽轮机的安全。然而过热汽温又受到金属材料的制约，当前，绝大部分亚临界锅炉的过热汽温稳定在540-555度范围内，过热器高温段普遍采用采用12Cr2MoWVB。当利用更耐高温的金属材料时，过热蒸汽可以达到560-660度以上，由于耐高温材料费用昂贵，所以现在的温度还保持在540度上下。为了避免采用更高级别的合金钢，选用的管子材料，运行时大部分都逼近其耐温的极限值，这时如果蒸汽发生10-20度的超温都会使金属许用应力大幅下降，而且高温金属在有压力状态下，还有一个特性：虽然金属所承受的应力远低于它的强度极限，但在应力和高温这两种条件的长期作用下，金属会不断地发生微小的变形，即蠕变现象。另外假如温度过高还会加重高温积灰、腐蚀，乃至发生爆管现象。所以必须使用过热器减温水来调节，大多火电厂现在采用喷水减温的办法。

过热器减温水来源主要有两种方式，一是从高压加热器前即给水泵出口处引出，二是引自最高压加热器之后。两种方式各有优缺点，由于过热减温器内压力比较高，减温水要有足够大的压力差才可能喷入。从高加前引出减温水优点是因为给水泵出口处是整个系统压力最大处，完全满足压力要求，提高运行的可靠性；缺点是当减温水取自高加前，使这部分给水不再通过高压加热器的加热，直接进入锅炉，等于减小了高加的利用率，使回热作用降低，不利于机组热效率。

近年来不少机组尝试采用另一种方式，从第一级加热器出口引出过热器减温水，这使进入锅炉的给水都通过高加，必然提高了机组热效率。

当前，解决机组低负荷运行时减温水压力达不到要求的普遍办法是，在采用调速给水泵的同时仍装有调节阀。当负荷较低，减温水压力不足时，通过关小调节阀增加给水流动阻力的方法来调节。这时泵扬程增加，减温水压力也随之增加。通常情况下，调节阀的节流压损在0.8至1.5Mpa之间，即使阀门全开时也有近0.5Mpa的压损，这些节流损失，必然会降低整个系统的热效率，减弱调速泵的节能效果。当然，机组不光要考虑经济性，更要兼顾运行的安全性。现代锅炉大部分装备有对流与辐射结合式过热器，超过75%负荷时表现辐射换热特性，低于75%负荷时表现对流特性。以最大负荷运行时，过热器的喷水率在68%左右。在一定的范围内（75%以上），负荷降低，减温水量需要增加。

结语

本文利用热经济学，将热力学分析与经济学分析相结合，将系统的热力性能和经济性以及环境因素考虑在内，对电厂热力系统进行综合全面的分析，并在此基础上编程对系统进行优化。

参考文献：

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[2] 曹辉.刍议发电厂热能动力系统优化与节能改造[J].军民两用技术与产品，2015（24）：127.

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