浅析火力发电厂电气节能降耗的问题与技术措施

2020-01-01马宏宇

数字通信世界 2020年4期

马宏宇

（国家能源集团准能矸石发电公司，鄂尔多斯 010300）

1 火力发电厂电气节能降耗的必要性

火力发电厂为企事业单位以及广大群众的日常生活、工作提供了重要的能源，火力发电厂的节能降耗对我国民生经济的持续发展和改善、技术和加工工艺都具有重要影响。我国现阶段主要以火力发电为主，在实现火电经济可持续发展同时，面临着全球资源短缺和环境污染的巨大挑战。采取正确的节能降耗措施，进行技术改造和创新，优化固有的供电方式，能有效地提高我国火力发电厂的节能降耗水平，对实现我国的可持续发展，促进节能减排，保护环境具有重要意义。

2 火力发电厂常见的电气化损耗问题

整体上来说，我国火力发电厂在运行中存在的主要的电气损耗性问题主要表现在机械设备运行损耗、设备运行效率低、检查维护高损耗、照明损耗、核心的铁磁性部件损耗、设备老化及运行工况调节以几个方面，其具体如下：

2.1 机械设备运行损耗

火力发电厂在运行过程中必然会涉及到热能、光能、机械磨损的损耗。常见的电气损耗主要有以下几种形式：①设备空载运行，产生较大的电能损耗。②机械设备效率不高产生的损耗。③机械设备运行自身的磨损及空气摩擦产生损耗，。

2.1.1 空载损耗

机械设备在起动或设备切换过程中发生空载运行造成的电能损耗。

2.1.2 机械损耗

机械设备之间、能源转换之间受到物理性的能量影响而造成损耗性问题。

2.1.3 空气摩擦

空气作为一种介质，机械设备在运行过程中，会因摩擦的作用产生能量的损耗。特别是火力发电厂除灰除尘、输煤等区域会产生较多的颗粒物、粉尘，进而加大了空气摩擦和损耗。

2.2 火力发电厂水系统设备运行效率低

水系统是火力电厂中的重要组成部分，主要设备有循环水泵、给水泵、真空泵、凝结水泵等大型设备，都属于发电厂的核心设备。如果管理以及维护保养不当则就会降低运行效率，造成较严重的损耗。现在大部分电厂中都应用密闭式循环水系统，较旧式的敞开式循环水系统，有效降低水资源的消耗，但相应增加了运行设备，造成厂用电量的显著增加。

2.3 维护保养周期延长造成的高损耗

电厂为了提高产能效益，就需要保证向电网及用户供电的可靠性和连续性，设备就需要全天候连续运行，且有一定的备用设备。这对设备的可靠性提出了更为严格的要求。而一些火力发电厂由于区域电网负荷需求的原因，设备运行时间较长，无法按照检修规程的要求进行计划性检修，这样则就会加剧设备老化、故障率增高，相应损耗增大。

例如，6kV 或10kV 高压变频器，由于不能按计划停电检修，延迟了维护保养时间，在运行过程中设备内部积灰，会导致设备发热量增大、效率降低，不但提高了制冷系统的能耗输入，故障率也会成倍的增加，相应增加了后期维修成本。

2.4 照明损耗

在电力生产过程中，为了保障操作人员及维修人员安全稳定的开展工作，就需要安装大量的照明设备。而不同类型的照明设备产生的损耗具有较大的差异性。一些火力发电厂为了降低生产辅助设备的投入成本，会选择价格低廉的照明灯具，此类灯具在应用中不但会耗费大量的电能，而且照明灯具寿命短、故障率高，需要投入大量的维修成本，诱发安全隐患等问题。

2.5 核心的铁磁性部件发热损耗问题严重

电磁效应的原理是电、磁现象之间的相互联系和转化，在电与磁转化过程中产生热量，造成发热消耗，在交变磁场环境中一些铁质部件会产生有磁滞损耗、涡流损耗。实际应用是用磁场产生电场，用电场产生磁场，如发电厂中的发电机、永磁电动机，交流电动机、电磁铁等。

电磁转换过程中产生的热量，除了消耗电能同时，也降低了电磁转换的效率，严重的影响了设备的性能，增加了设备的损耗，降低了设备的寿命。利用惰性材料、非导磁性材料、电阻率较低的材料均能够有效降低电磁效应的影响，提高设备效率，降低设备发热量，实现节能降耗的目的。

2.6 电气设备老化以及运行工况调节

2.6.1 设备陈旧老化

火力发电厂设备运行达到规定时限，其老化程度急剧增加，工作效率也同时严重降低，大部分设备出现隐患，故障率大幅提高，在这种状况之继续运行，维修成本增加，能损增加。

2.6.2 设备运行工况调节

火力发电厂在运行过程中，如果没有根据实际负荷的变动对运行设备进行实时调节，必定会造成设备的综合效率，增加电能损耗。如：厂用变压器的容量在设计之初就保证了负荷冗余及故障状态下的备用问题，所以在生产现场设备负载出现不合理状态之时，如出现重载、空载的问题则应进行适时调整，将部分设备在保证安全稳定生产的前提下进行调整，就会有效减少电能损耗问题。

例如冷却水流量是影响汽轮机真空度的主要因素，因而循环水系的控制历来是火电厂中的一个重要问题。目前国内已投入运行的中等功率的火电机组大多采用节流调节方式，通过操作阀门实现冷却水水流量的调节，而对循环水系采取定速控制。这种调节方式控制粗糙，汽轮机的真空度不稳定，不能保证汽轮机在经济运行方式下运行。另外，当在低负荷运行时，定速控制造成阀门两端压差很大，大量的能量消耗在阀门上，随着大功率机组的大量投入运行，各电网中的中等功率机组相继参入调峰运行，循环水泵大多数运行时间在变工况下工作，泵的运行效率也很低，长期运行导致火电厂的能耗十分严重。

3 火力发电厂电气节能降技术优化措施

火力发电厂在运行中要想强化对电气设备的能耗管理，就要综合火力发电厂的常规状态进行处理控制，强化技术层面的控制、优化及技术改造，通过采用合理的节能降耗措施，进而充分降低损耗，提升火力发电厂的经济效益。

3.1 合理控制火力发电循环系统，降低能量损耗

针对火力发电厂汽轮机的运行原理，为了达到经济运行的目的，需要对循环流量的调速控制方式进行改进。采用PLC、PID和变频技术对循环水泵进行调速控制，组成汽轮机最有利真空循环水泵变频驱动PLC 控制系统，控制系统能够根据运行负荷的变化自动调节汽轮机循环水系统水泵的数量和转速，达到最有利真空的运行工况，从而改变了火电厂以往的运行状况，实现汽轮机真空度的高精度控制和经济运行，且运行稳定，可靠性高，节能效果显著。

3.2 合理降低铁磁消耗

电力系统在发展过程中，电能传输质量始终受到应用的导体材料的关联影响。为了降低电气消耗，就要强化导体材料控制，合理选择输电导体材料。为了降低电磁消耗就要通过科学的方式进行载流导体以及钢材料的处理，充分保障钢结构的合理选择。通过合理的控制降低钢材料质量不合格造成的影响，避免由钢材料产生结构性能变化，造成阻碍性的影响。

3.3 减少机械更换流程

火电厂要根据实际状况研究先进技术革新，通过高压电动机变频调速、伺服电机、永磁高效节能等技术手段有效减少空载以及机械、空气等因素对电气节能降耗产生的影响。利用智能化、自动化技术实现对现有技术的优化完善。

在运行中适当减少不同机械之间切换操作，对电厂的技术手段进行优化，充分提升效率，不仅仅可以节约运营成本，也可以达到节能降耗的目的。

3.4 改造核心水泵

为了解决水泵产热以及降效问题，需要根据现代水泵的实际运作原理，基于降温技术对其进行改造优化。电厂要综合火力电厂的供电能力以及市场需求进行优化完善，在保障其满足实际运行需求的前提下，通过对水泵电机的具体安装位置、水泵的流量以及水泵运行频率进行优化改造，以达到节能降耗的效果。

3.5 合理确定电动机运行参数

常规状况之下，火力发电厂的发电能力有着标准的参数要求。在选择电动机的时候要综合火力发电厂的实际工况科学选择。例如，应用高效电动机、变频调速电机及永磁电机等，充分利用其节能、高效率以及低损耗、高导磁的特征，保障其充分满足发电厂的实际工作需求，进而凸显节能效率，在保障企业经济效益最大化基础之上满足节能降耗的目的。

3.6 降低照明损耗，采取节能装置

节能降耗是一项系统性的工作，在实践中要综合实际状况分析产业效益，实现内部的改革。基于节能降耗角度分析，照明灯具是影响损耗的关键因素，应根据实际情况合理的选择照明设备，如采用低能耗、高性能的LED 灯具、太阳能灯具，同时采用智能控制方式，虽然会增加成本，但是这些设备的能耗较低，节能效果显著，应用更加稳定，寿命也更长。能有效降低能耗及维修所消耗的人力及费用，这样不仅仅可以提升内部照明度也可以达到节约电能的目的，同时也达到降低消耗支出成本，达到提升产业效率的目的。

3.7 合理控制变压器空载运行

火力发电厂在运行中主要的启动装置均为高压设备，在变压器空载或者低负荷运行状态之下会造成较为严重的电能损耗问题。为了降低电能损耗则就要通过冷备用的方式进行处理。

因此，在用电方案的设计中，设计人员要保障设备在常规状况之下不带公用负荷，通过发电机组的变压器对公用的负荷进行均分，将其中一台机组通过变压器全带且具有事故切换功能的方式进行设计，充分保障用电的安全性可靠性。在此种状况之下，通过两台变压器备用对负荷均匀分担，相对于全部负荷来说可以有效降低负载损耗率，具有显著的节能效果。

合理优化变压器的容量，加强负荷控制可以有效避免低负荷以及空载等问题，其具有显著的降耗作用。