火电厂热能动力系统优化与节能改造研究

王竟懿

摘 要：火电厂采用热能动力系统发电，可以减少不必要的能量损耗，充分利用能源，提高生产效率。本文首先分析火电厂热能动力系统，然后从系统运行优化和节能改造两方面提出了改进思路，探讨了联产技术、回收技术、补水技术在系统优化与节能改造中的应用。

关键词：火电厂;热能动力系统;节能改造

中图分类号：TM62文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）26-0142-03

Abstract： Thermal power plants use thermal power systems to generate electricity， which can reduce unnecessary energy loss， make full use of energy， and improve production efficiency. This paper first analyzed the thermal power system of thermal power plants， and then proposed improvement ideas from two aspects of system operation optimization and energy-saving transformation， and discussed the application of co-production technology， recovery technology， and water supplement technology in system optimization and energy-saving transformation.

Keywords： thermal power plant;thermal power system;energy-saving renovation

当前，可再生资源不断减少，火电厂生产面临较大的资源压力。与此同时，伴随社会经济的快速发展，生产、生活用电需求量不断增加。面对这一局面，在利用热能动力系统发电的过程中，火电厂要引入先进技术进行系统优化和改造，提高能量转化利用效率，减轻资源利用压力，满足节能生产需求。因此，要加强系统优化与节能改造研究，以科学技术为支撑，推动发电事业的健康发展。

1 火电厂热能动力系统

热能动力系统发电是指利用化石燃料等可燃物燃烧产生热能，然后经过发电动力装置转换为电能。从系统能量转化过程来看，最初为生物化学能，之后依次转化为热能、机械能和电能。在系统运行过程中，受燃烧不充分因素影响，化石能源遭到大量浪费，能量转化程度较低。与此同时，燃烧将产生大量二氧化碳和二氧化硫，如果未经有效处理就排放至空气中，会引发严重环境污染[1]。

在建设热能动力系统时，火电厂需要综合考量各類技术，参照国家、行业技术标准，对各种机械设备进行合理选用和组合，完成系统性能综合分析，在保证系统可靠运行的同时，尽可能提升能量转化率。此外，技术应用方面，要综合考虑技术水平，在保证系统先进性的同时，为日后维护提供便利，使系统建设带来可观经济效益。在系统建设过程中，除了保证设备投资不超预算，还要保证后期产生的损耗费和维修费低于经济效益。近年来，伴随国家节能环保政策推行，火电厂因能源过度损耗和污染治理承担的成本逐渐增加。但目前建设的系统大多关注经济效益，缺少对社会效益的足够考量，最终影响系统运行的经济性。因此，要对系统进行优化和节能改造，提升系统工作质量，为火电厂的可持续发展提供保障。

2 火电厂热能动力系统优化与节能思路

2.1 运行优化

现阶段，冶金化工行业利润高，大量优质煤炭流向该行业，造成火电厂能够利用的煤炭品质不高。劣质煤炭难以保证锅炉稳定燃烧，使得资源利用率不高，热效率仅为30%～40%。尽管国家大力倡导风力发电、水力发电，火力发电在未来较长时间内依然是我国的主要发电方式，因此为使现有资源得到最大限度利用，人们要优化热能动力系统，提高能量转化率。从热能动力系统运行情况来看，多存在重热现象，即多级汽轮机组运行期间内部各级间存在显著热能损失，使得电能使用率较低[2]。发生重热现象后，电力系统难以维持稳定，不仅影响发电效率，也将造成发电质量下降。在优化系统运行时，要重视热能品位和燃料化学能品位的关系，对动力侧和化工侧进行整合，建设联产系统，运用集成原理，促使能量得到充分利用。机组内的各级能源要做到合理运用，提高系统能量转化率。挖掘热能动力系统潜力，能够改善系统资源利用效果，减轻运营压力，创造更多效益。

2.2 节能改造

结合热能动力系统工作原理可知，利用锅炉产生的蒸汽驱动汽轮发电机组，蒸汽中依然有大量热能被冷却水带走，同时锅炉排出的烟气也将带走大量热能。而在蒸汽膨胀过程中，将有明显水滴出现，引发蒸汽损失。相较于水滴，蒸汽运动速度更快，使其不断与水滴接触，导致大量湿气产生。而只要锅炉运行，就会产生水滴，引发蒸汽损失。调整设备运行频率，可以减少湿气损失，却会导致机组无法保持额定运行状态，同样会引发能量损耗。为避免电力系统产生较大损耗，火电厂会对发电设备进行节流调节。在机组容量较小时，节流调节可以使机组维持相对稳定的运行状态，避免产生较大损耗。但是，若运行负荷较大，节流调节将导致机组数减少，运行级数增加，给火电厂带来经济损失。

系统污染治理方面，为避免大量温室气体排放至空气中引发环境污染，火电厂要引入烟气治理技术，系统尾部安装相关装置。但是，采取“先污染，后治理”的方式，同样会带来较大能耗，污染处理效果不理想，不利于行业的可持续发展。综合这些问题，要从多个方面对系统进行节能改造，在减少各种资源、能源损失的同时，加强污染治理，促使系统取得理想的节能改造效果。

3 火电厂热能动力系统优化与节能改造技术措施

3.1 联产技术应用

火电厂要引入联产技术，优化热能动力系统，推动系统能量转换与污染控制的一体化发展，促使能量得到充分利用。具体来讲，就是对汽轮发电机组运行过程中产生的热量进行利用，在发电的同时进行供热，实现热电联产。电能、热能同时得到利用，所以可以形成高效能源利用模式。联产技术能够对不同品位的热能进行分级利用，即采用低品位热能进行集中供热，采用高品位热能进行发电，提高能源利用率。

3.1.1 系统建设。采用物理化学方法实现联产，能够使煤炭资源得到清洁、高效利用。将煤气化当成中心，能够将95%的煤转化为可燃合成气，实现联合循环发电。具体来讲，增设反应器，将煤炭制作成化工产品，然后利用剩余尾气进行燃烧发电，将发电和化工生产耦合[3]，保证气化系统稳定运行，降低系统发电成本。不同于对系统设备进行单独改造，联产技术需要实现系统联合优化，具有整体性和系统性。蒸汽动力联产需要保证燃气轮机锅炉机组和汽轮机高压系统联合运行，构成新型联产系统。系统运行需要实现耦合共生，保证各种设备相互协调，实现废气资源化处理，促使系统获得的经济效益与环境效益相协调。在重新组合的基础上，原本热能动力系统得到简化，原料要求随之降低，能够通过不同工艺互补提高系统总体运行效率。

3.1.2 控制优化。系统控制优化方面，为实现能量阶梯利用，要对系统运行产生的二氧化碳进行吸收和再利用，利用先进分离技术完成清洁燃料的深度分离，用于化工合成生产，使合成气拥有均衡化学成分，在燃料化学性质、热能和自由能间建立动力关系，使能量转化效率得到提高。在系统内部实现能量循环时，要加强重热系数控制，确保再热管道完整。适当缩减蒸汽机的热段管道口径，能够减少管道压力损失，降低凝汽器背压，使系统热量损耗得到有效控制[4]。各个子系统运行期间，要合理选择运行周期，交替使用单阀和顺序阀来调整联产系统，提高系统整体运行效率。日常应做好系统运行数据记录，根据设计标准和历史数据进行对照，通过经常性的检查和调整使系统最终达到良好运行状态。

3.1.3 供热调节。在燃煤过程中，系统供热时容易出现热力平衡差，存在流量大、温差小的问题。为加强蒸汽过热度控制，人们需要将供热蒸汽热量传送至系统，实现热度转化。为使供热系统达到平衡，减少热量损失，还要对热力管网进行改造，在完成采暖地沟敷设的同时，在部分区域新建地沟进行循环输泵改造。通过安装水泵变频器，加强供热系统计量，人们能够对系统进行变流量控制，结合设备负荷曲线对温度进行设定，促使水温得到有效控制。采暖供热方面，设置恒温阀进行调节，使温度维持稳定。应用热能动力系统供热，运行温度变化也将引起能源损耗，要结合设备实际带负载情况进行控制阀调节，对控制单元输出信号进行控制。通过动力操作，调节介质的压力、流量等，使系统维持可靠运行。结合火电厂建设经验，通常上半年将进行单阀运行，下半年采用顺序阀进行系统运行调整，使系统保持最佳运行状态，提高系统能源利用率。

3.2 回收技术应用

3.2.1 余热回收。系统节能改造方面，可以采用余热回收技术。通过对系统发电过程展开分析，人们可以发现余热回收利用率较低，系统产生的过多余热将伴随烟气、排污水等物质散失。从节能减排角度来看，要加强烟气回收利用。目前，锅炉发电排烟温度通常能够达到200 ℃，回收潜力较高，烟气热量回收利用能够有效节省能源。实践应用期间，可以采用预热和助燃两种回收利用方式，前者直接利用烟气对工件进行预热，但容易受到场地限制。而采用烟气对空气进行预热，能够起到助燃效果，增加锅炉热量，提高燃烧效果。提升预热器入口位置的空气温度，能够使换热面壁温升高，避免出现结露腐蚀问题。采用管式换热器时，可以采用水平方式放置管子，使烟气恒流冲刷换热面，减少低温腐蚀。针对尾部换热器，壁温应比烟气露点温度稍高，避免露点腐蚀发生。实际进行系统节能改造时，要在鍋炉尾部完成低压省煤器的安装，装置靠近引水位置，促使烟气余热得到较好收集，投入热力循环，有效减少能源消耗。对排污水余热进行回收利用时，应结合系统定期排污特点进行节能改造。系统经过扩容减压后，废水将直接排放，导致余热浪费。如进行连续排污，仅能利用扩容器实现少量二次蒸汽回收，同样会造成余热浪费。为此，还要在锅炉上完成余热回收装置安装，对污水余热进行回收，使系统热量得到充分利用。该装置可以利用温度低的水对烟气进行冷却，将烟气温度降低至水蒸气冷凝水平，对烟气显热和冷凝潜热进行回收利用，提升锅炉热效率。

3.2.2 凝结水回收。在火电厂生产中，热能动力系统中大量能量和水资源用于产生蒸汽热。在锅炉运行过程中，要将水位维持在一定范围内。水位过高将导致饱和蒸汽带过多水，蒸汽温度将急剧下降。而在放热后，蒸汽将形成凝结水，直接排放将导致资源浪费。从总体来看，废蒸汽冷凝水释放的热量占蒸汽总热量的1/4左右。对高温冷凝水进行回收利用，不仅可以减少水资源浪费，也能减少低燃料能源消耗。凝结水回收技术可以实现低压蒸汽水的余热回收，利用余热实现系统节能控制。火电厂可以采取压力回水和背压回水方式，前者需要安装凝结网，利用加压泵提供压力，实现凝结水余热收集，使锅炉能量得到一定补偿，保证系统运行安全[5]。但在锅炉运行过程中，该方式需要进行阀门检查和水泵检查。回收系统遇到较大阻力时才使用增压泵，若发现排水不畅，就开启增压泵，加快系统循环速度，保证设备正常运行。采用背压回水方式时，如果加热设备背压较低，就可以直接利用疏水阀背压回收凝结水，将阀门压力当成动力传输水蒸气和凝结水，提高蒸汽利用率。通过回收蒸汽凝结水，资源可以实现最大化利用，进一步提升系统节能效果。

3.3 补水技术应用

在蒸汽机组运行的过程中，要采取抽凝式补水方式不断提供水资源，保证系统设备正常运转。系统冷凝器用于使汽轮机出口维持真空，提高汽轮机功率。而在冷凝器位置安装补水雾化装置，能够使排汽余热得到充分利用，在减少冷源损失的同时，提高机组热能的经济性。对系统进行节能改造，可以通过化学补水方式提高设备运行效果。具体来讲，就是在除氧器或凝结器中补加化学水，使排气废热得到回收利用，改善凝结器真空状态，节约能源。该技术需要加强水温控制。在补水不足时，利用余热装置提升水温，使水快速进入凝结器。采取喷雾式方式，利用低压加热器对补水进行逐级加热，能够增强补水效果，使高位能蒸汽量得到有效控制，满足系统节能改造要求。此外，蒸汽机组运行期间将产生湿气损失，还要配备除湿设施降低能源损耗。采用中间热循环方法，在高效除湿的同时，能够提高机组设施抗腐蚀能力。在喷灌时，要设置吸水缝，有效控制损失，继而提高系统运行效率。

4 结论

在节能环保战略得到逐步落实的背景下，火电厂的运营理念开始发生改变。针对热能动力系统能量损耗大、污染排放量大的问题，人们需要通过开展能量阶梯型利用等措施实现系统运行优化，并通过系统节能改造充分利用各种能源，减少污染排放量。实际进行系统改造时，要合理运用联产技术、回收技术、补水技术，达到系统优化和改造要求，最终取得理想的节能效果。

参考文献：

[1]苏占.浅谈热能动力系统优化与节能改造[J].中小企业管理与科技，2019（7）：133-134.

[2]于海滨.热能动力系统优化与节能改造分析[J].化工管理，2018（13）：108.

[3]高海宏.热能动力系统优化与节能改造分析[J].内燃机与配件，2019（12）：274-276.

[4]宋健，谭慎迁，刘朝青.基于火电厂热能动力联产系统节能改革问题[J].科技资讯，2018（35）：41.

[5]井飞.热能动力工程在火电厂中的应用[J].中小企业管理与科技，2019（7）：154-155.