热能动力系统优化探讨

靳世武

（上海市机电设计研究院有限公司，上海 200040）

随着社会的飞速发展，各行业内的竞争压力不断增强。在这种情况下，人们对电力生产提出了更高的要求。为进一步提高生产效率，降低能源消耗，为企业创造更多的经济效益，需要对传统生产系统展开优化升级。因此，加强对于热能动力系统优化方式的研究和探讨十分必要。

1 热能动力系统

热能动力系统是众多工业生产过程中的关键环节，主要作用是将热能转化为机械能，再将机械能转换为电能，以供后续生产流程的顺利推进。热能动力系统主要采用热胀冷缩原理，通过高温环境产生热能，然后将其转化为机械能，从而产生原动力，为后续生产作业提供支持和保障。例如，火电厂热能动力系统主要由燃烧系统、汽水系统以及控制系统3个部分组成。通常情况下，热能动力系统的主要燃料为煤炭等可燃物，为不可再成能源。然而，在热能动力系统中，经常存在燃烧不充分等问题，导致热能转化率相对较低。这不仅会导致企业生产能力无法提高，企业经济收益低下，而且对于生态环境也有着一定的负面影响[1]。

2 热能动力系统优化的意义

就目前我国工业生产的实际情况而言，无论是提升转化效率、节约资源的需求，还是环境保护要求，都要求对热能动力系统进行优化改造。热能动力系统优化调整在发电厂中的实际应用主要包括以下两个方面：一方面，降低调压调节损失，从而提升相关机组的稳定性和使用性能；另一方面，要科学应用重热现象，以进一步提升相应操作的技术水平，确保机组的运行效率。这对于提高电厂经济效益有着积极作用。

该系统优化改造的意义主要体现在以下3个方面：第一，由于系统运行过程中煤炭等燃料燃烧不充分，给生态环境带来了极大影响，因此为减少环境污染，提高工业生产的环保性，需要对热能动力系统进行环保排放优化；第二，热能动力系统的优化有助于提高资源利用率，减少资源浪费，降低生产成本，对于提高企业的经济效益以及社会效益有着积极作用；第三，热能动力系统节能方面的优化改造，能够有效提升企业的生产能力，对于促进企业可持续发展具有重要意义。

3 热能动力系统的优化措施

3.1 余热回收利用技术

3.1.1 锅炉废烟余热回收

在热能动力系统实际运行的过程中，高温高压锅炉的燃烧温度可高达1 000 ℃。一般情况下燃烧温度在400 ℃以上时，燃料燃烧会产生大量废烟，并且产生的废烟也有着较高的温度。若是将锅炉燃烧所产生的废烟直接排放，不仅会对环境造成一定污染，而且会浪费大量的热能。废烟余热是一种可回收利用的二次能源。科学有效的废烟余热回收技术，是降低热能动力系统资源消耗的重要措施。

烟气余热的回收通常包括以下两种方式。第一，预热工件。此方法需要占用较大的体积进行热交换，因此对于作业场地空间有着较高的需求。第二，预热空气助燃。该方法通常配置在加热炉上，不仅能够强化燃烧，使燃料燃烧更加充分，而且能够提高锅炉的升温速度，有效保障锅炉的热工性能，有着较好的节能效果。空气预热器包括多种类型，若按照传热方式进行划分，则可将其划分为间壁换热式和蓄热换热式两种，其中间壁换热式包括管式和版式预热器，蓄热换热器包括回转式空气预热器。若按照构造形式进行划分，则能够将其划分为管式预热器和板式预热器。以回转式空气预热器为例，其工作原理如图1所示。

图1 回转式空气预热器工作流程示意图

3.1.2 锅炉废水余热回收

在热能动力系统运行的过程中，所产生的热能非常大，由此所产生的废水也携带有大量的热能。若能够将此类热能进行充分回收利用，不仅能够极大地减少能量损耗，而且能够有效降低废物排放量，减少对环境的污染。

在实际锅炉运行的过程中，为保障运行的稳定性和可靠性，需要做好排污工作。锅炉的燃烧会产生一定废水，因此热能动力系统通常会采用连续排污和定期排污方式排放其产生的废水。由于锅炉废水本身带有一定余热，而且存在污染性，若直接进行排放，不仅会造成环境污染，还会浪费大量的热能和水源。针对这种情况，可通过在锅炉后方加设废水废热回收器，或者使用排污冷却器，对高热废水进行二次回收。这样不仅能够实现回收扩容，还能够提高能量利用率，起到节能减排的效果[2]。

3.2 热能动力联产技术

3.2.1 蒸汽凝结水回收系统

企业在进行实际生产的过程中，必然会应用到大量工业用水来帮助生产热能，并将其转化为机械能，使热能动力系统运行过程中产生大量的水蒸气。水蒸气中的热能释放完之后会产生凝结水，这些凝结水的热量占水蒸气总热量的1/4左右，因此加强对于此类凝结水的二次回收利用，不仅能够减少工业用水量，还能够提高热能动力系统的资源利用率，从而进一步降低能源消耗。蒸汽凝结水回收是热能动力系统节能优化的重要措施，常见回收装置如图2所示。通过对蒸气凝结水的回收利用，能够将蒸气余热作为低压蒸汽使用，以此达到节能效果。在实际回收利用蒸汽凝结水的过程中，应先对相应蒸汽系统进行研究和分析，并结合实际情况合理进行相应设备的优化改造。其主要回收改造原理是借助蒸汽凝结水的余热取代低压蒸汽，从而实现对蒸汽凝结水余热的利用，达到减少低压蒸汽能耗的目的，实现节能减排。

图2 凝结水回收装置

凝结水的回收利用主要包括以下两种方式：第一，加压回水，即通过相应设备对凝结水进行加传输压，以此实现替代低压蒸汽的功能，主要应用的设备是气动凝结水加压泵；第二，背压回水，主要动力来源在于疏水阀的背压，在此压力的作用下能够实现水蒸气以及凝结水的传输，从而将其运输到指定回收位置，实现凝结水的回收。背压回水方法有着更好的水蒸气以及凝结水的回收效果，并且具有节能环保的作用。这两种蒸汽凝结水回收方法均能够有效提高蒸汽凝结水的利用效果，极大地减少了热能动力系统实际运行过程中的能源消耗，而且降低了污水、废气的排放量，有着较好的节能减排效果，对于降低系统运行成本和提高工业企业经济效益有着积极作用[3]。

3.2.2 供热蒸汽过热度利用

在当前资源紧缺、节能环保、可持续发展的背景下，能源和资源的高效利用成为了工业生产系统升级优化的主要方向。在此情况之下，为进一步提高能源利用率，提出了热能动力联产系统的概念。通过对不同性质和形式的能量进行梯级配置，构建了总能量体系，其中供热蒸汽过热度利用是该体系的重点内容和方向。对于热量较高的能源，可将其转化为机械能或者用于提供热量，以此进一步提高能量利用率和装置使用的合理性，从而减少能量损耗，达到节能减排的目的。

热能动力系统的运行经常会有一些降温需求，此时通常会采用喷水的方式利用水蒸发吸热的原理达到降温目的。通过这种方式能够将高热能转化为低热能。虽然这种方式有着较好的降温效果，但是浪费了较多的能量。因此，需要采取相应优化措施，以进一步提升热能利用率，加强对于供热蒸汽过热度的利用。在供热蒸汽过热度工作的过程中，借助相应装置将其中的过热量进行回收并注入热力系统，不仅能够提升循环热效率，还能够促使过热量充分发挥其自身作用，从而提高热量利用率。加强对于过热度的利用，不仅能够实现对热量的合理利用，降低能量损耗和浪费，而且能够进一步提高凝气机组的循环热效率，在提升系统节能性的同时，提高热能动力系统的运行效率，从而保障企业的经济效益。在实际使用上述技术措施的过程中，可通过在原系统中增设相应装置的方式达到优化系统的目的。经实践经验可知，这种改造方法和措施的成本相对较低，有着极高的经济性。供热蒸汽过热度的利用和系统改造优化，不仅能够在一定程度上减少用水量，实现能源的二次利用，有着极大的节能效果，而且具有保护环境的作用，因此加强对于此方面的应用和研究十分必要。

3.2.3 化学补水系统优化技术

实际工业生产过程中会有较大的能量损耗，不仅降低了生产效率和能源利用率，而且提高了工业生产的成本，给企业带来了一定的经济压力。同时，各种废弃物的排放还给环境造成了污染。在当前可持续发展战略的指导下，无论是出于国家发展要求还是企业自身经济效益考虑，都需要加强对系统的优化改造，以实现产业结构的升级。化学补水系统的优化应用是当前节能减排背景下企业进行系统优化的重要方向之一。在实际应用该技术的过程中，需要注意相关程序和操作流程的标准性以及规范性。在热能动力系统运行的过程中，动力设备是最为主要的装置。为确保能够发挥联产技术的功能和作用，需要加强关注程序和设备之间的配合度，以避免在系统运行时出现操作失灵等问题。另外，对于化学补水系统而言，需要加强对除氧性能的关注，同时结合喷雾式方法提升加热器利用率，强化对于热能蒸汽量的控制[4]。

4 结语

本文结合热能动力系统的优化意义，就其系统优化问题展开探讨，从余热回收利用以及热能动力联产两个方面对系统节能优化进行分析，总结提升锅炉废烟、废水、废气余热回收利用效率的措施，以及锅炉废水回收利用、供热蒸汽过热度利用、化学补水系统和蒸汽凝结水回收系统优化技术。本文所研究的热能动力系统优化对于减少资源浪费和促进企业可持续发展有着重要意义。在今后的发展过程中，随着对热能动力系统优化策略的深入研究和探讨，我国工业生产的经济效益和社会效益将会得到进一步提升。