中國電建集團山東電力建設第一工程有限公司 李善斌

1 引言

目前，火電廠中的熱能與動力工程優(yōu)化改進方向主要分為利用再熱現(xiàn)象、減少濕氣損失、調(diào)配實際工況、減少調(diào)壓損失等?；痣姀S的發(fā)電裝置是能源消耗量較大區(qū)域，各火電廠在供給城市所需電力時，應不斷對現(xiàn)有的動力技術進行優(yōu)化研究，以減少能源消耗為目標進行技術設計，貫徹落實國家可持續(xù)發(fā)展的基本原則。

2 火電廠動力工程現(xiàn)狀分析

2.1 再熱現(xiàn)象

對火電廠動力工程原理進行分析，動力裝置主要通過煤炭燃燒產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為機械能，供給發(fā)電機所需的電力，將機械能轉(zhuǎn)化為人類賴以生存的電能。在動力工程運轉(zhuǎn)過程中，部分能源在轉(zhuǎn)化過程中會逐漸被消耗掉?？紤]到運行過程中焓值始終處于比較低的狀態(tài)，需要大量的煤炭資源作為動力供給。

目前，火電廠動力工程運行過程中普遍存在重熱現(xiàn)象，也被稱之為再熱現(xiàn)象。再熱現(xiàn)象產(chǎn)生的主要原因是動力工程在運行過程中，需要經(jīng)過多個環(huán)節(jié)進行能源轉(zhuǎn)化，如果在兩個動力運行環(huán)節(jié)中，壓力幾乎保持一致，但前焓值參數(shù)比較后焓值參數(shù)而言，其數(shù)值比較小，可能會發(fā)生再熱問題[1]。再熱問題的產(chǎn)生是火電廠需要重點考慮的問題，其會增加火電廠動力工程運行的風險，并降低能源使用效率。具體而言，再熱問題的危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

一是再熱問題的產(chǎn)生會增加動力系統(tǒng)運行線路故障概率。火電廠通過電能設備的利用實現(xiàn)對能源的利用與保存，但由于電能的儲存會產(chǎn)生一定量的損耗，導致利用效率有所降低。此時，如果發(fā)生比較嚴重的再熱問題，電能的穩(wěn)定性會逐漸喪失，使得原本的電力系統(tǒng)受到影響。二是火電廠對煤炭等資源進行燃燒處理使其產(chǎn)生熱能過程中，需要將資源的熱能進行搜集以及轉(zhuǎn)化，該過程中煤炭等資源的燃燒效率對動力供給會產(chǎn)生一定程度的影響。在動力工程運行過程中，經(jīng)常性出現(xiàn)煤炭資源燃燒不充分問題，使得資源的利用率降低，電能的轉(zhuǎn)化率也比較低，動力工程為了供給日常生活所需的電能，會采用負荷負載的方式，使得機械設備產(chǎn)生一定程度的損壞。三是火電廠動力工程運行導致氣壓數(shù)值發(fā)生變化，在發(fā)電過程中，再熱問題的產(chǎn)生會使得系統(tǒng)內(nèi)部氣壓的穩(wěn)定性有所喪失，如不對其進行控制，則會在發(fā)電過程中出現(xiàn)電能穩(wěn)定性降低、電能損失嚴重問題，使得發(fā)電效果無法滿足實際要求。

2.2 濕氣損失

濕氣損失也是火電廠系統(tǒng)運行中較為常見的問題，蒸汽機設備在運行過程中會同時產(chǎn)生熱量和蒸汽，在空間內(nèi)會產(chǎn)生相應的膨脹反應，并在與空氣接觸后出現(xiàn)冷凝反應，使得動力工程產(chǎn)生的熱量無法有效使用，產(chǎn)生一定程度的熱量損失。如因濕氣的產(chǎn)生導致能量受損、效益降低，同時會影響到內(nèi)部蒸汽的質(zhì)量，使得系統(tǒng)的能源利用效率有所降低。

濕氣損失現(xiàn)象的問題主要是系統(tǒng)運行過程中，檔口的蒸發(fā)器會受能量的影響導致其出現(xiàn)能源運動現(xiàn)象，如果蒸汽的運動比系統(tǒng)內(nèi)水滴的運動量大時，兩者會附著在一起，使得系統(tǒng)運行的負擔有所增加，導致部分產(chǎn)生的能量被水滴吞噬。該問題產(chǎn)生不僅僅會導致系統(tǒng)的運行效率有所降低，能源消耗量增加，也會影響到動力系統(tǒng)運行過程中的氣壓管道質(zhì)量。

2.3 節(jié)流調(diào)節(jié)

關于火電廠節(jié)流問題的研究和分析是指火電廠在運行過程中，如果遇到異常能量轉(zhuǎn)化問題，則采用節(jié)流調(diào)節(jié)可以維系整個動力工程系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，實現(xiàn)能源的負載平衡。節(jié)流問題是指火電廠的熱能轉(zhuǎn)化過程中，如果設備出現(xiàn)異常狀態(tài)，會導致能量的損耗效率有所增加，使得火電廠的經(jīng)濟效益、能源效益降低。

針對火電廠動力工程中容量較小的設備，可以實現(xiàn)對機械運行的調(diào)節(jié)，使得機械整體運行狀態(tài)比較良好。如若在動力系統(tǒng)運行過程中，進行節(jié)流調(diào)節(jié)，會導致機械負荷數(shù)值發(fā)生改變，軸承會因此而受到影響，運行速度也會有所降低，使得實際功率與額定功率達不到應有的標準，使得系統(tǒng)質(zhì)量有所降低。因此，節(jié)流調(diào)節(jié)對于動力系統(tǒng)的作用有利有弊，需要進一步對其進行改進優(yōu)化，規(guī)避問題。

3 火電廠動力工程優(yōu)化改進措施

火電廠在對熱能以及動力工程進行改進優(yōu)化過程中，需要制定科學合理的方案，結(jié)合火電廠的實際能源消耗情況，對其進行改造，通過熱系數(shù)的計算，找到對應的方法進行改進，可以提高火電廠熱能動力系統(tǒng)的運行效率，具體措施如下。

3.1 蒸汽參數(shù)優(yōu)化

目前，針對動力機組中因復雜的汽輪機組運行而導致的熱能損失問題，可以將損失的熱量進行重新應用，將其應用到下一層次之中，可以利用殘余能量繼續(xù)供給動力系統(tǒng)所需的能量。在機械運行的過程中對誤差選值進行計算以及把握，并對動力系統(tǒng)運行過程中的誤差值進行疏導，減少對機械產(chǎn)生的影響是比較有效的方法。然而，在實際動力系統(tǒng)操作過程中，能量損失是物理學中必要的結(jié)果，是機械運行的客觀規(guī)律，其在系統(tǒng)之中的影響關系并未絕對性，減少能量消耗是比較常見的手段，但該問題目前仍無法完全規(guī)避[2]。

例如，某火力發(fā)電廠采用提高蒸汽初參數(shù)的方式提高系統(tǒng)運行的熱效率，降低再熱現(xiàn)象的能量損失。汽輪機發(fā)電機組的熱耗率大致在800kJ/kWh，根據(jù)蒸汽朗肯循環(huán)參數(shù)的分析，對影響熱效率的因素進行判斷。冷源、熱源的溫度差是影響熱效率的主要問題，通過提高蒸汽參數(shù)、降低排汽溫度的手段，可以提高系統(tǒng)的熱效率參數(shù)，排汽溫度的計算公式如下：

公式中的△t表示冷卻水溫升高系數(shù)，H表示最終的排汽溫度，θt是設備系統(tǒng)的傳熱端差，t1則表示系統(tǒng)運行時的進水溫度。

目前，汽輪機蒸汽的初參數(shù)為565℃，汽溫的提升需要投入大量的成本，而采用提高進汽壓力，降低蒸汽終參數(shù)的改進方式，可以提高效率的同時，減少能源消耗，該措施與之匹配的方法是再熱循環(huán)系統(tǒng)。蒸汽初壓對朗肯循環(huán)熱效率會產(chǎn)生一定程度影響，出口干度在0.85左右，循環(huán)效率提升，具體循環(huán)熱效率如圖1所示。

圖1 蒸汽初溫對循環(huán)熱效率影響圖

圖1中，t1表示進水溫度，P1表示初壓、P2表示終壓，S表示時間，T表示循環(huán)效率。由圖1可知，設備處于極限壓力狀態(tài)下，通過提高蒸汽初壓的方式，可以有效提高動力系統(tǒng)的循環(huán)效率，再熱系數(shù)得以有效利用。如保持終壓、初壓恒定，則通過提高初溫度，可以提高系統(tǒng)的循環(huán)效率。

除采取提高初壓參數(shù)的方式進行優(yōu)化，也可以采用降低終參數(shù)的方式提高系統(tǒng)的運行效率。通過對公式（1）的分析，結(jié)合圖1中的變化規(guī)律，排氣溫度應高于冷卻水的進水問題，采用降低排氣壓力的方式提高循環(huán)效率，但會受冷卻水進水問題的影響。在循環(huán)熱系數(shù)利用系統(tǒng)應用過程中，出水與進水的合理溫升應控制在10℃，傳熱端差為8℃。

3.2 減少濕氣損失改進措施

減少濕氣損失是保障動力系統(tǒng)供給電量穩(wěn)定的關鍵，空氣溫差會導致蒸汽凝結(jié)，使得設備受損，降低濕氣損失可以提高動力系統(tǒng)的熱效率。采用蒸汽循環(huán)的方式，必然會產(chǎn)生濕氣損失，通過系統(tǒng)的優(yōu)化設計，主要作用是減少濕氣損失，降低能源消耗。中間再熱循環(huán)系統(tǒng)對于降低濕氣損失而言有著積極的作用，相關人員可以通過引入中間再熱循環(huán)系統(tǒng)的方式，實現(xiàn)對濕氣損失的科學控制。

通常情況下，高壓缸內(nèi)已經(jīng)經(jīng)過膨脹的溫度，其壓力大致為主汽壓力的20%左右，引出蒸汽將其回流至再熱器內(nèi)進行繼續(xù)加熱、膨脹，可以起到降低排汽濕度的作用。由于進汽過程中溫度會受到動力系統(tǒng)材料的影響，金屬材料會對進汽壓力產(chǎn)生一定的限制，但通過控制進汽溫度的方式，并使用中間再熱系統(tǒng)，可以有效提高系統(tǒng)的熱效率5%以上甚至更高，中間加熱的方式可以進一步優(yōu)化其效率，可以再次提高2%甚至更高，中間再熱系統(tǒng)的改進優(yōu)化使用比較復雜。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 中間再循環(huán)系統(tǒng)運行結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)圖2結(jié)構(gòu)建立中間再循環(huán)系統(tǒng)，對濕度的影響因素進行細致分析?？紤]到蒸汽中間再熱循環(huán)會對動力系統(tǒng)內(nèi)效率產(chǎn)生一定程度的影響，對上述結(jié)構(gòu)進行應用，分析其具體的應用效果。蒸汽中間加熱方法的應用，末級的蒸汽濕度有所降低，降低率達到5%以上，說明該系統(tǒng)下的濕氣損失率有所降低。對該表象下的動力系統(tǒng)的運行效率進行分析，中間再熱使得內(nèi)效率得以提升。

因此，在對動力工程進行改進優(yōu)化的過程中，采用上述方法進行效率提升的同時，也要對蒸汽中間的再熱參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，以熱效率提升為目標進行改進。再熱后蒸汽功率下的焓值降低后增加，如果時刻保持功率不變，給水量和能耗量也會一定程度減少。但如果抽氣機存在過熱反應，則抽汽量仍然會受到影響。即使使用再熱循環(huán)系統(tǒng)，采用削弱回熱以及加熱的方式進行改進優(yōu)化，其經(jīng)濟效果也會有所增加。

3.3 提高節(jié)流功能改進措施

火電廠節(jié)流調(diào)節(jié)以科學化的調(diào)節(jié)方式減少節(jié)流損耗，計算各級焓值、差值等，對流量進行實時監(jiān)控，并對汽輪機設備的實際作業(yè)狀態(tài)進行明確，以改善設備的實際需要。為減少動力系統(tǒng)超負荷的情況出現(xiàn)，通過節(jié)流調(diào)壓的方式確保其運行的穩(wěn)定性，并使用貢獻有的技術進行改善。

以某火電廠為例，其在動力系統(tǒng)運行中應用聯(lián)合動力裝置，實現(xiàn)對循環(huán)質(zhì)量的優(yōu)化，將高溫循環(huán)排汽作為低溫循環(huán)的熱源，同時使用燃氣、蒸汽形式進行聯(lián)合裝置的構(gòu)建，以實現(xiàn)動力系統(tǒng)的科學優(yōu)化。使用聯(lián)動動力裝置，熱力參數(shù)、單機容量均得到保障，動力系統(tǒng)運行的熱效率可以得到保障，排汽溫度在500℃，每秒的排氣量達到300kg以上，將排氣能量作為給水裝置，有效提高了系統(tǒng)的供電效率，減少了能源的消耗量。使用聯(lián)合動力裝置，動力系統(tǒng)的節(jié)流功能得以優(yōu)化，且在單機容量較高的情況下極少出現(xiàn)負荷負載的情況，減少了節(jié)流調(diào)節(jié)對設備的損壞。

使用熱電聯(lián)供循環(huán)系統(tǒng)進行自動節(jié)流調(diào)節(jié)也是當下比較流行且有效的方法。熱電聯(lián)循環(huán)系統(tǒng)的應用將一部分蒸汽抽出，供給用戶所需的熱量，有效提高了蒸汽凝結(jié)熱的效率，其熱效率從原本的35%左右，理論上最高功率運行下熱效率可以提升至90%左右。熱電聯(lián)循環(huán)系統(tǒng)比較單純火力系統(tǒng)給發(fā)電而言能耗更低，節(jié)能收益更高。因此，火電廠在對系統(tǒng)進行優(yōu)化改造的過程中，通過熱力循環(huán)系統(tǒng)的引入以及應用，可以提高再熱現(xiàn)象產(chǎn)生時的能源利用效率，通過熱電聯(lián)產(chǎn)以及聯(lián)合循環(huán)的方式，實現(xiàn)對動力系統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)，使用新型的動力循環(huán)形式，達到降低能源消耗，提高能源利用效率的兩大目標，進而提高火電廠的經(jīng)濟效益。

綜上所述，火電廠目前正從傳統(tǒng)動力能源消耗上進行改進優(yōu)化，以提高性能、減少能耗為目標的動力工程優(yōu)化，解決目前火電廠存在的熱能轉(zhuǎn)化率供給較低問題。火電廠的動力工程優(yōu)化主要基于現(xiàn)有的動力設備進行，通過設備管理、設備調(diào)節(jié)、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、節(jié)流調(diào)節(jié)等手段，實現(xiàn)對動力工程能源消耗方面以及運行效率方面的改進優(yōu)化。火電廠中的熱能與工程優(yōu)化仍處于研究階段，隨著能源技術、工業(yè)技術的不斷發(fā)展，其效率、節(jié)能效果將會越來越好。