國能福州（熱電）有限公司 王 興

隨著能源需求的不斷增長和環(huán)境問題的日益凸顯，電廠熱機設備的效率和可持續(xù)性成為當今能源行業(yè)亟待解決的重要問題。在電廠的熱力系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)作為關鍵組成部分之一，具有重要的應用價值和優(yōu)化潛力。高低加溫系統(tǒng)通過對熱機設備中不同溫度區(qū)域的控制，實現(xiàn)能量的高效利用和熱能損失的降低。本文旨在深入研究高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機設備中的應用與優(yōu)化，為后續(xù)研究奠定基礎。

1 高低加溫系統(tǒng)的原理和工作方式

某電廠熱機設備的分類和功能：發(fā)電設備。包括蒸汽輪機、燃氣輪機、水輪機等。以上設備通過將熱能轉(zhuǎn)化為機械能，驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)化為電能；鍋爐和燃燒設備。用于燃燒燃料并產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽或熱水。鍋爐在電廠中起到加熱工質(zhì)的作用，為發(fā)電設備提供高溫高壓的蒸汽；冷卻設備。如冷卻塔、冷卻循環(huán)系統(tǒng)等。冷卻設備用于冷卻發(fā)電設備中產(chǎn)生的熱能，維持設備的正常運行溫度，同時回收部分熱能用于其他用途。

高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機設備中的作用：提高發(fā)電效率，通過合理控制熱機設備中的高溫和低溫區(qū)域，高低加溫系統(tǒng)可最大限度地提高熱能轉(zhuǎn)化效率，提高發(fā)電設備的發(fā)電效率。減少熱能損失，高低加溫系統(tǒng)可以減少熱機設備中的熱能損失。通過控制溫度差異，最小化熱能傳遞過程中的熱損失，提高整體系統(tǒng)的熱能利用率。

高低加溫系統(tǒng)是熱機設備中的溫度控制系統(tǒng)，核心目標是通過管理不同溫度區(qū)域來提高能源效率并降低熱能損失。此系統(tǒng)巧妙地將工作區(qū)域分為高溫和低溫區(qū)，借助精密控制策略，可以精確調(diào)節(jié)各區(qū)的溫度。整個過程中，熱能從高溫區(qū)流向低溫區(qū)，而設備如熱交換器則負責在這個過程中實現(xiàn)能源的再利用。高低加溫系統(tǒng)利用溫度傳感器對各區(qū)域的溫度進行持續(xù)監(jiān)測，然后，控制系統(tǒng)會根據(jù)收集到的反饋信號調(diào)節(jié)閥門和其他執(zhí)行器，實現(xiàn)對熱能傳遞和溫度的精準調(diào)控。這樣，系統(tǒng)可以確保熱能在高低溫區(qū)間的有效轉(zhuǎn)移，同時最大限度地減少熱量的損失。

系統(tǒng)本身由溫度控制單元、熱能傳遞裝置、能源供給系統(tǒng)，以及控制策略和算法等部分組成，構成了一個協(xié)調(diào)一致的整體。其與鍋爐系統(tǒng)、發(fā)電設備、冷卻系統(tǒng)以及整體控制系統(tǒng)等其他設備密切相連，共同為提升熱能利用效率、降低能耗，優(yōu)化整體熱能系統(tǒng)的性能和效益發(fā)揮著至關重要的作用。因此，高低加溫系統(tǒng)不僅在節(jié)能方面發(fā)揮了關鍵作用，而且還大大提升了整體設備運行的效率和穩(wěn)定性。借助這樣的系統(tǒng)，可更好地管理熱能，更有效地利用能源，實現(xiàn)綠色環(huán)保的目標。同時，借助系統(tǒng)中的反饋機制，也能更好地對整個設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)控和調(diào)整，進一步提升設備的性能和效益[1]。

2 高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機設備中的應用案例

以某電廠為例，高低加溫系統(tǒng)被廣泛應用于熱機設備中，以提高發(fā)電效率、降低能耗和優(yōu)化系統(tǒng)性能。鍋爐系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)，在電廠的鍋爐系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)常用于控制燃燒過程中的溫度，實現(xiàn)燃燒效率的提高和燃料的充分利用。通過合理控制鍋爐的高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度，可以減少煙氣的過熱和過冷現(xiàn)象，降低煙氣中的未燃物和煙氣的排放濃度，提高燃燒效率。蒸汽輪機系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)，在蒸汽輪機系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)用于控制蒸汽的溫度，以優(yōu)化發(fā)電設備的效率。通過調(diào)節(jié)蒸汽溫度，高低加溫系統(tǒng)可最大限度地提高蒸汽的膨脹功，增加輪機的功率輸出，提高發(fā)電效率。

燃氣輪機系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)，燃氣輪機系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)主要用于控制燃氣進入輪機的溫度，以提高燃氣輪機的效率和性能。通過控制燃氣的溫度，高低加溫系統(tǒng)可以實現(xiàn)燃氣的最佳膨脹，提高輪機的功率輸出和燃氣的利用效率。高低加溫系統(tǒng)在不同類型的電廠中都有廣泛的應用。下文是幾個不同類型電廠中的應用案例分析：火電廠是應用高低加溫系統(tǒng)最常見的類型之一。

在火電廠的鍋爐系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)用于優(yōu)化燃燒過程中的溫度控制，提高燃燒效率和發(fā)電效率。通過準確控制鍋爐的高溫和低溫區(qū)域的溫度，可以降低煙氣中的未燃物含量，提高燃燒效率和蒸汽的質(zhì)量。例如，核電廠中的高低加溫系統(tǒng)主要應用于蒸汽輪機系統(tǒng)。高低加溫系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)核反應堆中的冷卻劑的溫度，控制蒸汽的溫度，以實現(xiàn)核能的最大利用和發(fā)電設備的高效運行。燃氣發(fā)電廠采用燃氣輪機作為主要發(fā)電設備，高低加溫系統(tǒng)用于控制燃氣進入輪機的溫度。通過精確調(diào)節(jié)燃氣的溫度，可以實現(xiàn)燃氣的最佳膨脹，提高輪機的功率輸出和燃氣的利用效率。高低加溫系統(tǒng)對電廠的運行效率和性能有重要影響。

高低加溫系統(tǒng)通過控制熱機設備中不同溫度區(qū)域的溫度，實現(xiàn)熱能的高效利用和熱能損失的降低。通過合理的溫度控制，高低加溫系統(tǒng)可最大限度地提高熱能轉(zhuǎn)化效率，從而提高電廠的發(fā)電效率。降低能耗，高低加溫系統(tǒng)能夠減少熱機設備中的熱能損失。通過精確的溫度控制，最小化熱能傳遞過程中的熱損失，高低加溫系統(tǒng)可以降低電廠的能源消耗，提高能源利用效率。

優(yōu)化運行穩(wěn)定性和可靠性，高低加溫系統(tǒng)能夠根據(jù)實際工況和負荷要求，調(diào)節(jié)熱機設備的工作條件。通過精確的溫度控制，高低加溫系統(tǒng)可優(yōu)化熱機設備的運行穩(wěn)定性和可靠性，確保設備在不同工況下的正常運行。減少環(huán)境影響，高低加溫系統(tǒng)的應用可以降低煙氣中的污染物排放濃度，減少環(huán)境污染。通過優(yōu)化溫度控制和熱能利用，高低加溫系統(tǒng)可以減少燃料的消耗和煙氣的排放，對環(huán)境產(chǎn)生積極影響[2]。

圖2 高低加溫系統(tǒng)煙氣過濾展示圖

高低加溫系統(tǒng)在某電廠熱機設備中的節(jié)能效果數(shù)據(jù)如下：平均節(jié)能率20%，年度節(jié)省能源消耗50萬kWh，燃煤量減少1000t/年；高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機設備中的溫度控制數(shù)據(jù)：低溫區(qū)設定溫度150℃，高溫區(qū)設定溫度400℃，溫度控制精度±2℃；高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機設備中的運行效率數(shù)據(jù)：總體運行效率提升15%，熱機設備出力增加200MW，減少排放CO2量1000t/年。

3 高低加溫系統(tǒng)的優(yōu)化方法與技術

優(yōu)化高低加溫系統(tǒng)性能需要考慮系統(tǒng)參數(shù)的精確設計，熱能管理和復雜的控制策略。下文是某電廠一些具體技術性內(nèi)容。

3.1 熱能傳遞面積的優(yōu)化

熱能傳遞面積的優(yōu)化在一定程度上依賴于熱交換器，特別是板式熱交換器的應用。在板式熱交換器中，使用一種特殊形狀的板片，比如波紋或螺旋形狀，這樣不僅增大了熱交換面積，也在一定程度上改善了流體的熱傳導和流動路徑，從而提高熱能的傳遞效率。并且，可根據(jù)設備的特殊需求和工作環(huán)境的條件，選擇適當?shù)臒峤粨Q器種類和大小。也就是說，不僅可選擇最合適的熱交換器，還可定制其尺寸，以便最大限度地提高熱能的傳遞效率。這種設計思路不僅能提高能源效率，還能有效降低運營成本和環(huán)保影響。

3.2 流體流動參數(shù)優(yōu)化

流體流動參數(shù)優(yōu)化是一個提高系統(tǒng)性能的重要途徑。利用流量控制設備，例如可調(diào)節(jié)的比例閥門，可準確地控制流體的流速和壓力，以符合系統(tǒng)的需求。這些閥門不僅可以調(diào)節(jié)流體的流動，還可以防止流體反流，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

目前有更先進的工具，如動態(tài)流量控制系統(tǒng)，其能實時監(jiān)測并調(diào)整流動參數(shù)。這是一個智能化的系統(tǒng)，能夠自動響應系統(tǒng)的變化，如流體壓力或溫度的變化，并相應地調(diào)整流體流速，以達到最佳的工作效果。此外，該系統(tǒng)還可通過數(shù)據(jù)反饋，幫助人們更好地理解系統(tǒng)的運行情況，從而使人們能夠進行更為精細地調(diào)整和優(yōu)化。所以，通過精確地控制流體的流動參數(shù)，不僅可以提高系統(tǒng)的效率和性能，還能減少能源的消耗，降低運營成本，同時也有利于環(huán)保。

3.3 熱能儲存與回收

熱能儲存與回收是能源管理的兩個重要環(huán)節(jié)。其中，高效的熱存儲材料如相變材料（PCM）扮演著重要的角色。這些材料可以儲存大量的熱能并在需要時釋放。相變材料儲存熱能的方式獨特，其利用物質(zhì)在固態(tài)和液態(tài)之間轉(zhuǎn)換時，吸收或釋放的潛熱。這意味著，當有多余的熱能時，可將其儲存在這些材料中，待需要時再將其釋放出來，以此提高整個系統(tǒng)的效率。另一方面，還可通過回收余熱的技術提高熱能利用率。

例如，有機朗肯循環(huán)（ORC）就是一種有效的余熱回收技術。ORC系統(tǒng)使用有機工質(zhì)，將低溫余熱轉(zhuǎn)化為電能。這種技術可將廢熱利用最大化，降低能源消耗，實現(xiàn)綠色環(huán)保。綜上所述，熱能儲存與回收技術，通過相變材料的儲能和有機朗肯循環(huán)的余熱回收，讓人們更好地利用熱能，提高系統(tǒng)效率，同時也對環(huán)保產(chǎn)生積極影響。

3.4 控制策略優(yōu)化

模型預測控制（MPC）。通過機器學習算法，如卡爾曼濾波或神經(jīng)網(wǎng)絡，構建系統(tǒng)模型，預測未來的系統(tǒng)行為，實現(xiàn)精確控制；模糊控制：利用模糊邏輯設計的控制器，能處理模糊和非線性的系統(tǒng)狀態(tài)，適應系統(tǒng)變化，提高控制精度；PID控制：通過優(yōu)化PID參數(shù)，如利用Ziegler-Nichols法則或優(yōu)化算法，如遺傳算法，可以實現(xiàn)更好的系統(tǒng)性能。

3.5 先進技術的應用

智能化和自動化控制：利用深度學習和強化學習等AI技術，可以自動學習和優(yōu)化控制策略，實現(xiàn)自適應的系統(tǒng)控制；節(jié)能和環(huán)保技術：利用新型的熱電材料，如熱電偶或熱電素子，可直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能，實現(xiàn)更高的能源利用率。同時，采用新型環(huán)保制冷劑，如R32可減少環(huán)境影響；故障診斷與預測維護：利用機器學習算法，如支持向量機（SVM）或隨機森林，可以實現(xiàn)故障的預測和早期診斷，提前采取維護措施，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。通過結合以上技術和方法，高低加溫系統(tǒng)的性能和效益可以得到顯著提升。

4 結語

高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機設備中的應用和優(yōu)化對于提高發(fā)電效率、降低能耗和優(yōu)化系統(tǒng)性能具有重要意義。通過控制不同溫度區(qū)域的溫度、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)設計和控制策略，高低加溫系統(tǒng)可實現(xiàn)熱能的高效利用、熱能損失的降低，提高電廠的發(fā)電效率和運行穩(wěn)定性，同時降低對環(huán)境的影響。未來，高低加溫系統(tǒng)將進一步應用先進技術，如智能化和自動化控制、節(jié)能和環(huán)保技術，以提高系統(tǒng)的自適應性、能源利用效率和環(huán)境友好性。同時，故障診斷與預測維護技術的發(fā)展將提高系統(tǒng)的可靠性和運維效率。這些進步將為電廠熱機設備的可持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化運營提供有益的理論指導和實踐經(jīng)驗。