热能与动力工程在电厂中的运用探究

闫天明

（中国能源建设集团广东省电力设计研究院，广东 广州510663）

0 引言

虽然我国以火力发电为主，但是随着资源消耗增多，资源短缺形势日益严峻，当前许多电厂逐渐重视将能源动力工程运用在火电厂生产过程中，在现有资源的基础上提高电厂的发电效率，实现发电的节能环保。即利用电厂供热机组运行过程中会产生热能的现象，将热能转化为电能，并且作为供热系统的能源支持。虽然供热机组产生的热能有重要的应用意义，但电热联产的生产技术在我国发展时间较短，在应用过程中还存在许多问题，导致实际生产效率不高。基于此，笔者根据自身的工作经验浅谈提高电厂运用热能与动力工程效率的措施。

1 热能与动力工程概述

热能与动力工程就是将热能转化为动能、动能转化为热能和电能，其主要研究热能与动能之间的相互转化，遵循的主要规律为能量守恒定律。此外，还能及时发现发电过程中出现的问题，并采取有效措施加以解决，提高设备的运行效率。热能与动力工程的内容较为复杂，涉及多个领域和学科的知识。合理运用热能与动力工程不仅可以提高电厂的工作效率，还能降低成本，增加电厂的经济效益。总而言之，热能与动力工程是一种符合科学发展观的工程，在生态环境保护中也有极大的促进作用。

2 电厂运用热能与动力工程的必要性

从我国经济和社会形势以及电厂中热能与动力工程运用的现状来看，电厂合理运用热能与动力工程主要有以下两点必要性：（1）它符合时代发展的需求。当前，我国正处于经济快速发展阶段，对能源的需求极大、依赖性极高。一旦离开能源，我国的经济不仅难以发展，甚至可能会停滞不前。然而当前，我国能源形势却十分严峻，主要表现为能源生产率低、短缺严重。依据当前实际情况，我国能源生产能力难以满足经济发展需求。因此，电厂有必要合理运用热能与动力工程，降低能源消耗，提高能源利用率，缓解能源紧张局面，实现经济可持续发展。（2）企业自身利用热能与动力工程存在问题。当前企业利用热能和动力工程的效果不明显，不仅没有实现降低能耗、提高利用率的目的，反而对生态环境带来了极大的破坏，加重了环境污染问题。因此，有必要合理有效利用热能与动力工程，提高电厂的生产效率，巩固我国建设资源节约型和环境友好型社会的成果。

3 电厂合理运用热能与动力工程的对策

3.1 减少调压过程的能耗

发电机组运行过程中需要及时调节机组出力，提高机组对压力的适应能力，使其在运行中负荷变化始终处于平稳状态。通过调节机组的运行负荷，可以提高机组的工作效率，降低发电成本，增加电厂的经济效益。但是，调压过程中也会造成能源消耗，降低发电机组运行的经济性。例如：如果发电机组运行负荷较大，需要进行滑压调节操作，而滑压调节会导致发电机组生产出无用的机械能，降低运行效率。要合理运用热能与动力工程，提高运行效率，必须将调压过程中产生的能耗降至最低。而通过对调压过程中的能耗进行分析可以发现，能耗产生的根源在于发电机组自身的结构设计及其工作原理，而非工作人员的操作失误或发电机组出现故障。因此，要减少调压过程的能耗，需优化发电机组结构设计，完善其工作机制。

3.2 优化调频方案的选择

由于外界负荷处于不断变化状态，电网频率也会不断波动。在此情况下，并网运行机组会根据电网频率实时调节自身的动态性能，自动增加或减少自身承受的外界负荷，以维持电网频率正常，并网运行机组的这一操作也被称为一次调频。一次调频负荷的增量需依据负荷功率随频率的变化以及调速器两个方面实现平衡，一次调频只能将频率控制在一定范围内，其具有频率调节快的特点。但是由于调整量不同，不同发电机组存在特定的差异，而且由于调整量在某个范围内变化，工作人员使用一次调频方式维持电网频率存在一定的难度。此外，在负荷变化幅度较大的情况下，一次调频难以达到恢复常规频率的目的。因此，工作人员要优化调配方案，选择二次调频进行处理。二次调频包括自动调频和手动调频两种方式，具有可靠性高、易操作的特点。在发电机组运行中，要选择正确的调频方式，提高运行效率。

3.3 合理利用多级汽轮机的重热现象

多级汽轮机的重热现象是指在多级汽轮中，上一级汽轮机损失的一部分热能可以被下一级汽轮机或后几级汽轮机利用。重热系数是指各级理想焓降之和多于汽轮机理想焓降的值在汽轮机理想焓降中所占的比例。由于重热现象的利用，多级汽轮机的整体运行效率要高于单个汽轮机的平均运行效率。但是，汽轮机整体运行效率的提高是建立在牺牲级效率的基础上，即汽轮机只是回收部分热损失。因此，并非重热系数越高，能源利用率就越高，最佳重热系数应处于一定的范围。在发电机组运行过程中，工作人员可以通过调节重热的利用率，将重热系数调节至合理范围内，从而达到提高发电效率的目的。但是，不同发电厂的发电机组设计存在差异，其最佳重热系数也就必然各不相同。通常情况下，重热系数处于0.04～0.08为最佳状态。因此在实际生产过程中，电厂需要根据发电机组的特点，找出适合本厂的最佳重热系数，才能让发电机组尽可能处于最佳运行状态。

3.4 降低湿气损失带来的影响

发电机组运行过程中不仅会产生热能，而且会产生大量湿气。由于热传递的原理，温度更低的湿气会带走一部分热能，从而产生能耗。因此，加强湿气的控制和管理可以降低能耗，提高发电效率。湿气造成能源损失的原因在于湿气的流动会产生热损失，水蒸气的凝结也会产生湿气损失。此外，湿气损失还会对发电机组产生直接的影响：湿气会造成动叶边缘发生冲蚀，使叶片长度和面积变小，使用年限缩短。当前较为普遍的湿气损失控制方式为吸收水蒸气，减少湿气对热能的损耗及叶片的冲蚀。此外，还可以安装去湿装置或循环装置，吸收并回收湿气。

3.5 有效地进行节流调节

正常情况下，第一级节流调节就可以达到全周进汽的效果。如果发电机组运行工况发生变化，而且各级温度差异不大，第一级节流调节具备较好的效果，在小容量机组及基本负荷较大的机组中应用效果更为明显。然而工况的变化会造成节流损失，导致热能与动力工程的运用效果不理想，不能达到降低成本、提高经济效益的目的。因此，在发电机组实际运行中，需要依据弗留格尔公式，确保热能与动力工程运用的可靠性。工作人员可结合弗留格尔公式的运用条件，推断同流量下各级的压差和焓降，再进一步确定机组零部件的受力状况和功率，监视汽轮机的运行状况。即在汽轮机流量已知的情况下，将汽轮机运行前的各级压力状况与弗留格尔公式进行对比，根据结果判断通流面积及其相应的变化。

4 结语

总之，热能与动力工程的合理高效运用一直是发电领域的研究重点，在电厂中合理高效运用热能与动力工程具有重要的现实意义和长远意义。本文从减少调压过程的能耗、优化调频方案的选择、合理利用多级汽轮机的重热现象、降低湿气损失带来的影响、有效地进行节流调节5个方面促进电厂对热能与动力工程的运用只是基于笔者的个人实践经验，但实际运用并不拘泥于以上5点。随着电力生产技术水平的提高，必将出现更多更好的措施，能进一步提高电厂运用热能与动力工程的效率，更好地服务于电厂发电。

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［2］沈晓艳.论热电厂中热能与动力工程的有效运用［J］.黑龙江科技信息，2013（1）

［3］张健，朱亮.浅析热能与动力工程在热电厂中的巧妙运用［J］.科技创新与应用，2014（11）