火电厂热能动力系统优化与节能改造研究

华电电力科学研究院有限公司山东分院 宋 昂

为切实保障我国可持续发展理念的落实，绿色、节能、高效的发展理念成为了火电厂发展的基础，火电发电厂要合理利用良好的发展环境，以提高发电效率和发电质量为核心，加强对火电厂热动系统的优化升级，从而降低了系统的能耗和总体的工作效率。火电厂通常采用热能动力系统发电，但是在这个过程中极易产生能源损耗，这一问题需要引起重视，要充分利用能源梯级利用来提高生产效率。不可再生资源的持续减少，火电厂也面临着原材料资源不足的问题，同时随着我国社会经济水平的提高用电量明显提高，生产、生活都对用电安全提出了极高要求。

面对这样的社会发展环境，如何实现高效发展，需要火力发电系统的优化与节能改造，通过引入先进的技术促进系统的发展，提高能源转化效率，缓解资源匮乏的压力，满足了节能生产的基本要求。针对影响火电厂热能动力系统节能的相关因素分析，结合工作原理、节能改造原理，制定合理的优化对策。在复杂的市场环境下，火电发电厂只有不断优化自身热能动力系统，才能持续提高安全性和经济效益，特别是在可持续发展、节能型的社会环境下，对火电厂提出了极高的要求，在严格遵循绿色发展的基础上，要优化热能发电系统的节能改造，提高其运行的可靠性、节能性。

1 热能动力系统的优化及节能改造思路

1.1 分析火电厂热能动力系统

热能发电就是利用矿物燃料等燃烧物质来产生热量，再由发电站将其转换成电力的发电方式。通过对系统能量转化的研究可知：从生物化学能转变为热能、机械能和电能，热能动力系统运行中，由于资源燃烧不充分，能量的转化率较低，导致产生大量的浪费。同时石油、煤炭等原材料燃烧后会形成大量的二氧化碳、二氧化硫，这些成分若是不进行处理排放到大气中，还会造成严重的环境污染。热能动力系统建设阶段，火电厂要充分考虑各个方面的因素和各种技术，同时根据国家、行业就似乎标准，合理应用机械设备并且实现对机械设备的组和应用，有效提高热能动力系统的综合性能，在促进热能动力系统可靠稳定运行的基础上，提高能源的转化率[1]。

在热能动力系统技术应用阶段，在提升系统先进性的基础上，为系统的维护提供保障，提高系统的经济效益。在系统建设中，要保证投入资金控制在合理预算中，还要致力于减少后期损耗、维修费用，以此来保证经济效益。随着我国节能环保政策的落实，绿色环保意识的加强，火电厂由于能源损耗、污染治理等因素所承担的费用越来越高，当前热能动力系统的应用更多的关注机组经济效益，缺乏对社会效益的评估，导致热能动力系统的经济性受到严重影响。通过对热能动力系统的优化和改造，有利于提高热能动力系统的运营质量，为保障火电厂可持续发展奠定基础。

1.2 重视系统运行的优化

当前，大量的优质煤炭被化工行业应用，火电厂使用的煤炭质量不佳。媒质的变化直接影响锅炉燃烧的质量，导致能源利用率较差，能量转化率约30%～40%。虽然近几年来我国大力发展新型能源，但现阶段为发挥火力发电的保障托底作用，提高火力发电的效果、实现资源最大程度的应用，就要积极的针对热能动力系统进行优化，做好节能技术的改造，提高能量转化率[2]。

热能动力系统的实际运营情况分析，存在着多级汽轮机组中的各级之间热能损失有很大的差异，导致电能的使用率较差等问题。随着热能动力系统的优化，要处理好热能等级与燃料化学等级之间的关系，有效整合动力侧和化工侧，应用集成原理提高能源的充分使用。机组组成的各级能源合理应用是提高能源转化率的基础，因此要挖掘出热能动力系统的潜力，降低了火力发电厂的运行压力，增加了其经济效益。

1.3 关于热能动力系统的节能改造

通过对热动力系统工作原理的分析，发现汽轮机中的蒸汽会随冷却水的产生而产生热量浪费，同时也会产生大量的烟气，因此有大量的能量被浪费。蒸汽膨胀中出现明显的水滴，导致蒸汽能源的损耗。对比水滴，蒸汽运动速度更快，蒸汽与水滴的不断结合还会产生严重的湿气，在运转时锅炉会产生一些水珠，这样就会导致蒸汽的损失。调整装置的操作频率可以降低湿度，由此降低损失，但是机组也无法在额定状态下保持良好的运行状态，依然会形成能源损耗。为了减少热能动力系统的损耗，火电厂就要针对设备实施节流调节，若是机组容量较小，通过节流调节能够保证机组保持在稳定状态，减少能源的消耗[3]。

关于环境污染治理，为了减少温室气体排放到大气中引起严重的环境污染，火电厂就要合理的应用烟气治理技术，在系统尾端安装相应装置。不过，先污染、后治理的方式也会产生大量的能源损耗，环境污染处理效果较差，阻碍了发电行业可持续发展。要解决上述问题，必须从多个角度进行节能改造，减少能源损耗的基础上，实现污染治理。

2 火电厂热能动力系统的优化及节能改造措施

2.1 联产技术

联产技术在火电厂中的应用能够促进热能动力系统的优化，实现系统能量转化与污染控制的有机结合，还能实现提升资源的能量转换率。具体分析，就是在汽轮发电机组生产运营阶段，通过合理应用产生的热量，既能发电还能供热，实现了热电联产的效果。电能、热能同时获取就可以形成有效的能源利用模式，联产技术能够对不同品级的热能进行合理应用，也就是低品级热采用集中供热、高品位热进行发电，由此提升能源的利用率。

2.1.1 关于系统建设

通过物理和化学相结合手段实现联产，从而能够推动煤炭资源的有效利用。以煤气为例，其中95%的煤炭被转换成了可燃烧的合成气体，从而达到了回收利用的目标。反应器的合理使用可以使煤变成化学制品，用剩余的为其进行发电，从而促进发电行业与化工行业的结合发展，该装置不仅保证了煤气化装置的安全运行，而且还降低了机组的发电成本。

不过发电和化工行业最大的不同，为系统设备要分别进行改造，联产技术要在系统联合优化的基础上进行应用，具有整体性和系统性的特点。蒸汽动力联产要保证燃气轮机、锅炉机组、汽轮机高压系统的结合应用，形成一个联产系统。系统运行中要达到结合共产的效果，保证各个设备的联动和协调，从而能够实现废气资源化处理，为提高系统的经济效益、保护生态环境有积极影响[4]。

2.1.2 控制优化

热能动力系统的优化阶段，为了实现能源的充分利用，要注重充分利用和利用系统所产生的CO2，再利用分离技术进行洁净燃料的分离，从而达到化工合成生产的效果，合成气也具有平衡的化学成本，燃料的化学性质、热能和自由能可以建立动态的联系，提升了能源转化效率。为了在热能动力系统中实现能量循环，就要重视对换热系数的控制、保障再热管道的完整性，减小蒸汽机热端管道的口径而达到改善管道压力的效果，将热能动力系统的能源损耗控制在一定范围中。系统运行需要维持合理的运行规律，交替使用单阀、顺序阀而形成联产结构，从而也有利于提高热能动力系统的工作效率。

2.1.3 供热调节

在煤的燃烧过程中，由于系统的供暖，往往会出现热量均衡差、流量大、温差小等问题。为了提高蒸汽过热度的管控，就要将供热蒸汽热量通过热能动力而完成热量的转化[5]。为了保证供热系统处于平衡状态，减少能源损耗，就要积极的进行热力管网的改造，部分地区采用了新的排水沟，对循环水泵进行了改造。在水泵变频器上加装变频器，可以更好地掌握系统的可变流量，根据设备的负载曲线设定温度、并对水温进行适时的调节。热能发电系统的工作温度的改变也会导致能量的损失，因此要结合设备运行的负荷情况控制调节阀。

2.2 合理应用回收技术

2.2.1 关于余热的回收

在热能发电系统的节能改造中要大力推广利用余热。本文从热能发电的角度出发，对其进行了分析。余热的利用率和回收率较低，系统产生的余热会随着烟气、污水等直接排出。目前，锅炉排烟温度在200℃左右，具有极高的回收潜力，烟气热量的高效回收能够达到节约资源的效果。常用的回收方式为预热、助燃，其中预热就是利用烟气完成对工件的预热处理，不过这一方式一般会受到场地的限制，通过烟气加热空气，起到辅助燃烧作用，从而提高锅炉的热量，可提高燃烧质量。

当采用管道加热时，管道可以横向布置，从而确保烟气通过恒定流量冲洗传热表面，减小腐蚀。热能动力系统节能改造中，锅炉尾部可以进行安装低压省煤器，安装尽可能在接近引水的部位，促进烟气中余热的回收。污水余热的回收，要结合系统定期排污特点进行节能改造，系统通过扩容减压后，废水如果直接排放会造成余热的浪费，因此可考虑在锅炉上安装余热回收装置，有效回收污水中余热，促进提升能源的利用率。余热回收装置通过温度较低的水冷却烟气，将温度降低到水蒸气冷凝成水，从而实现对烟气中余热的回收。

2.2.2 凝结水回收

在火电厂发电阶段，热能发电系统中的能量与水资源对蒸气热的生成起着重要作用。锅炉在使用过程中应将水位控制在一定的区间，水位控制较高会导致蒸汽中携带大量的水分，蒸汽的温度也会相应下降。热量释放后蒸汽会被压缩成水珠，如果被直接排放将会造成资源的浪费。在蒸汽中，凝结水排出了25%的热量，对高温冷凝水的回收可以降低水资源的浪费，降低能源消耗。冷凝水回收技术可以回收低压蒸汽水的余热，通过余热促进热能动力系统的运行。

火力发电厂采用压力回水、背压回水的方法，压力回水采用了防渗滤网，采用压力泵来增加压力，从而完成对凝结水中余热收集，能够补偿锅炉的一部分能量，促进热能动力系统的稳定安全运行，要注意在锅炉运行中对阀门和水泵的检查。背压回水方式在加热装置的背压较低时，可利用疏水阀的反压来回收冷凝水，通过阀门的压力来实现水蒸气和冷凝水的输送，提高了蒸汽的利用率。

3 结语

在节能环保意识不断增强的社会背景以及能源结构发生变化的严峻形势下，火力发电厂运营理念也必须发生不断的变化。热能动力系统中存在的能源损耗较大、污染排放严重问题，可通过能量梯级利用的措施促进热能动力系统的优化和改造，通过节能改造能够实现各方资源的有效整合利用，发挥保护环境的效果。在针对热能动力系统进行改造的过程中，要合理应用联产技术、回收技术等，达到热能动力系统优化和节能改造等的目的，达到节能效果。火电厂热动力系统节能技术的优化，有效提升了发电效率和发电质量，具有节约资源、减少污染的作用。

在大型的火电厂中，火电发电系统的技术优化非常关键，通过热能动力系统对烟气、废水的综合治理利用，实现了对蒸汽余热的回收，促进了资源的有效利用率，为火电厂的可持续、稳定、健康发展奠定基础。

以当前火电厂运行现状为基础，热能动力系统的节能优化和改造有极高的应用条件，得到了国家和行业的认可，因此火电厂要根据自身情况不断提升节能理念，应用节能技术，有利于保障经济效益，火电厂还要不断创新新型节能技术，以满足热能动力系统节能的需求，顺应绿色环保、可持续发展的社会需求。