火力发电厂热力系统节能分析

【摘 要】：电能是各行各业生产的主要动力来源，在电能的生产过程中所使用的能源占我国总能源消耗绝大部分，目前是我国能源发展战略的关键时期，优化能源结构，提高能源的利用效率，最大限度的发挥火力发电厂的生产效率，对提高电能的生产的经济性具有十分重要的意义， 随着我国能源消耗不断增加，能源日趋供应紧张，必须采取有效的节能降耗措施，加强节能意识，才能提高效益，实现可持续发展。

【关键词】火力发电厂；热力系统；节能分析；

一、各部分节能技术的分析

1、锅炉部分的节能技术

随着锅炉使用时间的增加，锅炉“三漏”现象，即漏风、漏烟、漏灰的出现会增加散热损失，降低热效率。对此，可以采用硅酸铝平板包覆炉墙，硅酸铝绳与硅酸铝平板密封炉墙交接处的伸缩缝等方法增加炉墙的保温效果，采用先进的密封技术改善回旋式空气预热器漏风问题。根据相关研究表明，漏风率每下降1%，耗煤下降0.18g/kW·h，我国火电厂锅炉的空预器多为受热面回转式，采用光滑片密封，由于空预器运转过程中转子上下端面存在温度差，下端面凹转子会出现热态蘑菇状变形，因此设计密封间隙较大，漏风率较高。目前可供选择的空预器密封技术主要有柔性接触式密封改造技术、双密封改造技术、密封间隙在线自动控制技术以及刷式密封技术等。

其中，双密封改造工程量较大，投资多，只适用于径向密封和轴向密封，不适用于旁路密封；柔性接触密封技术的密封效果比较好，适合在大小修期间进行，改造后一年内漏风率可以控制在6%以内，但与双密封技术一样，不能完全解决旁路密封的问题；刷式密封技术主要应用在航空发动机、燃气轮机、汽轮机等领域，在锅炉空预器领域的应用仍需要进一步研究。同时，采用了新的空气预热器密封技术后，能进一步降低送风机、引风机的用电量。

除此之外，为了进一步提高锅炉的热效率，实现有效的节能，还可以采用增大传热面积、调整管子形状、增加外翘片、优化壳程挡板与关键支撑物设计等方式增加对传热面漆的利用，减少传热的支流死区；采用轴流风转子技术、轴流静叶技术、合并增加风机与引风机等方法改造风机，以适应电袋复合除尘器、脱硫脱硝系统等环保设备的应用，提高节能效果。

2、汽轮机部分的节能技术

汽轮机作为电厂三大件之一，能够将蒸汽的热能转换为机械能，汽轮机运转过程中，约有1/3的损失来自与漏气损失，而汽轮机的漏气问题与机组流通部分间隙关系密切。

近几年来关于汽轮机流通部分的节能技术研究各方法和手段各有不同，采用的湍流模型各异，方程离散格式多样，网格类型与N-S方程解法也不尽相同，因此并没有系统的理论指导。20世纪90年代以来，全三维气动热力设计体系成为汽轮机技术进步的引领者，汽轮机中的汽封结构、进排汽蜗壳内的流动、阀门、管道等都具有全三维特征，以这种技术为指导设计出的汽轮机显著提高了汽轮机热效率。哈

汽、北重等厂采用全三维技术对国产100MW机进行了多台改造，国内许多亚临界300MW汽轮机都采用了三维流场动静叶片设计技术，另外，汽轮机页顶弹性齿汽封技术、梯形或高低型汽封齿技术等汽封结构创新能够明显降低漏气损失，对汽轮机调节级的弯扭联合成型、曲线子午页面型改造技术则很大程度上提高了调级效率，这些技术很好的降低了汽轮机流通部分的损失。除此之外，对汽轮机的进气系统的适当改造可以减少进气节流损失与气流激振，降低轴承温度。

由于汽轮机的结构比较复杂，改造时必须获采用比较成熟的技术方案并且得原厂认可。除了汽轮机本体以外，汽轮机的辅助系统的优化也可以降低热耗，比如在采用高效叶轮降提高水泵的效率，在逐级疏水系统中增加疏水冷却器、疏水泵的等热力设备，减少因为排挤低压抽汽造成的损失。根据相关研究，疏水泵的使用可以截流疏水达到混合式加热器的抽汽利用效果。

3、电机调速节能技术

火电厂采用的电机调速技术主要包括：变频调速、永磁调速、液力耦合器调速等方式，其中变频调速以其效率高、运行可靠、调速范围宽等优点广泛的应用在各种风机、凝结水泵中并取得了良好的应用效果。据统计，火电厂大型设备经变频改造后可减少20%的厂用电量，300MW机组凝结水泵采用变频改造后节电率可达35%，但是由于变频改造会增加电厂热力系统的复杂度，影响电机的寿命，增加维修成本，所以进行改造前必须进行谨慎的研究，做好电气元件质量检查，共振转速区确定等工作。

二、节能的措施

1、合理规划提高系统的经济性

电力是各行各业生产、生活中不可以缺少的一部分，它与国民经济和人民生活关每户密切，只有保证电力的良好供应，才能为经济的平稳发展提供重要的能源保障。所以电力先行是非常重要的，电力建设首先要做的是规划和设计：

（1）热电联产

热电联产就是发出的电能供于人民的生产生活。而发电做完功的热能可分别用于工业生产中所用的蒸汽和供用于民用的采暖，这样的话就大大的节约了对了能源的消耗。热电联产集中供热可以有效地改善环境质量，是节约能源、改善环境质量的有效措施，完全符合国家的产业政策。再就热电联产中蒸汽的利率较高，因为不仅用发电而还可以供热，所以热电联产中热能的利用率最高可以达到85%左右。

（2）扩大机组的容量

我们知道一个物品的产量越大其成本就越低，电能的生产也是这样，单机容量越大所消耗的能源（煤，天燃气等）单位消耗就越小。也就是说。用比以前更少能源可以产生同样的电能。所以优先建设大容量机组的火力发电厂，让其在系统中承担基本负荷，这对减少能源的消耗，提高能源的利用率具有重大的意义。

2、经济设计合理分配的合理性

设计方案应该做到灵活性、安全性、可靠性和经济性等多方面考虑，从多种设计可研中选取最适合的，通过合理的设计减少对不必要的能源损耗，设计的成功与否，不应只满足当前，还应满足一定的扩容，以便于日后发展所需。

（1）选用最适合的接线方案

当选用适合的接线方案时，才能做合理利用资料，减小投资成本，提高火力发电厂的利用率，同时还可以降低自身的损耗，避免功率过多过少的损失，在投术合理的方案下再考虑经济因素，如电能损耗、原料消耗、工程投资、运行费、折旧费用等。例如，我单位现在这种3机5炉的情况再根据发电机机组的容量，采用单母线加分段的方式，比较适合。

（2）减少不必要的投资

按实际用途经济合理地选用各电压等级变压器的型式、容量和台数。这样不仅可以避免投资浪费而且还可以减少变压器过多变压而增加对电能的损耗。

如我单位3台发电机组就应配置三台主变压器和一台备用变压器，因容量和安全运行方面考虑选用油式变压器，而各级厂用因容量和占地面的需求故选用占地面积较小的干式变压器。这样即保证了各级容量的需要很好的提高使用效率，又可以保证运行的安全稳定。

3、生产环节节能控制的必要性

不管其主要用途火电厂生产过程都可以分为；燃料的化学能在锅炉中转变为热能，热能在汽轮机里作功产生机械能然后再带动发电厂再产生电能。其实发电生产的过程中如锅炉的燃料系统，汽机的汽水系统，电气的各种设备均存在着一定的能耗，如果通过有效的技术手段还是可以将各环节的能耗得到合理的控制避免消耗使其达到节能的目的。

（1）提高锅炉的效率

作为火力发电厂而言锅炉是全厂生产中最主要的设备之一，但同时也是生产消耗最大的设备其辅助设备也是最多的，如何将各各辅助设备的分配并使其相互协助达到最佳的工作效率才是减少其各环节损失提高燃烧效率最主要的控制手段。

（2）提高汽轮机效率

作为汽轮机效率的主要指标是汽耗率和热耗率，汽耗率是指汽轮机每千瓦时所消耗的蒸汽量。只有有效地降低汽耗指标才能达到生产效率最大化，这就需要我们从技术上和生产运行经验上对其加以改进，如改造汽封和汽封系统，改善机组的振动状况等，同时还应按时汽轮机定时定期进行检修，保证也设备的完好率才能提高运行的稳定性。

结语：

当前，面临着能源资源逐渐匮乏和能源需求总量日益增大的双重挑战，节能降耗刻不容缓，尤其是能耗大户行业。电厂热力系统首当其冲，且与发达国家相比，我国的热力系统节能降耗还是有很大的潜力和空间可以充分挖掘。有理由相信，随着相关热力系统分析方法的逐步发展和完善，电厂热力系统节能降耗将会取得更长远的进步。

参考文献：

[1]荷小耐，皮华忠.火电厂节能浅析[J].江西能源

[2]闫水保，闫留保.《电厂热力系统节能分析原理及应用》[M].郑州：黄河水利出版社，2000