熱力發(fā)電廠動力循環(huán)和熱經(jīng)濟性分析

華北電力大學 王 默

國電興業(yè)有限公司 劉 浩

中國電能成套設備有限公司 王 寧

在我國，能源的需求日益增長，開發(fā)新能源的可能性比較小，提升能源的利用率才是最根本的方式。據(jù)此，本文，筆者在熱力發(fā)電廠的技術引進了動力循環(huán)系統(tǒng)，用該系統(tǒng)可以有效地改善先階段我國能源的使用情況。

一、熱力發(fā)電廠動力循環(huán)系統(tǒng)

熱力發(fā)電廠動力循環(huán)系統(tǒng)是根據(jù)能源在燃燒使用時的梯級原理，首先將煤炭和天然氣等在鍋爐中充分燃燒，第一次產(chǎn)生熱能進行發(fā)電，再將發(fā)電后產(chǎn)生的余熱用于發(fā)電廠的動力循環(huán)裝置中，再次發(fā)出相應的電能。使用這種動力循環(huán)系統(tǒng)相比以往的發(fā)電系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在：能源使用上相比過去大大降低，而且可以將資源再次利用；增加了電力的供應，在原有的基礎上電能的輸出有了本質(zhì)的提升；循環(huán)系統(tǒng)的建造可以節(jié)省發(fā)電廠的用地面積，在最小的范圍內(nèi)，完成發(fā)電的任務；集中收集尾氣，將尾氣的熱量再次利用，有效地保護了環(huán)境，減少了有害氣體的排放量；發(fā)電的效率和質(zhì)量有所提高；有利于企業(yè)對發(fā)電廠的綜合治理，在很大程度上減低了事故發(fā)生的概率，保障了生產(chǎn)的安全。

二、熱力發(fā)電廠動力循環(huán)的熱經(jīng)濟性

在了解動力循環(huán)系統(tǒng)的原理后，需要對該系統(tǒng)的相關參數(shù)進行深入的研究。

1.鍋爐效率。在鍋爐中燃燒存在一個公式：輸入燃料熱量=鍋爐熱負荷+鍋爐熱損失。在燃燒后會產(chǎn)生熱能的損失，排煙損失、未完全燃燒損失、排污損失。而使用動力循環(huán)系統(tǒng)可以有效地降低煙霧造成的污染，改善不完全燃燒的現(xiàn)象，以及減少了熱量的逐漸耗損，不但如此，還可以收集熱量進行二次發(fā)電，這些都很大程度地提高了經(jīng)濟性，減少了因排污治理所產(chǎn)生的二次費用。

2.管道效率。管道的能量平衡關系為鍋爐熱負荷=汽輪機熱耗量+管道熱損失。在氣體在傳輸?shù)倪^程中，會因為管道的不平整或是有裂縫出現(xiàn)氣體的排除，這些也都會對發(fā)電效率產(chǎn)生一定的影響，使用循環(huán)系統(tǒng)，就可以很大程度上收集浪費的氣體，使其再次得到充分的利用。考慮到汽輪機也會有熱消耗量，把氣體在回收時的熱量和熱耗量加在一起，對整個機組產(chǎn)生更大的能量。這樣減少了在收集尾氣上的經(jīng)濟消耗，還能提高效率，將浪費的資源再次轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟效益。

3.全廠能量效率。全廠能量平衡關系為全廠熱耗量=發(fā)電機輸出功率+全廠能量損失。在整個系統(tǒng)中還要考慮整體的熱能損失，其中也包括發(fā)電機輸出功率的損失、機械磨損造成的熱能損失，將這些都考慮在內(nèi)，使用循環(huán)系統(tǒng)都能在很大程度上增加能源的使用率，從根本上降低了全廠的經(jīng)濟成本，提升了熱經(jīng)濟性。在這里著重提出幾個參數(shù)指標，就這些指標的變化對動力循環(huán)的熱經(jīng)濟性的影響進行討論。

（1）初始溫對熱經(jīng)濟性的影響。在整個鍋爐系統(tǒng)中，提高初溫對熱經(jīng)濟性有很大的影響。當初始溫度升高時，鍋爐內(nèi)部的濕度就會隨溫度的升高而降低，氣體的排放就降低，熱經(jīng)濟性就提高。另外一方面，當初始溫度升高時，氣體的密度就會升高，使得氣體的損失就會有所減小，這樣也會使熱經(jīng)濟性得到一定的提升。所以初始溫度提高一定會使熱經(jīng)濟性有所提升。為了改善這樣的現(xiàn)象，可以加大對材料上的投入，對于金屬材料上的選擇更加準確，確保初始溫度升高的情況下，不會對硬件設施造成不可逆的損壞。

（2）初始壓對熱經(jīng)濟性的影響。在發(fā)電循環(huán)中，壓力指標會是實時監(jiān)控，這項指標也是反映發(fā)電效率高低的最主要因素之一。當初始壓力增大時，鍋爐內(nèi)的氣體體積急劇減小，密度也會變大，導致氣體的損失加大，這就會使熱經(jīng)濟性降低。當初始壓力增大時，鍋爐內(nèi)的濕度就會降低，濕度損失就會加大，煤炭在燃燒時就不能充分得到利用，直接導致熱經(jīng)濟性降低。此外，當爐內(nèi)壓強超過標準大氣壓1.2倍時，鍋爐內(nèi)的煤炭也得不到充分燃燒，更加加劇了熱經(jīng)濟性的降低。為了提升熱經(jīng)濟性，在加大初始壓力的情況下，還必須使用蒸汽系統(tǒng)進行再次加熱，有條件的情況下，可以在加大初始壓力的基礎上增大鍋爐單機的總?cè)萘?。相比較之下，加大單機容量會使得成本有很大的增加，但是綜合整體而言，就之前的設計中還要考慮系統(tǒng)的維護以及安全方面，初期加大成本可以在后面的發(fā)電中減少維修成本和安全維護的成本，總體來說，加大容量產(chǎn)生的效益要高于傳統(tǒng)的燃燒方式。

（3）蒸汽壓對熱經(jīng)濟性的影響。以上兩點對熱經(jīng)濟性的影響都比較有局限性，影響最大的因素還是蒸汽。降低蒸汽壓對熱經(jīng)濟性會產(chǎn)生很大影響。首先，從有利的一面考慮，在蒸汽壓降低的情況下，鍋爐的溫度會有所提升，在相應的計算后得出，系統(tǒng)的功率也會隨溫度的升高而升高，這樣就可以提高循環(huán)系統(tǒng)的熱經(jīng)濟性。但是另一方面，降低蒸汽壓也會帶來一些不利的影響，鍋爐內(nèi)部的壓強降低，濕度損失會升高，直接影響的還有鍋爐中散熱片的使用壽命，多余的熱量不能通過散熱片及時的排除并收集再利用，這就會大大降低熱經(jīng)濟性。所以，在正常的壓力作用下，降低蒸汽壓會對熱經(jīng)濟性產(chǎn)生有利的影響。

三、結(jié)論

考慮到熱經(jīng)濟性，必須選擇合理的蒸汽條件。通過減少冷源處的熱損失，加大對熱量的收集力度，能有效提高電廠的熱經(jīng)濟性。