電廠熱效率提升及節(jié)能措施的探討

梅立迅

（南京南鋼產業(yè)發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210032）

隨著科學技術的進步，盡管發(fā)電方式已經多樣化（如太陽能發(fā)電、水利發(fā)電、核能發(fā)電等），但現階段火力發(fā)電依然在我國占主導地位。因此，電廠不僅需要利用現有的節(jié)能技術提高機組的熱效率，同時也要根據自身的運行狀況，因地制宜的展開研究與改造。

1 電廠節(jié)能降耗技術運用的意義

電廠通常利用煤炭等可燃物質作為燃料（某些大型鋼鐵企業(yè)的自備電廠可以利用富余的煤氣作為燃料），其運作的基本原理就是燃料在鍋爐內燃燒放熱，通過加熱循環(huán)水使之變成有一定溫度和壓力的過熱蒸汽，推動汽輪機轉動從而帶動發(fā)電機進行發(fā)電。由于此過程中存在著不同類型的能量之間的轉換，所以必然有能量損失的問題。因而，運用節(jié)能降耗技術，就是為了提高電廠運行過程中各個子系統(tǒng)的效率，力爭在達到相同經濟效益的前提下盡可能少的耗費能源。

2 電廠提高運行熱效率的方式

2.1 鍋爐系統(tǒng)的探討

鍋爐作為電廠重要的動力設備之一，是提高運行熱效率的主戰(zhàn)場。鍋爐在運行過程中常常由于以下幾個原因導致熱效率提升有限：①燃料品質不佳。我國的火力發(fā)電廠燃料供應以原煤為主，其熱值往往低于鍋爐的設計熱值，使得燃燒狀況不佳；②平均負荷低。部分電廠出于經濟效益的考慮，最初選擇了容量較大的鍋爐，而往往在實際運行過程中，鍋爐的平均負荷處于較低的狀態(tài)。③鍋爐控制系統(tǒng)水平低。出于成本等因素的考慮，部分電廠的鍋爐自動化水平偏低，缺少相關的監(jiān)測手段。

為了提高鍋爐的運行效率，電廠可以通過如下幾種方式進行改進：

（1）保證鍋爐給水質量。影響鍋爐給水質量的兩個重要因素是水自身的酸堿度和水中的含氣量。鍋爐水的酸堿度與水中的離子種類和數量有著緊密的聯系，同時也直接影響著蒸汽的品質。如果蒸汽中雜質的含量過高，這些雜質則會聚集在過熱器的管面上，容易形成污垢，對過熱器的傳熱效果造成影響。因此，電廠應保證化學精處理設備可靠運行，控制給水含鹽量，從而實現對蒸汽含鹽量的控制。其次，電廠應定期對鍋爐的結垢情況進行檢測，及時、合理的開展鍋爐的酸洗工作，避免出現管道大面積結垢情況的發(fā)生。

（2）降低排煙熱損失。排煙熱損失中最重要的影響因素是排煙溫度。一般情況下，排煙溫度每升高10℃，排煙損失就會提升0.5%～0.8%。鍋爐的受熱面積、是否漏風等因素，都會影響到排煙溫度。例如，爐膛漏風系數每增加0.1，排煙溫度就會升高3～8℃不等。因此，爐膛漏風作為鍋爐最常見的問題，一定要進行嚴格的控制。除了鍋爐漏風問題外，相關的熱能回收裝置的安裝如低壓省煤器等也同樣是鍋爐節(jié)能改造的重點。采用該類設備進行系統(tǒng)調整后，鍋爐的效率可以得到一定程度的提高。

（3）減少低負荷運行時間。電廠在建設初期就應該做好鍋爐容量的選擇工作，這點對于某些大型鋼鐵企業(yè)的自備電廠來說尤為重要。鋼鐵企業(yè)的自備電廠的燃料通常為富余的高爐煤氣、轉爐煤氣及焦爐煤氣，因此煤氣的供應狀態(tài)（如供應總量、每種煤氣的占比等）對鍋爐的負荷有著很大的影響。盡管鍋爐低負荷狀態(tài)在現如今已經有了較為深入的研究，但卻仍然無法擺脫熱效率低下的命運。

（4）完善鍋爐自動化控制系統(tǒng)。電廠鍋爐的主要作用是提供合格穩(wěn)定的蒸汽，其控制系統(tǒng)的優(yōu)劣將直接影響到相關裝置的穩(wěn)定性。常規(guī)的鍋爐自動控制系統(tǒng)應當包括給水液位控制回路、主蒸汽溫度壓力控制回路，爐膛負壓引風控制回路，氧量送風控制回路、除氧器液位壓力控制回路等。鍋爐控制應當是全自動化操作，包括燃燒控制、安全監(jiān)控、熱工儀表自動化等，以盡量避免操作人員完全根據經驗進行操作。隨著時代的進步，人們對鍋爐的智能控制要求越來越高，如遺傳算法、人工智能、模糊控制等現代化技術得到廣泛運用。

2.2 汽輪機系統(tǒng)的探討

作為電廠動力系統(tǒng)的組成部分，汽輪機運行效率的提升一直是電廠節(jié)能降耗的關鍵所在。影響汽輪機效率的原因有很多，譬如主蒸汽的溫度和壓力、凝汽器的真空度、循環(huán)水的水質等。以某超臨界600MW機組為例：在滿負荷運行狀態(tài)下，主蒸汽溫度每降低5℃，煤耗增加0.55g/（kW·h）；主蒸汽壓力每降低1.0MPa，煤耗增加0.25g/（kW·h）；真空每降低1kPa，煤耗增加2.21g/（kW·h），循環(huán)水溫每降低1℃，煤耗降低0.59g/（kw·h）。

為了提高汽輪機組的運行效率，電廠可以通過如下幾種方式進行改進：

2.2.1 保證凝汽器的真空度

保證凝汽器的真空度是汽輪機正常運作的關鍵所在。如下幾個原因可能導致凝汽機真空度的降低：①真空系統(tǒng)管道泄漏。凝汽器系統(tǒng)內設備眾多，如破真空閥等閥門關閉不嚴、排氣閥門損壞；軸封安裝過程中處理不當或設備運行過程由于震動而導致的縫隙過大造成泄漏等原因均會影響到凝汽器的真空度；②真空泵出力不足。水溫、機械故障、噴嘴等都會影響到真空泵的出力。如果真空泵的抽吸能力較弱，凝氣器中的空氣和不凝氣體則會遺留，破壞真空度；③凝汽器鋼管冷卻效能低下。凝汽器在真空情況下工作時內部鋼管容易產生污垢，導致凝汽器阻力損失和管壁熱阻增加，從而造成冷卻效能低下。

為了提高凝汽器的真空度，可以通過如下幾種方式解決：①增加檢測儀表，對真空系統(tǒng)管道進行定期檢查，防止出現由于管道腐蝕、設備老化等情況引起的泄漏；②增設真空泵，降低真空泵冷卻水溫度，從而提高真空泵的抽吸能力；③保證機組零件質量，減小在運行過程中出現焊點漏點、密封不嚴、缸體裂縫的概率；④改造循環(huán)水泵，采用流量大、精度高、表面光滑的新型葉輪，這樣在提高水泵效率的同時可以增大水泵的循環(huán)水量。

2.2.2 控制主蒸汽溫度及壓力

在實際生產過程中，大型汽輪機組很難保證按照額定參數運行，而是采取變工況的運行狀態(tài)，這就造成了主蒸汽溫度、壓力和凝汽器真空度的變化并引起各級焓降、反動度及軸向推力等參數的變化。正常情況下，主蒸汽壓力升高時，流量也將增加，機組負荷將隨之增大。但如果主蒸汽壓力升高超出規(guī)定范圍，則可能出現末級葉片過負載、蒸汽濕度增加引起的動葉片水滴沖刷、承壓部件或緊固部件的內應力增大等情況，影響機組的安全及效率。相較于主蒸汽壓力，主蒸汽溫度的變化對汽輪機組的安全性和經濟性的影響更大。主蒸汽溫度的提高，主蒸汽在汽輪機內的總焓降、汽輪機相對的內效率和熱力系統(tǒng)的循環(huán)效率都將有所提高。但對于高溫高壓機組，通常只允許主蒸汽溫度比額定溫度高5℃左右，超過規(guī)定范圍，則會出現諸如受熱金屬的熱變形和熱膨脹加大，機組可能發(fā)生振動、金屬材料的機械強度減弱，造成汽缸、汽閥、高壓軸封部件等發(fā)生松動、調節(jié)級葉片發(fā)生過載等不利于機組安全運行的情況的發(fā)生。

2.2.3 增強汽輪機的運行管理

討論汽輪機的啟動、運行及停止狀態(tài)對電廠的經濟性有著很大的指導意義。在運行狀態(tài)中（汽輪機大部分時間的運作狀態(tài)），汽輪機可以采用“定—滑—定”的運行方式，即在極低負荷時為了保持鍋爐的水循環(huán)工況和燃燒的穩(wěn)定性而采用定壓調節(jié)；在高負荷區(qū)域不采用噴嘴調節(jié)，用通過改變通流面積的方法以保持機組的高效率；在中間負荷地區(qū)，按照現實情況，通過給鍋爐調節(jié)壓力來增減負荷，以保證汽門的開關在滑壓的運轉狀態(tài)?！岸āā钡倪\行模式適應負荷變化能力強，能滿足機組一次調頻的需要，此種方式也由于只有一個調節(jié)汽門未全開從而減少了節(jié)流損失。

3 電廠節(jié)能降耗需要注意的一些問題

電廠整體的熱效率從數值上等于能量轉換各過程熱效率的連乘積。為了達到良好的節(jié)能降耗的效果，因此電廠不僅需要關注鍋爐、汽輪機等主要動力系統(tǒng)，其余輔助設備系統(tǒng)也應同樣得到重視，譬如：①管網的保溫。蒸汽管道及各種用熱設備都會通過周圍空氣散失熱量，因此管道的管徑選擇應該盡量偏小，輸送距離上要盡量縮短。另外，保溫材料需要具備絕熱性能好、導熱系數低、吸濕性強等特點；②冷卻塔提效。冷卻塔作為重要的換熱設施，其通風方式的不同、熱水和空氣的流動方向的不同，均會帶來不同的換熱效果。同時，冷卻塔內部的腐蝕情況、是否存在漏點等問題，均應該引起重視并及時進行維修，必要時對冷卻塔進行改造以保證合適的出水溫度；③熱電聯產。在單純的火力發(fā)電中，部分廢熱無法被有效利用而必須浪費掉，熱電聯產則較好的解決了廢熱再利用的問題。高品位的熱能用來發(fā)電，熱工轉換后利用低品位的熱能對外供熱（如民用采暖）。由于熱電聯產中的蒸汽極大程度的減少了冷源損失，所以熱效率可以提高到85%，比大型凝氣式機組（熱效率可達40%）還要高得多。

4 結語

我國煤炭等化石能源儲量豐富，分布廣泛，但我國人口眾多，人均擁有量少，節(jié)能降耗問題一直是近些年來大家關注的重點。隨著人們節(jié)能降耗意識的不斷增強，耗能行業(yè)對化石能源的依賴將越來越小，能源的利用率將越來越高。電廠通過技術革新、管理優(yōu)化等方式提高運行熱效率，在響應節(jié)能降耗號召的同時也增強了電力企業(yè)的市場競爭力，更助推了相關科技的持續(xù)進步。