高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用與優(yōu)化

國(guó)能福州（熱電）有限公司 王 興

隨著能源需求的不斷增長(zhǎng)和環(huán)境問(wèn)題的日益凸顯，電廠熱機(jī)設(shè)備的效率和可持續(xù)性成為當(dāng)今能源行業(yè)亟待解決的重要問(wèn)題。在電廠的熱力系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)作為關(guān)鍵組成部分之一，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和優(yōu)化潛力。高低加溫系統(tǒng)通過(guò)對(duì)熱機(jī)設(shè)備中不同溫度區(qū)域的控制，實(shí)現(xiàn)能量的高效利用和熱能損失的降低。本文旨在深入研究高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用與優(yōu)化，為后續(xù)研究奠定基礎(chǔ)。

1 高低加溫系統(tǒng)的原理和工作方式

某電廠熱機(jī)設(shè)備的分類(lèi)和功能：發(fā)電設(shè)備。包括蒸汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、水輪機(jī)等。以上設(shè)備通過(guò)將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，將熱能轉(zhuǎn)化為電能；鍋爐和燃燒設(shè)備。用于燃燒燃料并產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽或熱水。鍋爐在電廠中起到加熱工質(zhì)的作用，為發(fā)電設(shè)備提供高溫高壓的蒸汽；冷卻設(shè)備。如冷卻塔、冷卻循環(huán)系統(tǒng)等。冷卻設(shè)備用于冷卻發(fā)電設(shè)備中產(chǎn)生的熱能，維持設(shè)備的正常運(yùn)行溫度，同時(shí)回收部分熱能用于其他用途。

高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的作用：提高發(fā)電效率，通過(guò)合理控制熱機(jī)設(shè)備中的高溫和低溫區(qū)域，高低加溫系統(tǒng)可最大限度地提高熱能轉(zhuǎn)化效率，提高發(fā)電設(shè)備的發(fā)電效率。減少熱能損失，高低加溫系統(tǒng)可以減少熱機(jī)設(shè)備中的熱能損失。通過(guò)控制溫度差異，最小化熱能傳遞過(guò)程中的熱損失，提高整體系統(tǒng)的熱能利用率。

高低加溫系統(tǒng)是熱機(jī)設(shè)備中的溫度控制系統(tǒng)，核心目標(biāo)是通過(guò)管理不同溫度區(qū)域來(lái)提高能源效率并降低熱能損失。此系統(tǒng)巧妙地將工作區(qū)域分為高溫和低溫區(qū)，借助精密控制策略，可以精確調(diào)節(jié)各區(qū)的溫度。整個(gè)過(guò)程中，熱能從高溫區(qū)流向低溫區(qū)，而設(shè)備如熱交換器則負(fù)責(zé)在這個(gè)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)能源的再利用。高低加溫系統(tǒng)利用溫度傳感器對(duì)各區(qū)域的溫度進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，然后，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)收集到的反饋信號(hào)調(diào)節(jié)閥門(mén)和其他執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)對(duì)熱能傳遞和溫度的精準(zhǔn)調(diào)控。這樣，系統(tǒng)可以確保熱能在高低溫區(qū)間的有效轉(zhuǎn)移，同時(shí)最大限度地減少熱量的損失。

系統(tǒng)本身由溫度控制單元、熱能傳遞裝置、能源供給系統(tǒng)，以及控制策略和算法等部分組成，構(gòu)成了一個(gè)協(xié)調(diào)一致的整體。其與鍋爐系統(tǒng)、發(fā)電設(shè)備、冷卻系統(tǒng)以及整體控制系統(tǒng)等其他設(shè)備密切相連，共同為提升熱能利用效率、降低能耗，優(yōu)化整體熱能系統(tǒng)的性能和效益發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，高低加溫系統(tǒng)不僅在節(jié)能方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用，而且還大大提升了整體設(shè)備運(yùn)行的效率和穩(wěn)定性。借助這樣的系統(tǒng)，可更好地管理熱能，更有效地利用能源，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保的目標(biāo)。同時(shí)，借助系統(tǒng)中的反饋機(jī)制，也能更好地對(duì)整個(gè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和調(diào)整，進(jìn)一步提升設(shè)備的性能和效益[1]。

2 高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用案例

以某電廠為例，高低加溫系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于熱機(jī)設(shè)備中，以提高發(fā)電效率、降低能耗和優(yōu)化系統(tǒng)性能。鍋爐系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)，在電廠的鍋爐系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)常用于控制燃燒過(guò)程中的溫度，實(shí)現(xiàn)燃燒效率的提高和燃料的充分利用。通過(guò)合理控制鍋爐的高溫區(qū)和低溫區(qū)的溫度，可以減少煙氣的過(guò)熱和過(guò)冷現(xiàn)象，降低煙氣中的未燃物和煙氣的排放濃度，提高燃燒效率。蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)，在蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)用于控制蒸汽的溫度，以?xún)?yōu)化發(fā)電設(shè)備的效率。通過(guò)調(diào)節(jié)蒸汽溫度，高低加溫系統(tǒng)可最大限度地提高蒸汽的膨脹功，增加輪機(jī)的功率輸出，提高發(fā)電效率。

燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)中的高低加溫系統(tǒng)主要用于控制燃?xì)膺M(jìn)入輪機(jī)的溫度，以提高燃?xì)廨啓C(jī)的效率和性能。通過(guò)控制燃?xì)獾臏囟?，高低加溫系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)燃?xì)獾淖罴雅蛎?，提高輪機(jī)的功率輸出和燃?xì)獾睦眯省８叩图訙叵到y(tǒng)在不同類(lèi)型的電廠中都有廣泛的應(yīng)用。下文是幾個(gè)不同類(lèi)型電廠中的應(yīng)用案例分析：火電廠是應(yīng)用高低加溫系統(tǒng)最常見(jiàn)的類(lèi)型之一。

在火電廠的鍋爐系統(tǒng)中，高低加溫系統(tǒng)用于優(yōu)化燃燒過(guò)程中的溫度控制，提高燃燒效率和發(fā)電效率。通過(guò)準(zhǔn)確控制鍋爐的高溫和低溫區(qū)域的溫度，可以降低煙氣中的未燃物含量，提高燃燒效率和蒸汽的質(zhì)量。例如，核電廠中的高低加溫系統(tǒng)主要應(yīng)用于蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)。高低加溫系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)核反應(yīng)堆中的冷卻劑的溫度，控制蒸汽的溫度，以實(shí)現(xiàn)核能的最大利用和發(fā)電設(shè)備的高效運(yùn)行。燃?xì)獍l(fā)電廠采用燃?xì)廨啓C(jī)作為主要發(fā)電設(shè)備，高低加溫系統(tǒng)用于控制燃?xì)膺M(jìn)入輪機(jī)的溫度。通過(guò)精確調(diào)節(jié)燃?xì)獾臏囟?，可以?shí)現(xiàn)燃?xì)獾淖罴雅蛎洠岣咻啓C(jī)的功率輸出和燃?xì)獾睦眯?。高低加溫系統(tǒng)對(duì)電廠的運(yùn)行效率和性能有重要影響。

高低加溫系統(tǒng)通過(guò)控制熱機(jī)設(shè)備中不同溫度區(qū)域的溫度，實(shí)現(xiàn)熱能的高效利用和熱能損失的降低。通過(guò)合理的溫度控制，高低加溫系統(tǒng)可最大限度地提高熱能轉(zhuǎn)化效率，從而提高電廠的發(fā)電效率。降低能耗，高低加溫系統(tǒng)能夠減少熱機(jī)設(shè)備中的熱能損失。通過(guò)精確的溫度控制，最小化熱能傳遞過(guò)程中的熱損失，高低加溫系統(tǒng)可以降低電廠的能源消耗，提高能源利用效率。

優(yōu)化運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，高低加溫系統(tǒng)能夠根據(jù)實(shí)際工況和負(fù)荷要求，調(diào)節(jié)熱機(jī)設(shè)備的工作條件。通過(guò)精確的溫度控制，高低加溫系統(tǒng)可優(yōu)化熱機(jī)設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，確保設(shè)備在不同工況下的正常運(yùn)行。減少環(huán)境影響，高低加溫系統(tǒng)的應(yīng)用可以降低煙氣中的污染物排放濃度，減少環(huán)境污染。通過(guò)優(yōu)化溫度控制和熱能利用，高低加溫系統(tǒng)可以減少燃料的消耗和煙氣的排放，對(duì)環(huán)境產(chǎn)生積極影響[2]。

圖2 高低加溫系統(tǒng)煙氣過(guò)濾展示圖

高低加溫系統(tǒng)在某電廠熱機(jī)設(shè)備中的節(jié)能效果數(shù)據(jù)如下：平均節(jié)能率20%，年度節(jié)省能源消耗50萬(wàn)kWh，燃煤量減少1000t/年；高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的溫度控制數(shù)據(jù)：低溫區(qū)設(shè)定溫度150℃，高溫區(qū)設(shè)定溫度400℃，溫度控制精度±2℃；高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的運(yùn)行效率數(shù)據(jù)：總體運(yùn)行效率提升15%，熱機(jī)設(shè)備出力增加200MW，減少排放CO2量1000t/年。

3 高低加溫系統(tǒng)的優(yōu)化方法與技術(shù)

優(yōu)化高低加溫系統(tǒng)性能需要考慮系統(tǒng)參數(shù)的精確設(shè)計(jì)，熱能管理和復(fù)雜的控制策略。下文是某電廠一些具體技術(shù)性?xún)?nèi)容。

3.1 熱能傳遞面積的優(yōu)化

熱能傳遞面積的優(yōu)化在一定程度上依賴(lài)于熱交換器，特別是板式熱交換器的應(yīng)用。在板式熱交換器中，使用一種特殊形狀的板片，比如波紋或螺旋形狀，這樣不僅增大了熱交換面積，也在一定程度上改善了流體的熱傳導(dǎo)和流動(dòng)路徑，從而提高熱能的傳遞效率。并且，可根據(jù)設(shè)備的特殊需求和工作環(huán)境的條件，選擇適當(dāng)?shù)臒峤粨Q器種類(lèi)和大小。也就是說(shuō)，不僅可選擇最合適的熱交換器，還可定制其尺寸，以便最大限度地提高熱能的傳遞效率。這種設(shè)計(jì)思路不僅能提高能源效率，還能有效降低運(yùn)營(yíng)成本和環(huán)保影響。

3.2 流體流動(dòng)參數(shù)優(yōu)化

流體流動(dòng)參數(shù)優(yōu)化是一個(gè)提高系統(tǒng)性能的重要途徑。利用流量控制設(shè)備，例如可調(diào)節(jié)的比例閥門(mén)，可準(zhǔn)確地控制流體的流速和壓力，以符合系統(tǒng)的需求。這些閥門(mén)不僅可以調(diào)節(jié)流體的流動(dòng)，還可以防止流體反流，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

目前有更先進(jìn)的工具，如動(dòng)態(tài)流量控制系統(tǒng)，其能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并調(diào)整流動(dòng)參數(shù)。這是一個(gè)智能化的系統(tǒng)，能夠自動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)的變化，如流體壓力或溫度的變化，并相應(yīng)地調(diào)整流體流速，以達(dá)到最佳的工作效果。此外，該系統(tǒng)還可通過(guò)數(shù)據(jù)反饋，幫助人們更好地理解系統(tǒng)的運(yùn)行情況，從而使人們能夠進(jìn)行更為精細(xì)地調(diào)整和優(yōu)化。所以，通過(guò)精確地控制流體的流動(dòng)參數(shù)，不僅可以提高系統(tǒng)的效率和性能，還能減少能源的消耗，降低運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)也有利于環(huán)保。

3.3 熱能儲(chǔ)存與回收

熱能儲(chǔ)存與回收是能源管理的兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。其中，高效的熱存儲(chǔ)材料如相變材料（PCM）扮演著重要的角色。這些材料可以?xún)?chǔ)存大量的熱能并在需要時(shí)釋放。相變材料儲(chǔ)存熱能的方式獨(dú)特，其利用物質(zhì)在固態(tài)和液態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，吸收或釋放的潛熱。這意味著，當(dāng)有多余的熱能時(shí)，可將其儲(chǔ)存在這些材料中，待需要時(shí)再將其釋放出來(lái)，以此提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。另一方面，還可通過(guò)回收余熱的技術(shù)提高熱能利用率。

例如，有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC）就是一種有效的余熱回收技術(shù)。ORC系統(tǒng)使用有機(jī)工質(zhì)，將低溫余熱轉(zhuǎn)化為電能。這種技術(shù)可將廢熱利用最大化，降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保。綜上所述，熱能儲(chǔ)存與回收技術(shù)，通過(guò)相變材料的儲(chǔ)能和有機(jī)朗肯循環(huán)的余熱回收，讓人們更好地利用熱能，提高系統(tǒng)效率，同時(shí)也對(duì)環(huán)保產(chǎn)生積極影響。

3.4 控制策略?xún)?yōu)化

模型預(yù)測(cè)控制（MPC）。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如卡爾曼濾波或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建系統(tǒng)模型，預(yù)測(cè)未來(lái)的系統(tǒng)行為，實(shí)現(xiàn)精確控制；模糊控制：利用模糊邏輯設(shè)計(jì)的控制器，能處理模糊和非線性的系統(tǒng)狀態(tài)，適應(yīng)系統(tǒng)變化，提高控制精度；PID控制：通過(guò)優(yōu)化PID參數(shù)，如利用Ziegler-Nichols法則或優(yōu)化算法，如遺傳算法，可以實(shí)現(xiàn)更好的系統(tǒng)性能。

3.5 先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

智能化和自動(dòng)化控制：利用深度學(xué)習(xí)和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等AI技術(shù)，可以自動(dòng)學(xué)習(xí)和優(yōu)化控制策略，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的系統(tǒng)控制；節(jié)能和環(huán)保技術(shù)：利用新型的熱電材料，如熱電偶或熱電素子，可直接將熱能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)更高的能源利用率。同時(shí)，采用新型環(huán)保制冷劑，如R32可減少環(huán)境影響；故障診斷與預(yù)測(cè)維護(hù)：利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如支持向量機(jī)（SVM）或隨機(jī)森林，可以實(shí)現(xiàn)故障的預(yù)測(cè)和早期診斷，提前采取維護(hù)措施，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)結(jié)合以上技術(shù)和方法，高低加溫系統(tǒng)的性能和效益可以得到顯著提升。

4 結(jié)語(yǔ)

高低加溫系統(tǒng)在電廠熱機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用和優(yōu)化對(duì)于提高發(fā)電效率、降低能耗和優(yōu)化系統(tǒng)性能具有重要意義。通過(guò)控制不同溫度區(qū)域的溫度、優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)和控制策略，高低加溫系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)熱能的高效利用、熱能損失的降低，提高電廠的發(fā)電效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，同時(shí)降低對(duì)環(huán)境的影響。未來(lái)，高低加溫系統(tǒng)將進(jìn)一步應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，如智能化和自動(dòng)化控制、節(jié)能和環(huán)保技術(shù)，以提高系統(tǒng)的自適應(yīng)性、能源利用效率和環(huán)境友好性。同時(shí)，故障診斷與預(yù)測(cè)維護(hù)技術(shù)的發(fā)展將提高系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)維效率。這些進(jìn)步將為電廠熱機(jī)設(shè)備的可持續(xù)發(fā)展和優(yōu)化運(yùn)營(yíng)提供有益的理論指導(dǎo)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。