发电厂热力系统优化与节能改造分析刘伟凯

发电厂热力系统优化与节能改造分析刘伟凯

刘伟凯

大连宏海新能源发展有限公司辽宁大连116000

摘要：近年来，我国经济的飞速发展推动了我国电力事业的进步，推动我国的电力事业从起初的资源浪费严重到如今的提倡节能减排。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。因此，最大限度的发挥火力发电厂的生产效率，对提高电能生产的经济性具有十分重要的意义。本文就发电厂热能动力系统优化与节能改造进行分析，在介绍热能动力系统以及优化现状的基础上，提出具体的优化与节能改造措施，以供参考。

关键词：发电厂；热能动力系统；优化

1火力发电厂热力系统节能技术的可行性

1.1具有潜力大、易实现、投资少、见效快等特点

火力发电厂热力节能系统具有节能减排的绝对优势，其不仅投资少、见效快并且节能减排潜力大，容易实现。该系统在实施运行中，并不需要增加新的设备，也不需要对主要设备进行改造，精简节约，因此，将其运用到现实生活中对于促进技术进步，节约企业成本具有现实意义。

1.2热力系统节能有多种可行的途径

与传统煤业的节能相比，热力系统节能途径具有可选择性。比如通过优化新设计组，诊断运行机组，加强监测等手段来实现节约经济、提高效益的目的。

1.3热力系统节能潜力大，效果明显

由于受到传统技术以及传统思想的影响，过去的工程界对于热力系统的节能作用并不重视，缺乏相应的理论指导与实践。比如火电厂热力系统的设计，不仅系统结构不合理，且运行设计不足、维护不当。多方面的忽视，使得热力系统达不到原有的设计水平。一系列的不合理因素都使得机组经济效益过低，从而很难实现节能减排的目标，因此，推广热力系统节能理论及其实用节能新技术潜力巨大。

2各部分节能技术的分析

2.1锅炉部分的节能技术

2.1.1火力发电厂所配备的锅炉装置所排出的烟灰具有较高的温度，通常情况下在150℃-160℃之间，因此排出的烟灰带走大量热量，锅炉排烟热损失成为锅炉的主要原因之一。所以说，在这一方面，需要采用相关技术将废热充分利用，提高热能利用率。排烟余热的利用是节约能源的一个方面，其方式方法多种多样，其一可将余热用于发电。低压省煤器是一种特殊的锅炉省煤器，其本质是一个汽—水换热器，装配在锅炉尾部末端，较之普通锅炉省煤器，其特点在于内部通过低压凝结水而不是高压给水。这种结构与热力系统的连接方式有两种，一种是串联，另一种是并联。

2.1.2随着锅炉使用时间的增加，锅炉“散漏”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。根据相关研究表明，漏风率每下降1%，煤耗下降0.18g/Kw2h，我国火电厂锅炉的空预器多为受热面回转式，采用光华片密封，由于空预器运转过程中端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热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。

2.2汽轮机改造

2.2.1通流部分改造

（1）先进的气动与流动技术-提高热力过程的效率

先进的结构特点：子午收缩调节级，采用分流叶栅取代加强筋结构，可控涡流型弯纽联合三维叶片，子午面流通优化光顺，排气扩散段的优化；多部件的协同设计：包括通流部件与蒸汽泄漏部件流动耦合设计；优化各级的焓降分配；动静匹配联合设计；复杂的、高精度的计算方法：有效的控制通流部分各项损失（叶栅损失、级损失）。采用以上技术后，可使多数上世纪80年代后期汽轮机的级效率，特别是高、中压通流部分的级效率提高5-7个百分点，更早期的机组级效率将提高更多。

（2）先进的结构强度技术-提高汽轮机的安全可靠性

在汽轮机通流部分结构与强度设计方面，三维有限元（3D-FEM）数值分析技术已开始广泛用于转子、动叶片、隔板、汽缸等部件的设计，使得对于汽轮机的通流部分部件的结构强度设计更为先进和精准，确保了部件的高可靠性。高温部件热力耦合分析技术：对汽缸、转子、喷嘴、叶片、阀门等高压部件进行有限元热力耦合分析，保证安全可靠性，并进行优化设计。叶片动强度设计：采用大刚度叶片、整体围带、预扭安装连接成全周围自锁结构以避开运行时的共振响应，获得良好的振动特性，降低叶片的动应力。采用径向汽封，增加动静轴向间隙。采用焊接隔板，提高隔板刚性，使得隔板和转子在各种运行工况下既能保持同心性又在径向能自由膨胀。去湿防水蚀措施：减轻末级次末级叶片的水蚀。高窄法兰结构汽缸，减少机组起、停时的热应力。结构刚度有限元分许技术，对结构刚度及变形进行有限元分许，并进行优化设计，保证刚性，减少质量。汽轮机叶片动频率、动应力测试技术，准确获得叶轮叶片系统的动态频率并实现调频，确保运行时叶片的振动特性，避开三重点共振。

采用上述结构强度及实验技术，使汽轮机通流部分改造在提高机组经济性的同时，提高了机组运行时的安全可靠性和灵活性。

2.2.2化学水补充水系统的节能技术

部分火力发电厂中转配有抽凝式机组，对于这些电厂，有两种化学水补充水进入热力系统的方式，其一是补入除氧器中，其二是补入凝汽器中。第二种方式可以使化学补充水在凝汽器中达到初步除氧的效果。若汽轮机的排汽温度高于补充水温度（通常状况下除盐水温度问20℃），此情况下，可采取相关措施使补充水转化成喷雾状态进入凝汽器喉部，对一定量的排气废热进行回收利用，相关措施可以采用在凝汽器喉部安装一套装置，以此达到效果。这一方式对于凝汽器真空的改善具有较好的效果。同样的这一措施对装置的热经济效果带来了显著提升，其原理在于补充水在低压加热器中采用低位能抽汽进行逐级加热，较之第一种化学水补入除氧器的方式，对高位能蒸汽量产生降低效果。这项技术给机组带来了降低2g/kW•h-4g/kW•h标准煤耗的经济效果。

2.3供热蒸汽过热度的合理利用技术

将吸收了供热蒸汽过热热量的给水，引至凝汽机组末级高压加热器出口处，这种过热度利用方法所获得的经济效益有两部分组成。一部分是凝汽器机组由于获得外部热量引起循环热效率的提高；另一部分是由于供热蒸汽过热度被利用后，为保持原供热量不变，背压机多排汽（也即多进汽）、多发电的经济效益，总的经济效益应扣除背压机多进汽所引起的锅炉燃煤量的增加。另外，背压机发电量增加后，如保持全厂发电量不变，则凝汽机将减少等额发电量。

3结语

目前，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]闫水保、闫留保：《电厂热力系统节能分析原理及应用》

[2]陆延昌、姜绍俊：《21世纪初期中国电力工业展望》

[3]林万超：《火电厂热系统节能理论》