热力发电厂动力循环和热经济性分析

热力发电厂动力循环和热经济性分析

邓怡民

广西华磊新材料有限公司 广西百色 531400

摘要：我国经济的发展与社会的进步使我国的电力需求越来越高，虽然近年来，我国基于对环保的重视和电力资源的开发角度上，加大了新能源、清洁能源的研究和发展，但现阶段我国电力资源主要还是由传统的热力发电为主要的产电方式。而在热电厂中采用的动力循环系统，将电力生产过程中的热量散失降低，从而提升相同数量下燃料能够生产电力的比例，进而提升热力发电的热经济性。本文通过对热力发电厂的动力循环系统进行分析，然后对热力发电厂动力循环和热经济性进行讨论，希望在提升热力发电厂生产效率的同时，降低燃料消耗，并减少热力发电厂给环境带来的污染。

关键词：热力发电厂；动力循环；热经济性

随着经济高速发展，现阶段我国社会对电力需求的越来越高，给电力生产企业带来了极大的挑战，同时我国近年来一直秉持可持续化的生态发展策略。热力发电厂是我国、乃至全球的燃料消耗大户，对燃料的不充分利用，不但会产生自然中不可再生的燃料资源浪费，还会产生巨量的有毒气体对自然环境带来破坏。因此热力发电厂中长期对动力循环进行研究，在提升生产电力效率的同时，相应国际环保号召，在提升热力发电厂的经济效益的同时，提升热力发电厂在未来市场中的竞争力、影响力。

1. 热力发电厂的动力循环

热力发电厂使用大量的煤炭、天然气等燃料资源，使其在锅炉的燃烧过程中，通过蒸汽等形式将热能转化为动力，然后通过发电机的运转生产电能。因此热力发电厂的热经济性，往往取决于燃料燃烧的充分程度，以及热能转化动能的效率是否高效。而动力循环系统利用燃料燃烧时的阶梯原理，让燃料在第一次充分燃烧时，产生热能来进行发电，然后有效利用发电过程中、发电完成后的剩下的热能，进行再次发电，多次利用阶梯燃烧时产生的热能，提升燃料的使用效率。

（一）动力循环分类

根据热力发电厂动力循环过程的不同，常见的动力循环被分为卡诺循环、朗肯循环、回热循环等。卡诺动力循环系统具有较高的循环效率，同时循环效率与工质的性质没有太大关联，但是在电力生产过程中，任何动力循环系统都无法摆脱工质性质的影响。而且为了满足热力发电厂的需求，循环工质需要拥有无毒无害、成本低廉、容易入手、汽化潜热大等性质，因此在现阶段我国热力发电厂中，往往使用水蒸气作为循环工质。而根据水蒸气的循环特点，又被分成朗肯循环和回热循环两种。朗肯循环将冷水进行加压并注入锅炉，在燃烧加热后形成水蒸气推动汽轮机运转，水蒸气经过汽轮机之后，用冷却液将水蒸气冷凝，并继续加压进入下一次加热发电的循环。在发电过程中，可以对水蒸气进行二次加热以提高循环效率，但通常使用在余热发电中，大型热力发电厂很少采用此方法。回热循环不会再次加热冷凝后的水蒸气，而是利用汽轮机的多级抽气，进行逐级加热后回到锅炉中加热，加入发电循环。由于循环工质的水会被汽轮机进行逐级加热，在进入锅炉前就具有一定的温度，因此具有较高的循环效率。

（二）热力发电厂中使用动力循环的优势

利用动力循环系统后，燃料的使用效率得到有效提升，而且很大程度上进行资源的二次利用，从而有效的提升了同单位量燃料的电力供应，使电能输出效率得到改善；而在土地资源较为紧缺的地区，利用动力循环系统可以降低发电厂的建造面积，并有效承担该地区的用电负荷；并且在电力生产过程中，动力循环系统会集中收集发电产生的尾气，并二次利用尾气中的能量，使其得到充分燃烧，并降低有毒气体的排放，以此来保护环境；动力循环系统的使用可以提升热力发电厂的可控性，为发电厂进行综合治理、降低安全事故、规避生产风险，提供了可靠的保障。

2. 热力发电厂动力循环和热经济性

1. 动力循环参数

1.锅炉效率。现阶段的锅炉生产技术无法规避燃料在燃烧中产生的锅炉热损失，只能尽可能的进行控制。而电力生产时的燃料使用量等于锅炉热负荷与热损失之和。燃料在燃烧过程中产生的热能损失，往往由烟雾损失、未充分燃烧、排污过程中的损失等情况。而采用动力循环系统会将电力生产中的烟雾、未充分燃烧的燃料、循环工质等要素进行回收二次使用，从而改善燃料的燃烧情况，并降低烟雾对空气中的污染。除此之外，现代动力循环技术还可以回收其中的热量，并用于发电过程中，从而有效提升电力生产的经济性，并减少排污治理导致的额外成本支出。

2.管道效率。将水蒸气送往汽轮机的过程中，会因为管道的材质、裂缝等原因出现水蒸气的泄漏，从而对热力发电厂的效率产生不良影响。但是循环动力系统极大程度上能够回收泄漏的气体，将其有效利用到二次发电中。同时汽轮机在转动时也会消耗一部分的热量，使用循环系统将回收的热量与热耗量进行叠加，从而帮助发电机组产生更大的热量，提升电力生产效率。

3.全厂能量效率。热力发电厂的发电机输出功率加上发电厂的能量损失，应该等于热力发电厂的热量消耗。其中需要考虑到发电机输出功率、以及机械在生产时磨损，导致的热量损失。这些因素会对热力发电厂的全厂能量效率产生影响。因此需要使用循环系统，来增加燃料的使用效率，从而提升热力发电厂的发电效率，降低燃料使用成本。

2. 热力发电厂动力循环和热经济性

1.锅炉中初始热与热经济性。首先，在提升锅炉的初始温度的情况下，锅炉内部的湿度会随着温度的升高而降低，从而减少锅炉内部湿气对燃烧过程的影响，从而减少烟雾的产生，在减少气体带来的热损失之后，热经济性就会得到有效提升。其次，提升锅炉的初始温度，会提升锅炉内部的气体密度，使水蒸气较为进步的结合到一起，增加水蒸气中的比热容，从而降低气体运输过程中导致的热损失。因此，在动力循环系统中，提高热力发电过滤的初始温度，可以有效提升热经济性。为了保证动力循环拥有更强的积极性，需要加大材料上的投入，加固锅炉，在提升锅炉初始温度的条件下，保证锅炉运行的安全。

2.锅炉初始压力与热经济性。在热力发电厂的动力循环中，压力指标是反应电厂发电效率好坏的重要指标。在提升初始压力时，锅炉内部的气体体积缩小，并具有较高的气体密度，在燃料燃烧的过程中，锅炉的湿度会有所降低，导致气体的损失加大，从而降低锅炉的热经济性。同时在加大锅炉内部压力时，燃料的燃烧过程很容易变的不充分，直接导致燃料的浪费，引起经济损失。若需要提升锅炉的热经济性，在增加初始压力的情况下，还需要使用蒸汽系统进行二次加热，并针对实际使用情况，增加锅炉的容量。虽然增加锅炉的容量会导致成本的提升，但是在未来的电力生产时，可以有效降低锅炉的维护成本，从而实现较为长期的热经济性。

3.水蒸气压与热经济性。水蒸气压是电力生产中的主要循环工质，降低水蒸气压会极大程度影响热经济性。首先，蒸气压降低的情况下，会不同程度的提升锅炉的温度，并在计算、试验之后可以发现，电力生产系统的功率会随着锅炉温度的提升而提升，以此来提高热经济性。但是降低水蒸气压会导致锅炉内的压强降低，提升锅炉的湿度损失，从而直接影响锅炉中散热片的使用寿命，使循环系统无法通过散热片收集热量，并二次使用，从而极大程度上降低热经济性。

结语：热力发电厂使用动力循环系统来提升燃料的使用效率，并将电力生产后的废气、热量进行回收利用，使其进行二次发电。同时动力循环减少了烟雾、以及烟雾带来的热损，使燃料在充分的燃烧过程中，得到发电效率的提升。从而有效的提升热力发电场的热经济性。

参考文献：

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[2]许福泉. 低温热能-LNG联合发电系统热经济性分析与优化[D].福州大学,2018.

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