熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用研究

王飛騰

（陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安710302）

在發(fā)電過(guò)程中，熱電廠的汽輪機(jī)組會(huì)產(chǎn)生大量的熱能，這些熱能是可以被利用的，能夠?yàn)闊犭姀S創(chuàng)造超額收益。隨著社會(huì)整體節(jié)約資源意識(shí)的提高，“熱動(dòng)聯(lián)產(chǎn)”以及“熱電聯(lián)產(chǎn)”成為了當(dāng)前熱電廠發(fā)展的主要方向，新一輪的技術(shù)革命必定是熱能與動(dòng)力工程有效運(yùn)用的提升。

1 制約熱電廠中熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用的因素

熱電廠的熱電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，所受到的影響因素較多，導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)工況變化，制約著熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用。經(jīng)分析，筆者認(rèn)為，當(dāng)前我國(guó)大部分熱電廠中，制約熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用的因素主要體現(xiàn)于鍋爐燃燒、電能儲(chǔ)存、旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉片和凝汽設(shè)備等4個(gè)方面。

1.1 鍋爐燃燒

因?yàn)闊犭姀S的鍋爐燃燒變化幅度較大，燃燒工況不穩(wěn)定，因而蒸汽在進(jìn)入汽輪機(jī)之后，其參數(shù)往往會(huì)出現(xiàn)較大的改變，影響熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用［1］。熱電廠獲得熱能的有效途徑之一就是鍋爐燃燒，然而由于鍋爐燃燒變化幅度較大，燃燒工況不穩(wěn)定，導(dǎo)致汽輪機(jī)的性能無(wú)法正常發(fā)揮，降低了熱能的運(yùn)用效率。熱電廠鍋爐工程流程如圖1所示。

圖1 熱電廠鍋爐工程流程示意圖

1.2 電能儲(chǔ)存

熱電廠需要儲(chǔ)存一定量的電能，以滿(mǎn)足外界用電功率不斷變化的情況，以備不時(shí)之需。電能的儲(chǔ)存方面也是影響熱電廠中熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用的因素之一，電能儲(chǔ)存量不合理，導(dǎo)致熱能被大量浪費(fèi)。電能與熱能相互分離，如果電能的儲(chǔ)存量不足，會(huì)導(dǎo)致熱能的開(kāi)發(fā)與利用效率降低。

1.3 旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉片

在熱電廠的發(fā)電過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉片或是處于噴管工作弧段，或是處于噴管非工作弧段。當(dāng)旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉片處于噴管工作弧段時(shí)，對(duì)熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用并無(wú)太大的影響；然而當(dāng)其處于噴管非工作弧段時(shí)，所產(chǎn)生的大量蒸汽以停滯的狀態(tài)充斥著動(dòng)靜軸向間隙內(nèi)部，在動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)至非工作弧段時(shí)，旋轉(zhuǎn)動(dòng)葉片的工作原理便如同鼓風(fēng)機(jī)一般，把正以停滯的狀態(tài)充斥著動(dòng)靜軸向間隙內(nèi)部的蒸汽從葉輪的此端鼓到彼端，造成大量的有用功被無(wú)端消耗，影響熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用［2］。

1.4 凝汽設(shè)備

當(dāng)熱電廠的凝汽設(shè)備的工況出現(xiàn)變化時(shí)，凝汽器的壓力也會(huì)隨著發(fā)生變化。如果機(jī)組所發(fā)生的工況波動(dòng)幅度較大，熱能會(huì)大量揮發(fā)，導(dǎo)致可利用資源的浪費(fèi)。再加上噴管的分組布置不合理，加劇了可利用的熱量在非工作弧段的損失，制約著熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用。熱電廠凝氣設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 熱電廠凝氣設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖

2 促進(jìn)熱電廠中熱能與動(dòng)力工程有效運(yùn)用的措施

結(jié)合我國(guó)目前熱電廠的實(shí)際運(yùn)行情況與技術(shù)水平，欲實(shí)現(xiàn)熱電廠中熱能與動(dòng)力工程有效運(yùn)用，關(guān)鍵在于降低調(diào)壓損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)節(jié)，正確利用重?zé)岷徒档蜐駳鈸p失等方面。只有充分踐行這些措施，才能有效提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用水平。

2.1 降低調(diào)壓損失

降低調(diào)壓損失可以提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性與穩(wěn)定性，有助于機(jī)組實(shí)現(xiàn)對(duì)工作負(fù)荷的適應(yīng)，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益，有助于促進(jìn)熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)高效率的運(yùn)用。然而，調(diào)壓調(diào)節(jié)也存在明顯的局限性，如滑壓調(diào)節(jié)的實(shí)施過(guò)程熱能損耗量大，有悖于經(jīng)濟(jì)性要求。再如動(dòng)葉柵機(jī)組存在機(jī)械能轉(zhuǎn)化余速損失的問(wèn)題等［3］。調(diào)壓損失的客觀存在勢(shì)必會(huì)造成熱能與動(dòng)力工程運(yùn)用損失，但是調(diào)壓損失的決定因素是機(jī)組運(yùn)行機(jī)理，而非人為的操作失誤或者是調(diào)壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障；因而，降低熱電廠的調(diào)壓損失需要從如下方面著手：1）革新現(xiàn)有的調(diào)壓技術(shù)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)工藝，爭(zhēng)取在技術(shù)層面實(shí)現(xiàn)更大的突破，提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用效率；2）對(duì)造成調(diào)壓損失超出合理范圍的機(jī)組進(jìn)行更換，加大新產(chǎn)品的研發(fā)力度，積極探索，以保證機(jī)組運(yùn)行機(jī)理能夠滿(mǎn)足降低調(diào)壓損失的實(shí)際工作需求，彰顯熱電廠中熱能與動(dòng)力工程運(yùn)用的高效性。

2.2 實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)節(jié)

在熱電廠當(dāng)中，節(jié)流調(diào)節(jié)不分級(jí)別，可一次性完成全周進(jìn)汽的調(diào)節(jié)。如果工況發(fā)生變化，溫度也只會(huì)降低而不會(huì)升高，負(fù)荷適應(yīng)性較為理想，但是僅僅適用于小容量的機(jī)組，經(jīng)濟(jì)性并不理想，導(dǎo)致出現(xiàn)節(jié)流損失；因此，在熱電廠的運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，為提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用效率，建議采用弗留格爾公式計(jì)算同流量下各級(jí)的壓差值以及比焓降，明確各零部件的實(shí)時(shí)受力情況以及功率效率等，監(jiān)控汽輪機(jī)組的流通情況，以已知流量為基本條件，推算各級(jí)壓力的符合程度，繼而判斷出流動(dòng)部分的面積數(shù)值以及具體的變化情況［4］。簡(jiǎn)而言之，在熱電廠的運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用弗留格爾公式，可有效實(shí)現(xiàn)機(jī)組內(nèi)的節(jié)流調(diào)節(jié)，鞏固熱電廠中熱能與動(dòng)力工程有效運(yùn)用的重要基礎(chǔ)。弗留格爾公式如下：

式中，G0是變化前主蒸汽流量；G1是變化后主蒸汽流量；P0是變化前調(diào)節(jié)級(jí)壓力；P01是變化后調(diào)節(jié)級(jí)壓力；Pg是變化前高壓缸排氣壓力；Pg1是變化后高壓缸排氣壓力；T0是變化前調(diào)節(jié)級(jí)溫度；T01是變化后調(diào)節(jié)級(jí)溫度。

2.3 正確利用重?zé)?/h3>

在多級(jí)汽輪機(jī)中，前一級(jí)的熱功損失在很短時(shí)間內(nèi)被轉(zhuǎn)化為可被蒸熱進(jìn)行二次吸收的熱能，以提高后一級(jí)的進(jìn)汽焓值的現(xiàn)象即稱(chēng)為重?zé)岈F(xiàn)象。后一級(jí)的進(jìn)汽焓值升高之后，相應(yīng)地焓降也會(huì)隨之增加，在此條件下，各級(jí)的焓降和勢(shì)必會(huì)大于機(jī)組總壓降范圍內(nèi)的焓降值，導(dǎo)致熱能與動(dòng)力工程無(wú)法得到有效的運(yùn)用。在熱電廠實(shí)際的發(fā)電過(guò)程中，焓降的實(shí)際值與理論值存在較大的出入，同時(shí)各個(gè)設(shè)備的熱回收效率也互不相同，部分設(shè)備熱回收率高達(dá)75%，而部分設(shè)備的熱回收率僅約為10%，差距較大［5］。一般情況下，熱電廠機(jī)組的重?zé)嵯禂?shù)值約為6.5%，為提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用效率，需要增大重?zé)嵯禂?shù)值，以熱電生產(chǎn)過(guò)程中的實(shí)際情況為依據(jù)，設(shè)定重?zé)嵯禂?shù)值增大的合理范圍，以確保熱電廠正常發(fā)電，提高熱電廠的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)兼顧環(huán)保效益。

2.4 降低濕氣損失

作為熱電廠能耗損失中的重要內(nèi)容，濕汽損失嚴(yán)重影響了熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用，造成可利用的熱能資源被大量浪費(fèi)，同時(shí)加重溫室效應(yīng)。為了有效提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用水平，必須降低熱電廠的濕氣損失。濕汽損失出現(xiàn)的原因主要在于下述幾個(gè)方面。

1）熱電廠在正常的工作狀態(tài)之下，濕蒸汽會(huì)出現(xiàn)輕微的膨脹情況，這屬于正常的物理現(xiàn)象。如果濕蒸汽膨脹過(guò)于劇烈，在此過(guò)程中，大量的蒸汽會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)的問(wèn)題，導(dǎo)致蒸汽量減少，造成濕氣損失。

2）水珠流速低于蒸汽流速，受水珠的牽制作用，大量的動(dòng)能在此過(guò)程中被無(wú)端消耗，導(dǎo)致濕氣出現(xiàn)損失。

3）濕蒸汽需要長(zhǎng)期保持較高的溫度，這是其狀態(tài)穩(wěn)定的基本前提。在實(shí)際的過(guò)程中，由于保溫措施不到位，濕蒸汽過(guò)冷，造成濕氣損失量升高。

動(dòng)葉進(jìn)汽邊緣損壞是濕氣損失危害的集中體現(xiàn)，尤其是葉頂背弧部位，沖蝕問(wèn)題更為突出。基于降低濕氣損失和提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)用水平的目的，熱電廠工作人員需要采取具有針對(duì)性的措施，如：a）安裝新型的去濕設(shè)備；b）強(qiáng)化汽輪機(jī)組的抗沖蝕性能；c）以帶有吸水縫的噴灌取代傳統(tǒng)的噴灌；d）注重中間再熱循環(huán)操作。相對(duì)于汽輪機(jī)的工作過(guò)程而言，機(jī)械損失主要來(lái)源于減少其支承軸承摩擦力，開(kāi)起主油泵以及調(diào)速器等系列操作。鑒于此，建議采用軸流式汽輪機(jī)，形成高、低壓指向力，減少熱能損耗，提高熱能與動(dòng)力工程的運(yùn)行效率。軸流式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 軸流式汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

鑒于當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展以及社會(huì)整體對(duì)于電能的需求量越來(lái)越大的現(xiàn)實(shí)情況，熱電廠的發(fā)展空間是非常大的，既創(chuàng)造著客觀的經(jīng)濟(jì)效益，也承擔(dān)著重要的社會(huì)責(zé)任。提高熱能與動(dòng)力工程在熱電廠中的應(yīng)用效率是未來(lái)熱電廠發(fā)展的必然方向，也是相關(guān)從業(yè)人員需要重點(diǎn)思考的問(wèn)題之一，需要立足實(shí)際問(wèn)題，致力于實(shí)現(xiàn)熱能與動(dòng)力工程在熱電廠中的有效運(yùn)用。本文為此提供了一些借鑒，在明確制約熱電廠中熱能與動(dòng)力工程實(shí)現(xiàn)有效運(yùn)用的因素的前提下，從降低調(diào)壓損失、實(shí)現(xiàn)節(jié)流調(diào)節(jié)、正確利用重?zé)岷徒档蜐駳鈸p失等方面著手，采取行之有效的措施，以期促進(jìn)熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用，以更好地滿(mǎn)足社會(huì)龐大的用電需求。

［1］于光佐.論熱電廠中熱能與動(dòng)力工程的有效運(yùn)用［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（28）：82.

［2］崔瑤.時(shí)代背景下熱能與動(dòng)力工程在電廠中的改革與創(chuàng)新［J］.科技與企業(yè)，2014（13）：166.

［3］張健，朱亮.淺析熱能與動(dòng)力工程在熱電廠中的巧妙運(yùn)用［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（11）：62.

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［5］李鐸，彭勃.電廠熱工自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀及進(jìn)展研究［J］.科技與企業(yè)，2013（19）：291.