熱電廠熱能動力工程的性能合理運用分析

李開基

摘 要：熱電廠是利用加熱水，用水沸騰產生的水蒸氣推動渦輪帶動發電機的運作。這個過程中能源轉換率較低，同時熱反應會消耗大量的能量去滿足反應中的焓。了解熱動力工程對于熱電廠的節能減排，提高發電功率有著重要的意義。

關鍵詞：熱電廠；熱能動力工程；節約能源；能源轉化率

熱動力方程是是研究物質在加熱沸騰后產生氣體里，氣態分子的運動方向和動力。通常在蒸汽機中，氣態分子的動力利用率很低，大部分通過熱能的方式散發浪費。因此通過熱動力的研究，增加能源得轉換率，把更多的熱能轉變為我們所需要的電能，達到能源得充分利用，這是熱電廠的一個重要技術課題。

1 提高能源轉換率的手段

在熱電廠利用熱能轉換電能的過程中，一共分為多個階段，首先是燃料燃燒，將其化學能轉換出來，之后由燃燒之后產生的熱能加熱水，讓水產生分子動能，利用水蒸氣分子推動發電機渦輪，利用電磁效應產生相應的電能。在整個過程，從化學能到最后輸出的電能，能源轉換率一般不會超過20%。其中主要浪費能源的環節就是在水分子熱動力環節。所以想要提高能源轉換率就容易做出改進的就是在水分子熱動力方程中做出提升，減少水的熱能浪費，或者讓浪費的熱能能夠重新利用。因此就出現了改造的兩種思路，第一種時，通過設計蒸汽渦輪，以及鍋爐等方面的因素，讓水蒸汽更具有熱動力；第二種是利用熱能回收裝置，提高能源的二次利用。

2 工況改變導致的能源浪費

當鍋爐開始工作時，改變工況會導致較大的能力損失，改變工況會造成蒸汽的分布的不均勻，導致在推動渦輪的情況下渦輪的速度進程發生改變，增加了渦輪的摩擦的損耗。這樣造成很多功被用來克服相應的速度改變，導致能源轉換的大大下降。同時因為渦輪的速度不穩定也會導致電磁電路中產生感應電流和感應電動勢，造成電流的不穩定性，造成存儲中的諸多不便。

2.1 改變工況的原因

改變工況可能有多種原因，主要有以下幾種原因：（1）鍋爐運行不穩定，鍋爐運行不穩定可能在于長期使用造成的鍋爐受熱不均，或者燃料有問題，燃料劣質，或者沒有及時添加，或者添加不均勻均會造成相應的鍋爐工況不穩定。（2）渦輪摩擦力的不均勻導致的，渦輪的摩擦導致相應的轉速也不均勻，造成了輸出功率的不穩定性。（3）設備老化，或者腐蝕嚴重。發電機組因為與蒸汽距離很近所以在相應的水蒸氣較多，容易發生設備磨蝕和老化現象。在設備老化后，很多裝置帶病運行，影響了機組的整體工況。有兩組機組的電力工廠盡管在不斷改變的工況下，但是自身所采用的速度控制裝置能幫助機器進行準確的調整，維護工況的穩定性。這樣的操作通常稱之為一次調頻。其主要的特征是反應速度快，根據不同的機組有不同的效果，同時需要人工來操作。與一次調頻相對應的就是二次調頻，一次調頻有著相應的缺點，需要人工的操作，因為電廠是24小時工作，所以在一次調頻中需要有員工24小時的監管，這需要員工24小時倒班制，增加了員工的辛勞程度。二次調頻則是利用發電設備的自我調節裝置，實現完全自動化的調節，在這種自動化調節方式中，當渦輪的轉速發生變化時，通過改變閥門開度，解決工況不穩定的問題，保障渦輪所受到的動力在一個相對穩定的數值，這樣渦輪就能按照一個平穩的速度進行運行。同時對機器整體的維護也有著重要的意義，最重要的就是避免了需要人員進行24小時監控的問題。

2.2 負載與熱力發電機機組功率間的關系

節流控制的作用特征與應用場所：第一，沒有調節控制環節，氣體全部進入；第二，工作運行狀況發生改變時，溫度也維持較穩，負載能良好的運行；第三，工作運行狀況發生改變時，流量消耗，效益不好；第四，其可應用于容量較小或帶正常負載的巨型裝置。所謂的臨界壓力表示的是當機組處于臨界運行情景時，產生的壓力時，且與級數呈負相關關系。從某個角度上說，其數值通常相對較小。其相關的公式應用的前提條件包括：裝置中就有三級以上的級數，相同工況，其每級流量值一樣，不同工作情況時，就保持其流通截面相同。壓力控制的特征：第一，提高了整個系統的可靠程度，增強其負載適應能力；第二，使整個系統在一定負載時有較好的效益；第三，滿負載時，壓力調節效益較差；第四，能應用于單個機組運行時，蒸汽推動葉片運動后，還具有一定的速度，且會損失剩下的未能轉化的機械能，這種現象稱之為余速損耗，用噴管的彎型弧長除以整個管的周長的結果來表征其調節氣體的大小。

3 容易出現的問題以及解決措施

3.1 損耗濕汽的因素

第一，濕潤的氣體發生膨脹，其中有些因氣溫降低而變成了水，從而不能做功；第二，這些液態水的流速小于氣流速度，從而會降低氣體的速度，也會產生一定的動能損耗；第三，液態水都粘在管壁上了，既產生水的損耗又產做了無用功，使葉輪做功減少；第四，遇冷的水蒸汽使得汽量減少，而且還會損害葉輪的邊沿，尤其是會造成其背面彎處產生腐蝕。

3.2 防止濕汽損耗的要點

第一，實現過程中熱能再利用；第二，加裝減濕互環節；第三，使用帶收集液態水功能的噴管；第四，增強其抗腐蝕作用。整體裝置運行過程中，要實現好各部件間的潤滑效果，還可以使泵裝置、速度控制裝置的運行，因為這些過程可能產生無用功，造成機械能損耗。

3.3 氣體沿軸流動的裝置中，一般是蒸汽從氣壓強的入口端進入、而從氣壓弱的出口端流出，這等同于對整個裝置的轉軸產生一個沿軸方向的力，其方向由氣壓強處指向氣壓弱處。從而使轉軸發生偏轉，通常稱這個力為沿軸推力。

3.4 級間工況變化的特點

第一，當臨界點未出現時，其流量同各級間的壓力呈一定非簡單正比的關系；第二，當臨界點出現時，其流量同各級間的壓力呈正比關系，而且同其它參數沒有關聯。沿軸方向的推力特點：第一，蒸汽凝結成水時，推力變大；第二，液態水與葉輪發生撞擊時，推力也變大；第三，負載增大，推力變大；第四，負載被甩時，推力變大。第五、葉片老化，推力變大。以上所述的內容，均為本人多年研究的成果的總結，且經過大量的實際驗證，歸納出熱能及動力間的關聯或他們之間的變化。

結束語

熱電廠熱能動力工程中，首先要掌握熱力發電的原理。然后針對其中對容易出現問題的蒸汽這一環節進行分析，找到改造的方式，通過一次調頻或者二次調頻的方式，讓其進行一個穩定工況的輸出，同時要認識到熱力發電中的常見問題，并提出相應的解決方式，提高能源的轉換率，提高發電機組的工作效率，達到熱力發電廠節能減排的目標。

參考文獻

[1]王曉瑜.供熱系統控制分析[J].自動化技術與應用，2009（7）.

[2]楊婷.應用監測監控技術提高供熱系統的自動化管理水平[J].區域供熱，2009（2）.

[3]張福江，范玲，張瑋.城市供熱網的智能化控制與管理[J].石油化工自動化，2006（6）.