如何提高熱電廠熱能與動(dòng)力工程的效率

黃江波 湖北華電襄陽(yáng)燃機(jī)熱電有限公司

熱力發(fā)電是我國(guó)目前最重要的一種發(fā)電方式，隨著發(fā)電技術(shù)的不斷創(chuàng)新，熱力發(fā)電效率也得到了相應(yīng)的提升。然而，熱力發(fā)電多使用的是不可再生資源，比如煤炭，使得我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)備越來(lái)越少，煤炭開(kāi)采形勢(shì)越發(fā)嚴(yán)峻。在這樣的背景下，熱電廠應(yīng)采取科學(xué)的方法，提高熱能效率，以緩解熱力供電的壓力。

一、熱電廠發(fā)電

要想提高熱電廠熱能效率，讓動(dòng)力工程更好地發(fā)揮作用，首先要對(duì)熱電廠的發(fā)電原理和供電流程有清晰的認(rèn)識(shí)。本文從以下三個(gè)方面，對(duì)發(fā)電原理進(jìn)行分析。第一，由于煤炭在燃燒的過(guò)程中，會(huì)釋放熱量，這些熱量會(huì)讓水變成水蒸汽。第二，這些水蒸汽會(huì)通過(guò)特定的管道，輸送到汽輪機(jī)中，通過(guò)汽輪機(jī)帶動(dòng)與之相連的發(fā)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。第三，汽輪機(jī)可以將上一階段產(chǎn)生的汽體輸送到凝汽器之中，在凝汽器之中經(jīng)過(guò)冷卻，水蒸汽還原成液態(tài)水，并再次參與到使用的循環(huán)當(dāng)中。其次，要想提高熱能效率，還要對(duì)發(fā)電流程了如指掌。通過(guò)對(duì)我國(guó)當(dāng)下發(fā)電廠的客觀情況進(jìn)行分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，發(fā)電廠都是以火力發(fā)電為主。煤炭在發(fā)電廠中經(jīng)過(guò)指定步驟的處理，送入燃燒爐進(jìn)行燃燒。由于燃燒的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)中，賦予汽輪機(jī)動(dòng)能。汽輪機(jī)的高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)帶動(dòng)相應(yīng)設(shè)備產(chǎn)生電能。

二、熱電廠熱能和動(dòng)力工程效率的提升方法

（一）減少蒸汽損耗

對(duì)于熱力發(fā)電來(lái)說(shuō)，讓煤炭在鍋爐中充分燃燒是必不可少的步驟。推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的水蒸汽也是在這一環(huán)節(jié)中產(chǎn)生的。水蒸汽通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)的動(dòng)葉柵進(jìn)行做功，將自身的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為汽輪機(jī)的動(dòng)能，然后自身進(jìn)入凝汽系統(tǒng)中進(jìn)行冷卻。然而，水蒸汽的熱能并沒(méi)有得到充分的轉(zhuǎn)化，這就是我們通常所說(shuō)的“余速損失”。究其原因，可以歸納為以下幾點(diǎn)。第一，在對(duì)汽輪機(jī)做功時(shí)，水蒸汽的溫度通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于葉輪的溫度。在這一過(guò)程中，能量從水蒸汽轉(zhuǎn)化到汽輪機(jī)上時(shí)水蒸汽產(chǎn)生液化變成液態(tài)水。這就是汽輪機(jī)表面液態(tài)水的來(lái)源。而這些液態(tài)水并沒(méi)有參與做功，是一種能量的損失。第二，水要想完全汽化，對(duì)溫度就有一定的要求。通常，難燒爐內(nèi)的水蒸汽是處于一種半汽化的狀態(tài)，水蒸汽之間還夾雜著許許多多的微小水滴，使得整體對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行做功的效果不甚理想。

由于熱電廠熱能的效率和動(dòng)力工程的效率會(huì)受到水蒸汽的影響，所以，要想提高這一效率，就要減少蒸汽熱能的損耗。具體來(lái)說(shuō)，首先可以加強(qiáng)煤炭燃燒過(guò)程的管控。鍋爐操作人員應(yīng)實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐內(nèi)部的溫度和壓力參數(shù)，一旦發(fā)現(xiàn)溫度或壓力低于要求的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，要適當(dāng)采取增溫、增壓的措施。這樣能夠提高液態(tài)水的汽化率，提高對(duì)汽輪機(jī)做功的效果。保證鍋爐內(nèi)部的溫度是為了減少水滴的量，使能量轉(zhuǎn)化的效率更高。其次，電廠要及時(shí)對(duì)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，對(duì)陳舊的、性能不佳的設(shè)備進(jìn)行更換，甚至可以將一些管路用新興的高分子材料管材進(jìn)行替換，減小水蒸汽在傳輸過(guò)程中遇到的阻力。

（二）降低濕汽損失

熱電廠在發(fā)電的過(guò)程中，濕汽損失也在所難免。如何減少濕汽損失成了各發(fā)電廠近年來(lái)研究的主要課題。濕汽損失不光會(huì)降低發(fā)電效率，會(huì)給動(dòng)葉進(jìn)汽邊緣造成傷害，尤其對(duì)葉頂背弧的傷害較為嚴(yán)重，為發(fā)電廠的安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于：第一，一部分蒸汽受到蒸汽膨脹作用的影響，發(fā)生了液化。第二，由于凝結(jié)的水珠質(zhì)量較大，對(duì)蒸汽的運(yùn)行速度造成了制約，導(dǎo)致蒸汽整體的動(dòng)能不足。第三，蒸汽的溫度不足，也會(huì)造成動(dòng)能的損耗。為了解決這一問(wèn)題，發(fā)電廠應(yīng)在適當(dāng)位置裝配祛濕裝置，減少蒸汽中水珠的含量。發(fā)電廠還要通過(guò)對(duì)設(shè)備材料的更新，提高設(shè)備的抗沖蝕能力。根據(jù)發(fā)電流程的具體情況，發(fā)電廠還可以適當(dāng)添加熱循環(huán)系統(tǒng)，并合理使用帶吸水縫的噴灌，提高水蒸汽的使用效率。需要注意的是，發(fā)電廠還要加強(qiáng)對(duì)蒸汽輪機(jī)的管理，不光要減少汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中各軸承之間的摩擦力，還要對(duì)材料進(jìn)行改進(jìn)，用抗?jié)裥阅芨玫牟牧希觅|(zhì)量更輕的材料，以減少汽輪機(jī)的負(fù)擔(dān)。要想進(jìn)一步提高熱力效率，發(fā)電廠還可以使用更先進(jìn)的汽輪機(jī)，比如軸流式汽輪機(jī)。高溫高壓蒸汽在導(dǎo)入軸流式汽輪機(jī)的一端之后，會(huì)推動(dòng)汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，讓蒸汽的另一端排出。這在一定程度上借助物理原理，讓蒸汽自發(fā)從高壓向低壓流動(dòng)，進(jìn)一步提高了發(fā)電效率。

（三）減少調(diào)壓步驟帶來(lái)的損失

熱電廠的發(fā)電機(jī)組通常需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，為了提高其穩(wěn)定性和運(yùn)行效率，通常需要對(duì)其內(nèi)部壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。雖然針對(duì)不同的機(jī)組，調(diào)節(jié)的范圍和標(biāo)準(zhǔn)各不相同，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)由于各種各樣的因素導(dǎo)致調(diào)節(jié)效果達(dá)不到預(yù)期。比如，機(jī)組操作人員的人為操作失誤會(huì)讓鍋爐內(nèi)部壓力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，讓機(jī)組整體的運(yùn)行效率降低。還有些機(jī)組因其客觀條件限制，長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，效率能夠得到保證，反而在對(duì)機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)的過(guò)程中，會(huì)造成能量損失。

（四）提高員工對(duì)調(diào)配選擇的重視程度

科學(xué)的調(diào)配選擇，也對(duì)電廠熱能效率的提升有重要意義。不過(guò)，我國(guó)熱電廠普遍在調(diào)控選擇方面面臨一定的困難。拿背壓式汽輪機(jī)舉例，為了提高背壓式汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，可以在其上安裝一個(gè)低壓凝汽式汽輪機(jī)，讓兩個(gè)汽輪機(jī)協(xié)同運(yùn)作，形成一個(gè)整體，形成雙重發(fā)電的效果。這一系統(tǒng)雖然調(diào)頻效率較高，但其也有一定的缺點(diǎn)，那就是調(diào)頻難度大。

三、結(jié)語(yǔ)

為了提高若電廠熱能和動(dòng)力工程效率，要從減少能量損失入手，對(duì)技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新。本文簡(jiǎn)單分析了熱電廠發(fā)電現(xiàn)狀，并提出了幾種提高熱能和動(dòng)力工程效率的方法，供業(yè)內(nèi)人士參考。