火電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能改造分析

吳嘯川

（國網(wǎng)綜合能源服務(wù)集團(tuán)有限公司，北京 100052）

0 引言

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前我國各個(gè)行業(yè)發(fā)展需要遵循的重點(diǎn)原則之一。目前火力發(fā)電仍是我國發(fā)電的主要形式，而火電廠的熱力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，不僅會(huì)消耗大量的能源，還會(huì)對環(huán)境造成一定程度的污染。從節(jié)能環(huán)保的角度出發(fā)，對火電廠熱力系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能改造措施進(jìn)行分析，能夠?yàn)樘岣弋?dāng)前我國火電廠熱力系統(tǒng)的運(yùn)行效率、節(jié)約資源能源提供一定的改造和發(fā)展思路。

1 火電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能思路

1.1 節(jié)能診斷，優(yōu)化改造

節(jié)能環(huán)保是當(dāng)前火電廠運(yùn)行發(fā)展的主要趨勢之一，而熱力系統(tǒng)作為火電廠的重要組成部分，必然需要接受改良優(yōu)化，才能夠更好地為火電廠的發(fā)展提供助力。科技的不斷發(fā)展，為熱力系統(tǒng)的節(jié)能改造提供了必要的技術(shù)支持。在對火電廠的熱力系統(tǒng)進(jìn)行改造時(shí)，首先需要遵循節(jié)能診斷、優(yōu)化改造的思路。熱力系統(tǒng)的節(jié)能改造需要建立在熱力系統(tǒng)運(yùn)行原理和理論知識(shí)研究的基礎(chǔ)上，通過對熱力系統(tǒng)運(yùn)行過程中存在的缺陷以及能損分布狀況來分析熱力系統(tǒng)的使用價(jià)值，從而結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行的缺陷來制定有針對性的優(yōu)化方案，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化改造的主要目標(biāo)[1]。

1.2 實(shí)時(shí)檢測，指導(dǎo)運(yùn)行

實(shí)時(shí)檢測以及指導(dǎo)運(yùn)行是建立在自動(dòng)化和智能化這兩種發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上的。以促進(jìn)火電廠熱力系統(tǒng)的實(shí)時(shí)檢測為主要目標(biāo)，在熱力系統(tǒng)的運(yùn)行中融入電子檢測系統(tǒng)，通過實(shí)時(shí)檢測熱力系統(tǒng)運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)熱力系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，依據(jù)檢測到的結(jié)果對熱力系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生能損的原因進(jìn)行分析，從而制定出有針對性的解決方案[2]。而依據(jù)解決方案，相關(guān)人員還能夠?yàn)闊崃ο到y(tǒng)的操作和維護(hù)保養(yǎng)技術(shù)提供一定的技術(shù)指導(dǎo)，從而提高整個(gè)熱力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，保障火電廠供電機(jī)組的安全運(yùn)行。

1.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理配套

在對火電廠的熱力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過程中，需要能夠符合熱力系統(tǒng)的節(jié)能理論，在掌握熱力系統(tǒng)運(yùn)行過程中各項(xiàng)參數(shù)的變化情況以及各個(gè)部分組件的連接方式之后，對熱力系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行定量分析（圖1）。依據(jù)定量分析的結(jié)果，對現(xiàn)有的熱力系統(tǒng)進(jìn)行局部的優(yōu)化和調(diào)整[3]。在這個(gè)調(diào)整系統(tǒng)的過程中，需要以合理配套為主要目標(biāo)，使優(yōu)化改造后的熱力系統(tǒng)能夠在運(yùn)行過程中保持最佳的運(yùn)行狀態(tài)，從而更好地發(fā)揮熱力系統(tǒng)在火電廠運(yùn)行發(fā)展中的作用。

圖1 熱力系統(tǒng)

2 火電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化與節(jié)能改造應(yīng)用的技術(shù)分析

對火電廠熱力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和節(jié)能改造，是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)以及電力市場對火電廠提出的具體要求。火力發(fā)電作為一種主要的供電方式，其效率關(guān)系著當(dāng)前我國電力市場的運(yùn)行情況，對于我國電力行業(yè)的發(fā)展也會(huì)產(chǎn)生一定的影響。在這種情況下，要想更好地滿足火電廠的發(fā)展需求，就需要結(jié)合更先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，對熱力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和節(jié)能改造[4]。在對火電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能改造應(yīng)用的技術(shù)進(jìn)行分析時(shí)，主要可以從以下4個(gè)方面入手。

2.1 鍋爐排煙余熱回收技術(shù)

鍋爐是火電廠供電的重要組成部分，在火電廠的實(shí)際工作過程中，鍋爐排煙口的排煙溫度需要維持在150~160℃。雖然這個(gè)過程產(chǎn)生了大量熱能，但這些熱能卻沒有得到充分利用，對鍋爐造成一定的熱損失。基于這種情況，在優(yōu)化和節(jié)能改造火電廠熱力系統(tǒng)的過程中，需要從鍋爐產(chǎn)生的熱能角度入手，應(yīng)用鍋爐排煙余熱回收技術(shù)，將鍋爐產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為其他可供火電廠應(yīng)用的能源（圖2）。

圖2 鍋爐排煙余熱回收系統(tǒng)

鍋爐排煙余熱回收技術(shù)主要是建立在余熱利用手段這一原理基礎(chǔ)上的，基于火電廠運(yùn)行過程中鍋爐的實(shí)際使用情況，將在熱力系統(tǒng)運(yùn)行中鍋爐排煙口產(chǎn)生的熱能與熱力系統(tǒng)連接起來。這樣做的最主要原因是熱力系統(tǒng)中的汽輪機(jī)能夠滿足熱能轉(zhuǎn)化的需求，將二者連接起來，能夠借助汽輪機(jī)這種帶有煙氣余熱回收性質(zhì)的裝置，將鍋爐排煙口產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能，從而提高排煙余熱利用率。而在應(yīng)用這種方法的過程中，僅僅將汽輪機(jī)和鍋爐排煙熱量連接起來還無法達(dá)到理想的效果。在實(shí)際應(yīng)用這種改造技術(shù)的過程中，還需要借助一種汽—水換熱裝置——低壓省煤器來滿足實(shí)際的優(yōu)化和節(jié)能改造需求。將低壓省煤器安裝到鍋爐排煙口的尾端，借助低壓凝結(jié)水的原理來發(fā)揮作用。但需要注意的是，低壓省煤器本身與熱力系統(tǒng)的連接有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式，因而在實(shí)際應(yīng)用中需要結(jié)合具體的情況來選擇連接的方式。

鍋爐排煙余熱回收技術(shù)的應(yīng)用主要包括以下幾個(gè)步驟：在運(yùn)行過程中，低壓省煤器能夠?qū)⑼ㄟ^低壓加熱裝置送進(jìn)來的低壓凝水與鍋爐排煙產(chǎn)生的熱量進(jìn)行交換。當(dāng)省煤器中的溫度達(dá)到最大標(biāo)準(zhǔn)之后，就能夠?qū)⑥D(zhuǎn)化后的煙氣及時(shí)排出，并注入新的低壓凝水。而在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用串聯(lián)方式的低壓省煤器在運(yùn)行中往往能夠達(dá)到更好的節(jié)能效果。這主要是因?yàn)樵诖?lián)的狀態(tài)下，流經(jīng)加熱裝置的水量更大，能夠在保持較高的熱負(fù)荷和鍋爐排煙冷卻度的條件下，大幅提高熱能轉(zhuǎn)化為電能的效率，從而達(dá)到節(jié)能的目的。與此同時(shí)，低壓省煤器在實(shí)際應(yīng)用中能夠通過鍋爐排煙冷卻度、省煤器熱經(jīng)濟(jì)效益以及避免腐蝕或堵灰三種情況來確定一個(gè)最佳引水位置，從而更好地滿足整個(gè)熱能轉(zhuǎn)化過程的引水需要。因此，這種優(yōu)化和節(jié)能改造技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得了明顯的應(yīng)用效果，對于提升鍋爐排煙余熱的利用率起到了重要的作用。

2.2 汽輪機(jī)排汽優(yōu)化技術(shù)

在越來越多大容量、高參數(shù)的火電機(jī)組被應(yīng)用到火電廠運(yùn)行的前提下，熱力系統(tǒng)的優(yōu)化已經(jīng)成為火電機(jī)組優(yōu)化改造的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容。汽輪機(jī)排汽優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效提高火電機(jī)組整體的運(yùn)行效率。汽輪機(jī)排汽優(yōu)化技術(shù)主要是基于熱力平衡原理實(shí)現(xiàn)作用的，在汽輪機(jī)的排汽管末端增加一臺(tái)混合式的冷卻器，讓冷卻器的出口與軸封加熱器連接起來，以凝結(jié)水來吸收汽輪機(jī)排汽余熱，在降低冷源損失的同時(shí)，也能夠升高凝結(jié)水溫，從而更有效地提高火電機(jī)組熱循環(huán)的效率。

2.3 供熱蒸汽過熱度的回收使用技術(shù)

供熱蒸汽過熱度的回收使用技術(shù)也是一種有效的熱力系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能改造技術(shù)。除了供電之外，供熱蒸汽也是火電廠的主營業(yè)務(wù)之一。工業(yè)供氣量超標(biāo)和供氣過熱度較高，是發(fā)電過程中經(jīng)常會(huì)面臨的問題。工業(yè)熱用戶是火電廠供熱蒸汽的主要對象，為了能夠滿足工業(yè)熱用戶對于飽和蒸汽的使用需求，火電廠在實(shí)際運(yùn)行過程中通常需要采用噴水的形式來將一些超標(biāo)的過熱蒸汽進(jìn)行降溫處理，再提供給工業(yè)熱用戶使用。而在這個(gè)過程中不可避免會(huì)損失掉大量的熱能，因此，為了能夠提高供熱蒸汽過程中損失熱能的利用率，就可以應(yīng)用供熱蒸汽過熱度的回收使用技術(shù)。

具體來說，供熱蒸汽過熱度的回收使用技術(shù)主要是指借助汽—水換熱裝置來吸收過熱蒸汽產(chǎn)生的富裕熱能，并將這些富裕熱能重新加入熱力循環(huán)的一種技術(shù)方法。在將熱能加入熱力循環(huán)之后，借助熱力循環(huán)來抽取換熱裝置內(nèi)的空氣，從而驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)做功，讓富裕熱能能夠在汽輪機(jī)做功的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)換（圖3）。在實(shí)際應(yīng)用這種優(yōu)化節(jié)能改造技術(shù)時(shí)，能夠有效降低約1%的平均耗煤量，具有明顯的節(jié)能效果。而在應(yīng)用供熱蒸汽過熱度的回收使用技術(shù)的基礎(chǔ)上，如果火電廠的供電機(jī)組是中間再熱式的，其節(jié)能的實(shí)際效果能夠進(jìn)一步提升，具有更好的實(shí)用價(jià)值。

圖3 余熱回收方案

2.4 除氧器排氣與鍋爐排污水余熱回收使用技術(shù)

除氧器排氣與鍋爐排污水余熱回收使用技術(shù)也能夠滿足火電廠熱力系統(tǒng)優(yōu)化和節(jié)能改造的需求。從除氧器排氣的角度來看，除氧器本身是熱力系統(tǒng)運(yùn)行的重要組成部分，要想優(yōu)化熱力系統(tǒng)，首先需要考慮到除氧器本身是否能夠發(fā)揮更大的功效。但考慮到如果向除氧器中加入蒸汽會(huì)改變溫度和壓力，從而導(dǎo)致熱能的損耗情況，因而需要在向除氧器中加入適量蒸汽的前提下，對除氧器進(jìn)行余熱回收。余熱冷卻器是除氧器余熱回收中最為常見的一種節(jié)能裝置，在實(shí)際應(yīng)用中能夠依據(jù)化學(xué)補(bǔ)充水來實(shí)現(xiàn)吸收熱能和節(jié)能的目標(biāo)（圖4）。

圖4 除氧器排氣余熱回收系統(tǒng)

而從鍋爐排污水余熱回收的角度來看，排污是鍋爐運(yùn)行過程中必須要進(jìn)行的一個(gè)步驟。但如果鍋爐長期處于連續(xù)排污的狀態(tài)下，很容易導(dǎo)致大量熱能的浪費(fèi)。在這種情況下，可以應(yīng)用余熱回收技術(shù)來滿足優(yōu)化和節(jié)能改造的要求。具體來說，鍋爐排污水余熱回收技術(shù)主要是通過排污擴(kuò)容系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。在火電廠熱力系統(tǒng)中增添擴(kuò)容系統(tǒng)，由于擴(kuò)容系統(tǒng)具有擴(kuò)容蒸發(fā)的功能，應(yīng)用擴(kuò)容系統(tǒng)能夠?qū)⑴盼蹮崴M(jìn)行擴(kuò)容蒸發(fā)轉(zhuǎn)化為水蒸氣，從而滿足部分工質(zhì)吸收使用的需要。但在應(yīng)用這種技術(shù)的過程中需要注意一個(gè)問題，即經(jīng)過蒸發(fā)擴(kuò)容后的污水溫度較高，為了能夠滿足熱能轉(zhuǎn)化的要求，需要在熱力系統(tǒng)中再增加一個(gè)排污水冷卻系統(tǒng)，用以對排污水進(jìn)行熱能吸收。這樣不僅能夠最大限度將熱能轉(zhuǎn)化為可供應(yīng)用的能源和工業(yè)需要，還能夠?qū)Υ龠M(jìn)熱力系統(tǒng)的正常運(yùn)行起到重要的作用。而在這個(gè)過程中，充分利用熱力系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生的熱能，提高廢熱資源的利用率，能夠減少火電廠熱力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的熱能消耗，也能夠有效提高整個(gè)火電廠系統(tǒng)運(yùn)行所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益，從而促進(jìn)火電廠的進(jìn)一步發(fā)展。

3 結(jié)語

綜上所述，熱力系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能改造，對提高熱力系統(tǒng)的運(yùn)行效率和火電廠經(jīng)濟(jì)效益具有重要的作用。結(jié)合當(dāng)前市場對于電能的大量需求，火電廠作為當(dāng)前一種主要的發(fā)電方式，需要重視以節(jié)能環(huán)保為主的節(jié)能優(yōu)化和改造問題。本文通過采取一些節(jié)能優(yōu)化的技術(shù)，為火電廠熱力系統(tǒng)的優(yōu)化和節(jié)能改造提供借鑒的經(jīng)驗(yàn)，從而為促進(jìn)火電廠的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。