火力發電廠的節能和運行經濟性分析

趙小兵

（黃陵礦業集團有限責任公司，陜西 延安 727307）

0 引 言

火力發電作為我國主要的電力生產方式之一，是保障經濟發展和人民生活的基礎設施。隨著能源危機、環境污染等問題日益突出，如何提高火力發電廠的節能和運行經濟性已成為當前亟待解決的問題。一方面，火力發電廠的能源消耗量巨大，其排放的廢氣、廢水等環境污染物對環境和人體健康造成不良影響。在保證電力供應的前提下，降低火力發電廠的能源消耗和環境污染，提高其節能和環保水平，對于實現能源清潔化、可持續發展具有重要意義。另一方面，火力發電廠的運行成本占據其生產成本的重要部分，提高火力發電廠的經濟性，降低運行成本，提高企業效益，對于維護能源安全、推動經濟發展也具有重要意義[1]。

1 火力發電廠運行存在的問題分析

1.1 能源浪費

在火力發電廠中，由于熱力發電的工藝特點，很大一部分能量都以廢氣和余熱的形式散失。根據數據統計，在火力發電過程中，大約有50%的能源被浪費，即有約50%的能量變成了無用的余熱和廢氣，這是能源浪費的主要表現之一。其中，余熱指在火力發電的熱能轉化過程中，未被充分利用而排放到環境中的熱能。火力發電廠中主要產生的余熱有煙氣余熱、廢水余熱、凝汽器余熱等，如果這些余熱不能得到合理的回收和利用，就會造成大量的能源浪費。廢氣指在火力發電的燃燒過程中，未被充分燃燒而排放到環境中的氣體。其中，二氧化碳等溫室氣體的排放會對全球氣候變化產生負面影響，而硫化物、氮氧化物等氣體會對環境和人體健康造成不良影響。如果不能有效回收和利用廢氣，不僅會造成能源浪費，還會對環境和人體造成不良影響[2]。

1.2 熱效率低

火力發電廠的熱效率指在火力發電過程中將化石燃料轉化為電能的能量轉化效率，即單位時間內發電量和燃料熱值的比值。目前，我國火力發電廠的平均熱效率為35%～40%，較發達國家存在一定的差距。火力發電廠熱效率低的原因主要有以下3 點。

（1）鍋爐的燃燒效率低。火力發電廠的鍋爐是借助煤等燃料燃燒產生高溫氣體，然后將熱能轉化為水蒸氣，最后驅動汽輪機發電。鍋爐燃燒過程中，燃料的燃燒并不完全，因此產生的熱能并未被充分利用。

（2）汽輪機效率低。汽輪機是火力發電廠的核心設備，其效率直接影響著發電效率。目前，國內的汽輪機效率普遍較低，主要原因是技術水平不高、生產制造工藝不成熟等[3]。

（3）熱損失大。火力發電廠在熱能轉化過程中存在許多熱損失，整體熱能損失較大。

1.3 能耗高

火力發電作為我國主要的電力生產方式之一，其能源消耗巨大，主要表現在以下2 個方面。

（1）煤耗高。火力發電廠是通過燃燒煤等化石燃料來產生蒸汽驅動發電機組發電，而煤炭是不可再生資源，其產量有限[4]。

（2）水耗大。火力發電廠需要大量的水來產生蒸汽，以驅動發電機組發電。根據統計數據，我國每發電1 kW·h 需要消耗2.5 ～3.5 kg 的水，水資源消耗量較大。

1.4 運行成本高

火力發電廠的運行成本包括燃料成本、設備維護成本以及運行管理成本等方面，這些成本對于火力發電廠的經濟效益具有重要影響。

（1）燃料成本。火力發電廠通過燃燒煤等化石燃料來產生蒸汽驅動發電機組發電，煤炭等原材料價格的上漲使得火力發電廠的燃料成本不斷增加。此外，火力發電廠要購買一定量的原材料作為儲備，以應對市場價格波動等因素[5]。

（2）設備維護成本。火力發電廠的設備較為復雜，需要經常進行檢修和維護，以確保設備正常運行。設備維護需要耗費大量的人力、物力、財力，增加了企業的運營成本。

（3）運行管理成本。火力發電廠的運行管理成本主要包括人員工資、管理費用、保險費用等，這些成本在火力發電廠的經營過程中是必須的支出。

2 火力發電廠節能和運行經濟性的改善措施

2.1 優化鍋爐燃燒

優化鍋爐燃燒是提高火力發電廠熱效率和節能效果的重要措施之一，具體方法如下。

（1）采用先進的燃燒技術。采用先進的燃燒技術，如噴射燃燒器、低氮燃燒器等，可以使煤粉更加充分地燃燒，減少煤炭的消耗量，提高熱效率。

（2）優化燃燒工藝。通過優化燃燒工藝，如調整入爐煤的粒度、風煤配比等參數，可以提高燃燒效率，減少煤炭的消耗量，同時降低污染物的排放量。

（3）加強爐內熱傳遞。加強爐內熱傳遞，提高爐膛中部差壓，使爐內中部返料灰更充分地與受熱面接觸，從而提高熱效率和節能效果。

（4）減少過剩空氣。通過減少過剩空氣的量，可以使入爐煤更加充分地燃燒，減少煤炭消耗量，提高熱效率和節能效果[6]。

2.2 余熱回收利用

通過余熱回收技術回收利用鍋爐廢氣、凝汽器廢熱等余熱，將其轉化為有用的熱能，從而減少煤炭等資源的消耗，提高熱效率，達到節能效果。

（1）鍋爐廢氣余熱回收。將鍋爐排出的高溫廢氣經過余熱回收器回收，利用其中的熱能加熱進入鍋爐的空氣和水，減少煤炭等資源的消耗，提高熱效率。

（2）空冷凝汽器廢熱回收。回收利用汽輪機排出的凝汽器廢熱，將其轉化為有用的熱能，加熱進入鍋爐的空氣和水，減少煤炭等資源的消耗，提高熱效率[7]。

（3）煙氣余熱回收。將煙氣中的余熱通過換熱器回收利用，將其轉化為有用的熱能，加熱進入鍋爐的空氣和水，減少煤炭等資源的消耗，提高熱效率。

2.3 優化汽輪機設計

（1）采用先進的葉片形狀。汽輪機采用先進的葉片形狀，如彎曲葉片、多級分級葉片等，可以使葉片在轉動過程中能夠更加充分地利用氣流的能量，提高汽輪機的效率。

（2）優化葉片布局。優化葉片布局，如增加葉片數目、調整葉片安裝角度等，可以使汽輪機葉片能夠更好地捕捉氣流能量，提高汽輪機的輸出功率[8]。

（3）采用高溫高壓技術。采用高溫高壓技術，如超超臨界技術、高溫再熱技術等，可以提高汽輪機的熱效率和發電效率，從而提高經濟效益。

（4）優化汽輪機部件材料。優化汽輪機部件材料，如采用高溫合金材料、超導材料等，可以提高汽輪機的耐熱性和抗腐蝕性，延長汽輪機的使用壽命，降低運行成本。

2.4 優化運行管理模式

（1）采用先進的自動化控制系統。通過采用先進的自動化控制系統，可以對火力發電廠的運行過程進行全面、準確的監控和管理，降低人員工資和管理費用。

（2）采用保養管理系統。通過采用保養管理系統，可以對火力發電廠的設備進行定期維護和保養，減少設備故障的發生，降低維修成本和保險費用。

（3）實施全面預算管理。通過實施全面預算管理，對火力發電廠的各項經費進行全面預算和管理，確保運營成本的可控性和透明度。

（4）推行員工培訓計劃。通過推行員工培訓計劃，加強員工的職業技能培訓，提高員工的工作效率，降低管理成本和人力成本[9]。

2.5 引入智能化技術

（1）引入物聯網技術。通過引入物聯網技術，對火力發電廠的設備進行智能化監控和管理，實現設備狀態、運行數據等信息的實時采集和分析，以便對設備進行精確的維護和保養，提高設備的運行效率和安全性。

（2）引入人工智能技術。通過引入人工智能技術，對火力發電廠的設備運行數據進行分析和預測，實現設備故障的預警，增強設備的可靠性和穩定性，降低設備的維護成本和運行成本。

（3）引入虛擬仿真技術。通過引入虛擬仿真技術，對火力發電廠的運行模式進行模擬和分析，實現運行模式的優化和改進，提高火力發電廠的效率和經濟性，降低運行成本和維護成本[10]。

3 火力發電廠節能運行案例

3.1 鍋爐概況

某火力發電廠的鍋爐為2×1 058 t/h 循環流化床鍋爐，配備2×300 MW 亞臨界中間再熱單軸雙缸雙排汽、直接空冷式汽輪發電機組，主要設計參數如表1 所示。

3.2 節能和運行經濟性的優化措施

該廠在長期運營中存在能源浪費、熱效率低、能耗高以及運行成本高等問題，為了解決這些問題，廠方采取了一系列的節能優化措施和運行經濟性優化措施。

3.2.1 優化鍋爐燃燒

針對循環流化床鍋爐燃燒效率不高的問題，該廠采用優化鍋爐燃燒的措施，包括使用分倉上煤、調整風煤配比、調整燃燒參數、改進下二次風入口角度、提高給煤機落煤管進爐膛高度以及改進播煤風管角度等。通過這些措施，燃燒效率得到了明顯提高，鍋爐的熱效率也得到了提高，減少了煤的消耗，降低了能耗和運行成本。

3.2.2 余熱回收利用

通過對鍋爐廢氣、空冷凝汽器廢熱等余熱的回收利用，該廠成功實現了對余熱的高效利用，提高了發電效率，減少了二氧化碳等氣體的排放，從而達到節能減排的目的。對廢氣、空冷凝汽器廢熱等余熱進行回收利用，每年可回收余熱轉化為約500 000 t 標準煤，相當于減少二氧化碳排放量1 500 000 t。

3.2.3 優化汽輪機設計

該廠通過優化汽輪機設計，通過采用先進的葉片形狀、增加葉片數目、調整葉片安裝角度等措施，提高汽輪機的效率和輸出功率，從而提高發電效率和經濟效益，降低了運行成本。

3.2.4 引入智能化技術

該廠引入物聯網技術、人工智能技術等智能化技術，實現設備的智能化監控和管理，提高設備的運行效率和安全性，降低運行成本和維護成本。通過這些技術可實現設備狀態、運行數據等信息的實時采集和分析，以便對設備進行準確的維護和保養，提高設備的運行效率和安全性。經過優化后，鍋爐的平均負荷率提高了10%，煤耗降低了2%，發電效率提高了1%。

綜上所述，通過優化鍋爐燃燒、余熱回收利用、優化汽輪機設計以及引入智能化技術等措施，有效解決了火力發電廠存在的能源浪費、熱效率低、能耗高以及運行成本高等問題，提高了其經濟效益和社會效益。

4 結 論

基于火力發電廠節能和運行經濟性的研究，不僅是技術創新和環保的需要，也是適應市場需求、提高企業競爭力的重要途徑。通過對火力發電廠的節能技術和運行經濟性進行深入研究和探索，采取相應的措施可以有效提高火力發電廠的節能環保水平和經濟效益，更好地適應市場需求，為實現經濟社會可持續發展做出積極貢獻。