电厂热力系统节能分析

电厂热力系统节能分析

【摘要】：电能是最洁净的便于使用的二次能源，但是在生产电能的同时却消耗了大量的一次能源。本文简要分析了当前节能形势，归纳了主要的热力系统计算分析方法，指出了电厂热力分析仍然存在的问题，并对电站节能改造给出了建议和节能策略分析。

【摘要】：热力系统经济指标计算方法节能技术

众所周知，能源问题已经成为世界各国共同关注的问题，在我国这一现象更加凸显。由于我国粗放型经济增长方式，又处在消费结构升级加快的历史阶段，能源消耗过大，因此节能降耗将是一项长远而艰巨的任务。根据美国及我国电力行业调查统计表明，我国平均供电煤耗率要比发达国家高出30~60g/kWh，这是一个很大的差距，说明我国的电厂节能有很大的节能潜力可以挖掘。因此，电站热力系统节能是关系到节能全局以及可持续性发展的大事。因此，在热力系的环境下，揭示各种节能理论内在的联系，深入地研究和发展节能要的理论和现实意义，对电厂的节能降耗工作具有很强的指导性。

一、热力系统经济指标

我国火力发电厂常用的热经济型指标主要有效率和能耗率两种。

（一）全场热效率ηcp：

其中，Nj为净上网功率，B为燃煤量，Ql为燃煤低位发热量。

全厂热效率指标是电厂运行的综合指标，在进行系统分析是，常将这一综合指标进行分解，以区分各厂家的责任和主攻方向，因此可以改写为：

其中，ηb：锅炉效率，锅炉有效吸热量与燃煤低位发热量之比；

ηp：管道效率，汽轮机循环吸热量与锅炉有效吸热量之比；

ηi：汽轮机循环装置效率，汽轮机内部功与循环吸热量之比；

ηm：机械效率，汽轮机输出功率与内部功率之比；

ηg：发电机效率，发电机上网功率与前端功率之比；

∑ξi：厂用电率，电厂所有辅机消耗电功率之和与发电机上网功率之比。

（二）热耗率和标准煤耗率

热耗率指标综合评价汽轮机发电机组热经济性，其实质是发电机每发电1kWh，工质从锅炉吸收的热量值。定义式如下：

煤耗率指标也可以分为两种：发电标准煤耗率和供电标准煤耗率。

二、热力系统计算方法现状

热力系统计算是火力发电厂汽轮机组运行性能分析、热力试验和系统改进中常见的计算工作，对热力系统进行计算的目的是为了确定机组的各项热性指标，因此选择适当的热力系统计算方法是机组热经济性分析的重要前提。系统计算方法种类很多，按照它们所依赖的热力学基础可分为：第一定律分析和第二定律分析法。

常规热平衡法是在结合质量平衡和能量平衡基础上，对实际热力系统进行的数值计算方法。计算中需要对热力系统进行变工况计算，以确定汽轮机抽汽口和排汽端的蒸汽参数以及回热系统的各相应参数，其实质是确定汽轮机新的膨胀过程线和系统参数，核心和难点是汽轮机变工况计算。

等效热降法是以新蒸汽流量、循环的初终参数和热力过程线均保持不变为前提，以内功率(等效热降)的变化来分析热力系统的热经济性。在热力系统局部分析中，等效热降法改善了常规热力计算的不足，提出了等效热降的概念并在此基础上建立了热力系统分析的新方法，使热力计算具有了系统分析功能。

循环函数法根据热力学第二定律，以循环不可逆性（或冷源损失）分析轮机循环节能定性分析的判据，以循环函数式为汽轮机循环节能定量计算的工循环函数法是一种计算复杂热力系统的好方法。

熵分析法是通过对体系的熵平衡计算，求取熵产的大小及其分布，分析影响熵产的因素，确定熵产与不可逆损失的关系，作为评价过程的不完善程度和改进过程的依据。

火用分析法[4]是在热力学两大定量的基础上，结合环境情况从对能的本性的全面认识，从能的实用性出发提出的一种思想和方法，它是从能量转换的角度表示设备或热力过程完善性的科学指标。

代数热力学法是一种分析热力系统能量的分析方法。该方法运用事件矩阵来描述一个系统中各个子系统的能量出、入关系，火用矩阵定义了各股流的火用值，火用分支定义了单一系统出、入流的关系，最终得到结构矩阵[FP]，该矩阵从全局的高度开拓了研究全、子系统关系的新趋势。

三、当前仍然存在的问题

1.普遍意义上的系统工程分析方法仍然欠缺，数学工具仍然有待发展，利用计算机来进行热力系统节能分析的研究不足。目前都是采用局部优化运行的方法，系统节能分析方法仍有待于进一步发展。

2.本质上来讲，目前的系统研究都属于稳态研究。研究的基础是发电系统部分热力学参数一致，且在运行中保持恒定，这固然会使研究的复杂程度大大简化，但同时也使其具有局限性。热力系统节能分析方法在机组变工况下应用研究较少。

3.不同的热力系统分析理论都是从不同的角度来研究热力系统这一对象，不同理论之间的相互关系的研究还很不充分。

4.无论是设计高参数的大容量机组，还是改善现有机组的运行水平，挖掘机组的节能潜力，都需要一种有效准确的节能理论进行指导，才能有的放矢地采取节能措施。而合理地确定优化的性能指标，正确地建立系统与生产过程的数学模型仍然需要加大研究。

四、热力系统节能技术措施

热力系统节能有多种途径可以实现。对于新设计机组，可通过优化设计，合理配套进行节能；而对于运行机组，可通过节能诊断，优化改造，监测能损，指导运行。

在电厂的发展中，曾先后采用回热和再热两种循环方式，使得循环效率大为提高。当前，可行的节能技术改造措施包括：

汽轮机通流部分实施技术改造。目前这种改造大体可以分为两类：一类是提高汽轮机内效率，达到降耗目的；另一类是降耗的同时提高汽轮机的出力。具体改造措施有更换气缸，将双列调节级改为单列调节级等。

采用新型密封技术改造锅炉空气预热器。空预器的漏风问题一直是影响锅炉燃烧，降低效率的威胁。通过采用新型密封技术，降低空预器漏风率，不仅减少排烟损失，降低飞灰含碳量，还可以节约厂用电，降低厂用电率。

锅炉制粉系统技术改造。通过改造磨煤机系统、密封系统，可以提高制粉效率，降低制粉单耗，从而降低煤耗。

电站循环冷却水余热再利用。通过凝汽器由循环冷却水带走的热量一般占输送总能量的15%以上，有的甚至高达25%以上，造成了能量的极大浪费。如果能采用余热利用技术把这部分能量利用起来，势必会对电厂效率提高产生明显的效果。

五、结语

目前，面临着能源资源逐渐匮乏和能源需求总量日益增大的双重挑战，节能降耗刻不容缓，尤其是能耗大户行业。电厂热力系统首当其冲，且与发达国家相比，我国的热力系统节能降耗还是有很大的潜力和空间可以充分挖掘。有理由相信，随着相关热力系统分析方法的逐步发展和完善，电厂热力系统节能降耗将会取得更长远的进步。

参考文献：

[1]闫水保、闫留保：《电厂热力系统节能分析原理及应用》[M].郑州：黄河水利出版社

[2]陆延昌、姜绍俊：《21世纪初期中国电力工业展望》[J].中国电力

[3]林万超：《火电厂热系统节能理论》[M]．西安：西安交通大学出版社

[4]张彦：《联合分析法-电厂热力系统分析法的研究》[D]. 北京：华北电力大学

[5]马芳礼：《电厂热力系统节能分析原理》[M]. 北京：水利电力出版社

[6]江浩、刘琦：《火力发电机组运行优化技术研究》[R].国电热工研究院