电厂热效率提升及节能措施的探讨

梅立迅

（南京南钢产业发展有限公司，江苏 南京 210032）

随着科学技术的进步，尽管发电方式已经多样化（如太阳能发电、水利发电、核能发电等），但现阶段火力发电依然在我国占主导地位。因此，电厂不仅需要利用现有的节能技术提高机组的热效率，同时也要根据自身的运行状况，因地制宜的展开研究与改造。

1 电厂节能降耗技术运用的意义

电厂通常利用煤炭等可燃物质作为燃料（某些大型钢铁企业的自备电厂可以利用富余的煤气作为燃料），其运作的基本原理就是燃料在锅炉内燃烧放热，通过加热循环水使之变成有一定温度和压力的过热蒸汽，推动汽轮机转动从而带动发电机进行发电。由于此过程中存在着不同类型的能量之间的转换，所以必然有能量损失的问题。因而，运用节能降耗技术，就是为了提高电厂运行过程中各个子系统的效率，力争在达到相同经济效益的前提下尽可能少的耗费能源。

2 电厂提高运行热效率的方式

2.1 锅炉系统的探讨

锅炉作为电厂重要的动力设备之一，是提高运行热效率的主战场。锅炉在运行过程中常常由于以下几个原因导致热效率提升有限：①燃料品质不佳。我国的火力发电厂燃料供应以原煤为主，其热值往往低于锅炉的设计热值，使得燃烧状况不佳；②平均负荷低。部分电厂出于经济效益的考虑，最初选择了容量较大的锅炉，而往往在实际运行过程中，锅炉的平均负荷处于较低的状态。③锅炉控制系统水平低。出于成本等因素的考虑，部分电厂的锅炉自动化水平偏低，缺少相关的监测手段。

为了提高锅炉的运行效率，电厂可以通过如下几种方式进行改进：

（1）保证锅炉给水质量。影响锅炉给水质量的两个重要因素是水自身的酸碱度和水中的含气量。锅炉水的酸碱度与水中的离子种类和数量有着紧密的联系，同时也直接影响着蒸汽的品质。如果蒸汽中杂质的含量过高，这些杂质则会聚集在过热器的管面上，容易形成污垢，对过热器的传热效果造成影响。因此，电厂应保证化学精处理设备可靠运行，控制给水含盐量，从而实现对蒸汽含盐量的控制。其次，电厂应定期对锅炉的结垢情况进行检测，及时、合理的开展锅炉的酸洗工作，避免出现管道大面积结垢情况的发生。

（2）降低排烟热损失。排烟热损失中最重要的影响因素是排烟温度。一般情况下，排烟温度每升高10℃，排烟损失就会提升0.5%～0.8%。锅炉的受热面积、是否漏风等因素，都会影响到排烟温度。例如，炉膛漏风系数每增加0.1，排烟温度就会升高3～8℃不等。因此，炉膛漏风作为锅炉最常见的问题，一定要进行严格的控制。除了锅炉漏风问题外，相关的热能回收装置的安装如低压省煤器等也同样是锅炉节能改造的重点。采用该类设备进行系统调整后，锅炉的效率可以得到一定程度的提高。

（3）减少低负荷运行时间。电厂在建设初期就应该做好锅炉容量的选择工作，这点对于某些大型钢铁企业的自备电厂来说尤为重要。钢铁企业的自备电厂的燃料通常为富余的高炉煤气、转炉煤气及焦炉煤气，因此煤气的供应状态（如供应总量、每种煤气的占比等）对锅炉的负荷有着很大的影响。尽管锅炉低负荷状态在现如今已经有了较为深入的研究，但却仍然无法摆脱热效率低下的命运。

（4）完善锅炉自动化控制系统。电厂锅炉的主要作用是提供合格稳定的蒸汽，其控制系统的优劣将直接影响到相关装置的稳定性。常规的锅炉自动控制系统应当包括给水液位控制回路、主蒸汽温度压力控制回路，炉膛负压引风控制回路，氧量送风控制回路、除氧器液位压力控制回路等。锅炉控制应当是全自动化操作，包括燃烧控制、安全监控、热工仪表自动化等，以尽量避免操作人员完全根据经验进行操作。随着时代的进步，人们对锅炉的智能控制要求越来越高，如遗传算法、人工智能、模糊控制等现代化技术得到广泛运用。

2.2 汽轮机系统的探讨

作为电厂动力系统的组成部分，汽轮机运行效率的提升一直是电厂节能降耗的关键所在。影响汽轮机效率的原因有很多，譬如主蒸汽的温度和压力、凝汽器的真空度、循环水的水质等。以某超临界600MW机组为例：在满负荷运行状态下，主蒸汽温度每降低5℃，煤耗增加0.55g/（kW·h）；主蒸汽压力每降低1.0MPa，煤耗增加0.25g/（kW·h）；真空每降低1kPa，煤耗增加2.21g/（kW·h），循环水温每降低1℃，煤耗降低0.59g/（kw·h）。

为了提高汽轮机组的运行效率，电厂可以通过如下几种方式进行改进：

2.2.1 保证凝汽器的真空度

保证凝汽器的真空度是汽轮机正常运作的关键所在。如下几个原因可能导致凝汽机真空度的降低：①真空系统管道泄漏。凝汽器系统内设备众多，如破真空阀等阀门关闭不严、排气阀门损坏；轴封安装过程中处理不当或设备运行过程由于震动而导致的缝隙过大造成泄漏等原因均会影响到凝汽器的真空度；②真空泵出力不足。水温、机械故障、喷嘴等都会影响到真空泵的出力。如果真空泵的抽吸能力较弱，凝气器中的空气和不凝气体则会遗留，破坏真空度；③凝汽器钢管冷却效能低下。凝汽器在真空情况下工作时内部钢管容易产生污垢，导致凝汽器阻力损失和管壁热阻增加，从而造成冷却效能低下。

为了提高凝汽器的真空度，可以通过如下几种方式解决：①增加检测仪表，对真空系统管道进行定期检查，防止出现由于管道腐蚀、设备老化等情况引起的泄漏；②增设真空泵，降低真空泵冷却水温度，从而提高真空泵的抽吸能力；③保证机组零件质量，减小在运行过程中出现焊点漏点、密封不严、缸体裂缝的概率；④改造循环水泵，采用流量大、精度高、表面光滑的新型叶轮，这样在提高水泵效率的同时可以增大水泵的循环水量。

2.2.2 控制主蒸汽温度及压力

在实际生产过程中，大型汽轮机组很难保证按照额定参数运行，而是采取变工况的运行状态，这就造成了主蒸汽温度、压力和凝汽器真空度的变化并引起各级焓降、反动度及轴向推力等参数的变化。正常情况下，主蒸汽压力升高时，流量也将增加，机组负荷将随之增大。但如果主蒸汽压力升高超出规定范围，则可能出现末级叶片过负载、蒸汽湿度增加引起的动叶片水滴冲刷、承压部件或紧固部件的内应力增大等情况，影响机组的安全及效率。相较于主蒸汽压力，主蒸汽温度的变化对汽轮机组的安全性和经济性的影响更大。主蒸汽温度的提高，主蒸汽在汽轮机内的总焓降、汽轮机相对的内效率和热力系统的循环效率都将有所提高。但对于高温高压机组，通常只允许主蒸汽温度比额定温度高5℃左右，超过规定范围，则会出现诸如受热金属的热变形和热膨胀加大，机组可能发生振动、金属材料的机械强度减弱，造成汽缸、汽阀、高压轴封部件等发生松动、调节级叶片发生过载等不利于机组安全运行的情况的发生。

2.2.3 增强汽轮机的运行管理

讨论汽轮机的启动、运行及停止状态对电厂的经济性有着很大的指导意义。在运行状态中（汽轮机大部分时间的运作状态），汽轮机可以采用“定—滑—定”的运行方式，即在极低负荷时为了保持锅炉的水循环工况和燃烧的稳定性而采用定压调节；在高负荷区域不采用喷嘴调节，用通过改变通流面积的方法以保持机组的高效率；在中间负荷地区，按照现实情况，通过给锅炉调节压力来增减负荷，以保证汽门的开关在滑压的运转状态。“定—滑—定”的运行模式适应负荷变化能力强，能满足机组一次调频的需要，此种方式也由于只有一个调节汽门未全开从而减少了节流损失。

3 电厂节能降耗需要注意的一些问题

电厂整体的热效率从数值上等于能量转换各过程热效率的连乘积。为了达到良好的节能降耗的效果，因此电厂不仅需要关注锅炉、汽轮机等主要动力系统，其余辅助设备系统也应同样得到重视，譬如：①管网的保温。蒸汽管道及各种用热设备都会通过周围空气散失热量，因此管道的管径选择应该尽量偏小，输送距离上要尽量缩短。另外，保温材料需要具备绝热性能好、导热系数低、吸湿性强等特点；②冷却塔提效。冷却塔作为重要的换热设施，其通风方式的不同、热水和空气的流动方向的不同，均会带来不同的换热效果。同时，冷却塔内部的腐蚀情况、是否存在漏点等问题，均应该引起重视并及时进行维修，必要时对冷却塔进行改造以保证合适的出水温度；③热电联产。在单纯的火力发电中，部分废热无法被有效利用而必须浪费掉，热电联产则较好的解决了废热再利用的问题。高品位的热能用来发电，热工转换后利用低品位的热能对外供热（如民用采暖）。由于热电联产中的蒸汽极大程度的减少了冷源损失，所以热效率可以提高到85%，比大型凝气式机组（热效率可达40%）还要高得多。

4 结语

我国煤炭等化石能源储量丰富，分布广泛，但我国人口众多，人均拥有量少，节能降耗问题一直是近些年来大家关注的重点。随着人们节能降耗意识的不断增强，耗能行业对化石能源的依赖将越来越小，能源的利用率将越来越高。电厂通过技术革新、管理优化等方式提高运行热效率，在响应节能降耗号召的同时也增强了电力企业的市场竞争力，更助推了相关科技的持续进步。