火电厂热力系统优化与节能改造分析

吴啸川

（国网综合能源服务集团有限公司，北京 100052）

0 引言

节能环保是当前我国各个行业发展需要遵循的重点原则之一。目前火力发电仍是我国发电的主要形式，而火电厂的热力系统在实际运行过程中，不仅会消耗大量的能源，还会对环境造成一定程度的污染。从节能环保的角度出发，对火电厂热力系统的优化和节能改造措施进行分析，能够为提高当前我国火电厂热力系统的运行效率、节约资源能源提供一定的改造和发展思路。

1 火电厂热力系统优化与节能思路

1.1 节能诊断，优化改造

节能环保是当前火电厂运行发展的主要趋势之一，而热力系统作为火电厂的重要组成部分，必然需要接受改良优化，才能够更好地为火电厂的发展提供助力。科技的不断发展，为热力系统的节能改造提供了必要的技术支持。在对火电厂的热力系统进行改造时，首先需要遵循节能诊断、优化改造的思路。热力系统的节能改造需要建立在热力系统运行原理和理论知识研究的基础上，通过对热力系统运行过程中存在的缺陷以及能损分布状况来分析热力系统的使用价值，从而结合系统运行的缺陷来制定有针对性的优化方案，最终实现优化改造的主要目标[1]。

1.2 实时检测，指导运行

实时检测以及指导运行是建立在自动化和智能化这两种发展趋势的基础上的。以促进火电厂热力系统的实时检测为主要目标，在热力系统的运行中融入电子检测系统，通过实时检测热力系统运行情况，及时发现热力系统运行中存在的问题，依据检测到的结果对热力系统运行中产生能损的原因进行分析，从而制定出有针对性的解决方案[2]。而依据解决方案，相关人员还能够为热力系统的操作和维护保养技术提供一定的技术指导，从而提高整个热力系统的运行效率，保障火电厂供电机组的安全运行。

1.3 优化设计，合理配套

在对火电厂的热力系统进行优化的过程中，需要能够符合热力系统的节能理论，在掌握热力系统运行过程中各项参数的变化情况以及各个部分组件的连接方式之后，对热力系统的优化设计方案进行定量分析（图1）。依据定量分析的结果，对现有的热力系统进行局部的优化和调整[3]。在这个调整系统的过程中，需要以合理配套为主要目标，使优化改造后的热力系统能够在运行过程中保持最佳的运行状态，从而更好地发挥热力系统在火电厂运行发展中的作用。

图1 热力系统

2 火电厂热力系统优化与节能改造应用的技术分析

对火电厂热力系统进行优化和节能改造，是当前环境保护以及电力市场对火电厂提出的具体要求。火力发电作为一种主要的供电方式，其效率关系着当前我国电力市场的运行情况，对于我国电力行业的发展也会产生一定的影响。在这种情况下，要想更好地满足火电厂的发展需求，就需要结合更先进的科学技术，对热力系统进行优化和节能改造[4]。在对火电厂热力系统优化和节能改造应用的技术进行分析时，主要可以从以下4个方面入手。

2.1 锅炉排烟余热回收技术

锅炉是火电厂供电的重要组成部分，在火电厂的实际工作过程中，锅炉排烟口的排烟温度需要维持在150~160℃。虽然这个过程产生了大量热能，但这些热能却没有得到充分利用，对锅炉造成一定的热损失。基于这种情况，在优化和节能改造火电厂热力系统的过程中，需要从锅炉产生的热能角度入手，应用锅炉排烟余热回收技术，将锅炉产生的热能转化为其他可供火电厂应用的能源（图2）。

图2 锅炉排烟余热回收系统

锅炉排烟余热回收技术主要是建立在余热利用手段这一原理基础上的，基于火电厂运行过程中锅炉的实际使用情况，将在热力系统运行中锅炉排烟口产生的热能与热力系统连接起来。这样做的最主要原因是热力系统中的汽轮机能够满足热能转化的需求，将二者连接起来，能够借助汽轮机这种带有烟气余热回收性质的装置，将锅炉排烟口产生的热能转化为电能，从而提高排烟余热利用率。而在应用这种方法的过程中，仅仅将汽轮机和锅炉排烟热量连接起来还无法达到理想的效果。在实际应用这种改造技术的过程中，还需要借助一种汽—水换热装置——低压省煤器来满足实际的优化和节能改造需求。将低压省煤器安装到锅炉排烟口的尾端，借助低压凝结水的原理来发挥作用。但需要注意的是，低压省煤器本身与热力系统的连接有串联和并联两种形式，因而在实际应用中需要结合具体的情况来选择连接的方式。

锅炉排烟余热回收技术的应用主要包括以下几个步骤：在运行过程中，低压省煤器能够将通过低压加热装置送进来的低压凝水与锅炉排烟产生的热量进行交换。当省煤器中的温度达到最大标准之后，就能够将转化后的烟气及时排出，并注入新的低压凝水。而在实际应用中发现，应用串联方式的低压省煤器在运行中往往能够达到更好的节能效果。这主要是因为在串联的状态下，流经加热装置的水量更大，能够在保持较高的热负荷和锅炉排烟冷却度的条件下，大幅提高热能转化为电能的效率，从而达到节能的目的。与此同时，低压省煤器在实际应用中能够通过锅炉排烟冷却度、省煤器热经济效益以及避免腐蚀或堵灰三种情况来确定一个最佳引水位置，从而更好地满足整个热能转化过程的引水需要。因此，这种优化和节能改造技术在实际应用中取得了明显的应用效果，对于提升锅炉排烟余热的利用率起到了重要的作用。

2.2 汽轮机排汽优化技术

在越来越多大容量、高参数的火电机组被应用到火电厂运行的前提下，热力系统的优化已经成为火电机组优化改造的一个重点内容。汽轮机排汽优化技术的应用，能够有效提高火电机组整体的运行效率。汽轮机排汽优化技术主要是基于热力平衡原理实现作用的，在汽轮机的排汽管末端增加一台混合式的冷却器，让冷却器的出口与轴封加热器连接起来，以凝结水来吸收汽轮机排汽余热，在降低冷源损失的同时，也能够升高凝结水温，从而更有效地提高火电机组热循环的效率。

2.3 供热蒸汽过热度的回收使用技术

供热蒸汽过热度的回收使用技术也是一种有效的热力系统优化和节能改造技术。除了供电之外，供热蒸汽也是火电厂的主营业务之一。工业供气量超标和供气过热度较高，是发电过程中经常会面临的问题。工业热用户是火电厂供热蒸汽的主要对象，为了能够满足工业热用户对于饱和蒸汽的使用需求，火电厂在实际运行过程中通常需要采用喷水的形式来将一些超标的过热蒸汽进行降温处理，再提供给工业热用户使用。而在这个过程中不可避免会损失掉大量的热能，因此，为了能够提高供热蒸汽过程中损失热能的利用率，就可以应用供热蒸汽过热度的回收使用技术。

具体来说，供热蒸汽过热度的回收使用技术主要是指借助汽—水换热装置来吸收过热蒸汽产生的富裕热能，并将这些富裕热能重新加入热力循环的一种技术方法。在将热能加入热力循环之后，借助热力循环来抽取换热装置内的空气，从而驱动汽轮机做功，让富裕热能能够在汽轮机做功的状态进行转换（图3）。在实际应用这种优化节能改造技术时，能够有效降低约1%的平均耗煤量，具有明显的节能效果。而在应用供热蒸汽过热度的回收使用技术的基础上，如果火电厂的供电机组是中间再热式的，其节能的实际效果能够进一步提升，具有更好的实用价值。

图3 余热回收方案

2.4 除氧器排气与锅炉排污水余热回收使用技术

除氧器排气与锅炉排污水余热回收使用技术也能够满足火电厂热力系统优化和节能改造的需求。从除氧器排气的角度来看，除氧器本身是热力系统运行的重要组成部分，要想优化热力系统，首先需要考虑到除氧器本身是否能够发挥更大的功效。但考虑到如果向除氧器中加入蒸汽会改变温度和压力，从而导致热能的损耗情况，因而需要在向除氧器中加入适量蒸汽的前提下，对除氧器进行余热回收。余热冷却器是除氧器余热回收中最为常见的一种节能装置，在实际应用中能够依据化学补充水来实现吸收热能和节能的目标（图4）。

图4 除氧器排气余热回收系统

而从锅炉排污水余热回收的角度来看，排污是锅炉运行过程中必须要进行的一个步骤。但如果锅炉长期处于连续排污的状态下，很容易导致大量热能的浪费。在这种情况下，可以应用余热回收技术来满足优化和节能改造的要求。具体来说，锅炉排污水余热回收技术主要是通过排污扩容系统来实现的。在火电厂热力系统中增添扩容系统，由于扩容系统具有扩容蒸发的功能，应用扩容系统能够将排污热水进行扩容蒸发转化为水蒸气，从而满足部分工质吸收使用的需要。但在应用这种技术的过程中需要注意一个问题，即经过蒸发扩容后的污水温度较高，为了能够满足热能转化的要求，需要在热力系统中再增加一个排污水冷却系统，用以对排污水进行热能吸收。这样不仅能够最大限度将热能转化为可供应用的能源和工业需要，还能够对促进热力系统的正常运行起到重要的作用。而在这个过程中，充分利用热力系统运行中产生的热能，提高废热资源的利用率，能够减少火电厂热力系统在运行过程中的热能消耗，也能够有效提高整个火电厂系统运行所产生的经济效益，从而促进火电厂的进一步发展。

3 结语

综上所述，热力系统的优化和节能改造，对提高热力系统的运行效率和火电厂经济效益具有重要的作用。结合当前市场对于电能的大量需求，火电厂作为当前一种主要的发电方式，需要重视以节能环保为主的节能优化和改造问题。本文通过采取一些节能优化的技术，为火电厂热力系统的优化和节能改造提供借鉴的经验，从而为促进火电厂的发展做出贡献。