熱電廠提高熱能與動力工程操作技能的方法
【摘 要】熱電廠作為聯(lián)合生產電能和熱能的發(fā)電廠，其供熱系統(tǒng)是以利于汽輪機同時生產電能和熱能的熱電合供系統(tǒng)作為熱源。如何通過改善熱點廠的熱能與動力性，以綜合提高熱點廠運行效率與運行水平，一直是近年來電力部門所關注的重要課題。本文結合實際工作經驗，著重就熱電廠提高熱能與動力工程操作技能的方法進行了探討與研究。
【關鍵詞】熱電廠,熱能,動力工程,提高
然而長期以來，我國電力工業(yè)基礎薄弱，電力生產技術相對落后，并伴隨有生產中能源損耗量大，環(huán)境污染日益嚴重等方面問題。在我國大力提倡節(jié)約型社會的時代背景下，如何有效提高能源的利用效率，以成為了促進我國經濟社會可持續(xù)化和健康化發(fā)展的重要課題。因此，以熱電廠為代表的電力工業(yè)，應當不斷提高其熱能經濟性與動力性，以此促進熱電廠運行效率的進一步優(yōu)化和能源利用效率的提升。
一、改善熱電廠的熱負荷特性
(一)選擇合適的重熱系數
重熱現(xiàn)象是指熱電廠多級汽輪機內上一級損失的部分熱能，在以后各級中還能繼續(xù)利用，這種現(xiàn)象即被稱為重熱現(xiàn)象。由于重熱現(xiàn)象的存在，汽輪機全機的相對內效率會高于各級平均的相對內效率。
但是實際生產中，并非重熱系數選值越大越好。當重熱系數值α過大時，整機的內效率反而會降低。通常而言，多級汽輪機的重熱系數取值為0.03～0.08之間，其具體取值與以下因素有關：
1.與汽輪機的級數多數相關。當汽輪機的級數越多時，則前級的損失在后面級中被回收的程度也就越大，所以重熱系數α的取值也越大。
2.與汽輪機各級的內效率相關。如果汽輪機各級效率為100%時，即使沒有損失發(fā)生，重熱系數仍然為0。因此當級效率越低時，重熱系數α的取值也越大。
3.與工作蒸汽的狀態(tài)相關。通常而言，過熱蒸汽區(qū)的重熱系數會比飽和區(qū)大，這是由于過熱蒸汽區(qū)中等壓線向熵增方向的擴散速度比飽和區(qū)大的緣故。
在實際生產中，我們可采用下列經驗公式，來選擇適宜的重熱系數α：
在方程式中，Z為汽輪機級數，η為汽輪機內效率，H為汽輪機的理想焓降。K為蒸汽狀態(tài)的修正系數，當汽輪機各級均在過熱區(qū)工作時，K=0.2;各級全在飽和區(qū)工作時，K=0.12;部分在過熱區(qū)，部分在飽和區(qū)工作時，K=0.14～0.18。
(二)提高蒸汽初參數
熱電廠的綜合熱效率，會隨著主蒸汽壓力和溫度的上升而提高，也可以說，熱電廠汽輪機的熱能與動力工程性能是隨著耐高溫金屬材料的水平而提高的。當熱電廠機組采用初壓為16～24.5MPa，初溫為535～565℃的主蒸汽參數后，其綜合熱效率可達到40%以上。
因此，為了提升熱能與動力性能，其中一個重要措施就是提高蒸汽的初參數，因此選擇耐高溫、高壓的汽輪機組將是未來熱電廠發(fā)展的主要方向之一。
(三)降低蒸汽損失
蒸汽在熱電廠汽輪機內由熱能轉換為機械功的過程中，存在著各種損失，使蒸汽的可用熱能無法完全被轉換為機械功。在理想狀況下，蒸汽的膨脹過程應當是絕熱的等熵過程，熱焓降應為h0。然而在實際生產中，熱電廠蒸汽的膨脹過程并非是絕熱過程，總是伴隨著能力的損失，因此蒸汽在汽輪機內的實際熱焓降h1總是小于h0。蒸汽在汽輪機中的損失，主要有以下幾種：
1.節(jié)流損失。由鍋爐傳遞來的新蒸汽，在經過主汽門和調節(jié)汽門時，會受到閥門的節(jié)流作用，使得蒸汽的壓力降低，蒸汽的可用焓值會減少，從而降低了蒸汽在汽輪機內的做功能力，這種損失通常被稱為節(jié)流損失。對于節(jié)流損失，通常采用將節(jié)流調節(jié)閥開大的方式，一方面可以加大蒸汽的流量，另一方面也減少了節(jié)流損失。
2.濕氣損失。熱電廠中的凝汽式汽輪機，其排汽壓力通常較低，汽輪機在飽和蒸汽區(qū)內工作時，因蒸汽濕度較大，常伴隨有水滴出現(xiàn)。這些水滴會隨著蒸汽一起流動，不但不會做功，反而會大量消耗能量，增加了汽輪機的軸向推力。因此，為降低濕氣損失，通常在熱電廠凝汽式汽輪機的末幾級上，都采用去濕措施，如在隔板外緣上開去濕槽，在噴嘴靜葉片的背弧開吸水縫等，從而使水滴能通過空心的靜葉片排入到凝汽器內。
(四)選擇合適的進汽調節(jié)方式
熱電廠汽輪機的進汽調節(jié)方式主要有節(jié)流調節(jié)、噴嘴調節(jié)和旁通調節(jié)這三種，應根據熱電廠的實際生產情況，選擇合適的進汽調節(jié)方式，其提高機組的熱經濟性。
1.節(jié)流調節(jié)。節(jié)流調節(jié)最大優(yōu)點是結構簡單，且當汽輪機組滿負荷運行時，其節(jié)流損失較小，而機組的內效率較高。但是當機組在低負荷工況運行時，由于節(jié)流損失的影響，必然會導致機組內效率的顯著下降，并影響到熱電廠的經濟性。因此，節(jié)流條件主要用于小功率機組中。
2.噴嘴調節(jié)。噴嘴調節(jié)的主要優(yōu)點是可有效克服節(jié)流調節(jié)在部分負荷時，機組內效率降低的缺點，其在低負荷運行時比節(jié)流調節(jié)的損失小，經濟性好。缺點主要是其安裝、檢修和調整的過程較為復雜，當實施變工況運行時，負荷的變動整度不能太快。
3.旁通調節(jié)。旁通調節(jié)并非一種獨立的調節(jié)方法，而是針對以上兩種調節(jié)方式的輔助方法。對于熱電廠部分汽輪機組在超出負荷工況運行時，不能僅僅通過繼續(xù)開大汽閥來實現(xiàn)，而應當將新蒸汽繞過汽輪機的前幾級，并旁通到中間級去做功，這樣能更有效的增加機組的內效率。
二、改善熱電廠供熱機組的形式
(一)采用聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)提高效率
為了減少傳熱溫差損失，提高循環(huán)上限溫度，隨著我國高溫金屬材料的開發(fā)以及汽輪機組效率的提升，采用燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，可將燃汽輪機排出的溫度較高的廢熱，用以加熱蒸汽循環(huán)，有利于提升熱電廠的綜合效率與熱能經濟性。近年來，世界各發(fā)達國家中，新增加的發(fā)電裝機有50%以上均采用的燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的方式。燃氣/蒸汽聯(lián)合循環(huán)的主要特點有： 1.提高熱經濟性。只要汽輪機與燃氣輪機的容量匹配，并蒸汽選擇各項參數和熱力系統(tǒng)，熱電廠的綜合熱效率可提高到45%以上。
2.減輕環(huán)境的污染。由于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)是利用了燃氣輪機的廢熱，因此蒸汽鍋爐中有害氣體的排放量會得到極大的降低。
(二)提高機組的運行水平
隨著現(xiàn)代化熱電廠中機組容量的逐步增加，其參數提高必然會導致機組零部件的增多、機組尺寸和熱應力也會相應出現(xiàn)變化。因此，也相應增加了事故因素，使機組運行的安全性和動力可靠性降低。為了提升熱電廠機組運行、維護和檢修水平，以增加機組動力可靠性與安全性，應使用現(xiàn)代化的實時監(jiān)測設備和電子系統(tǒng)。同時，為了確保機組運行的經濟性，還應當采用各種最優(yōu)化的運行方式，例如推廣在低負荷范圍內的變壓運行，采用滑參數啟停的運行方式等等，以綜合性提高熱電廠機組的運行水平。
三、改善熱電廠機組連接電網的特性
對熱電廠機組連接電網特性的改善，主要通過適當的調頻選擇來加以實現(xiàn)，包括了一次調頻和二次調頻。
(一)一次調頻
當熱電廠機組在電網中并列運行時，如果外界負荷出現(xiàn)變化，將導致電網的頻率也會發(fā)生改變，從而引起電網中各機組均自動的按照其靜態(tài)特性承擔一定的負荷變化，以減少電網頻率改變的過程，即被稱為一次調頻。
(二)二次調頻
由于一次調頻只能夠緩和電網頻率改變的程度，并不能維持電網頻率不發(fā)生改變，這就需要再利用同步器增加或減少部分機組的功率，來恢復電網頻率的正常，這一過程就被稱為二級調頻，只有通過二次調頻后，才能精確的使電網的頻率能保持在一個恒定值。通常情況下，二次調頻主要包括了自動調頻和手動調頻這兩種形式，其中因自動調頻的準確可靠、方便快捷等優(yōu)勢在當前熱電廠中得到了普遍應用和推廣。在熱點廠的實際生產中，選擇合適的調頻方式，對改善熱電廠機組連接電網的特性以及提高自身運行水平都有著重要的影響。
四、總結
在對熱電廠機組和整體運行水平的優(yōu)化過程中，應結合實際生產和機組的運行現(xiàn)狀，從運行角度出發(fā)，通過對熱負荷特性、供熱機組形式以及機組連接電網特性的優(yōu)化與改善，以實現(xiàn)提高熱電廠熱能經濟性與動力性能的目的。在實際生產中，熱電廠節(jié)能增效的措施還有很多，這就需要我國相關人員在實際生產中不斷摸索總結，以進一步提高熱能和動力工程的利用效率，推動我國熱電事業(yè)向著可持續(xù)化和健康化發(fā)展的軌道不斷前進。
