摘要：近几年来，随着人口爆增，为了满足人类供暖、供热、用电、出行等最基本的生活需求，大规模的燃料、燃油被开采并应用到工业生产中，由此排放的废水、废气既污染了我们的大气环境，导致全球温室效应不断加剧，也使地表水和地下水受到大面积污染，严重影响我们人类的饮用水安全。作为我国能源消耗主产业之一的火电厂所造成的资源浪费和环境污染已成公众关注的焦点。火电厂运行的关键部分是热动系统，为维持正常发电运转，要消耗和浪费大量资源。因此，通过分析火电厂热动系统的工作原理，从而提出热动系统的节能优化举措，是配合环境治理，实现节能减排的最根本路径。
关键词：火力发电厂；热动系统；节能优化；必要性；优化思路；优化举措
我国地大物博，人口众多，尤其是改革开放三十多年来，国民经济实现了飞速发展，与社会经济生活密切相关的各行各业都需要消耗大量的电能。受历史、现实和地理、区域等方面的影响，火力发电仍是我国最主要的发电方式。热动系统是火电厂运行的最核心组件和动力源泉，要维持热动系统的正常运行，将热能转换成电能，就需要耗费掉大量的燃煤以保障火力发电厂的高效运转，这既浪费掉大量的矿产资源，产生的尾气和废水等还污染了环境。如何通过技术革新和科学管理，优化运行方式，提高火电厂的生产工艺水平，从而降低能耗，避免能源和资源的过度浪费，实现达到节能减排，提高运行效率与经济效益的目的。
1火电厂热动系统节能优化的必要性
火电厂发电是我国目前主要的发电方式，但是我国火电厂工艺系统的系统结构在世界范围内还处于二三流的水平，较之于西方发达国家，我国的火电厂生产技术水平还存在非常大的差异性。此外部分环保水平以及环保意识比较落后的火电厂对于周边环境、群众的生命健康也会造成严重的影响。通过对热动系统进行节能优化改造，能够促使煤炭得到有效的燃烧利用，对煤炭燃烧后产生的尾气进行有效的回收和利用，借此缓解火电厂在生产过程中对于大气、土地以及周围生态系统所造成的污染。
2火电厂热动系统的节能优化思路
当前，我国火力发电厂的热动系统主要运行机械是燃气轮机。这是一种旋转叶轮式热力发动机，电厂用液体和气体燃料通过燃气轮机转变为机械能，然后带动发电机发电。具体的工作原理是利用燃料燃烧产生的连续流动的气体为工质驱动叶轮高速旋转，从而将热能转变为驱动内燃式动力机械运动的动能。燃气轮机的绝热压缩、等压加热、绝热膨胀和等压放热等四个过程分别在压气室、燃烧室、燃气涡轮和回热器或大气中完成。大型燃气轮机的压气机为多级轴流式，中小型的为离心式。燃气涡轮一般为轴流式，在小型机组中有用向心式的。目前，燃气轮机组单机容量小的约为10~20kW，最大的已达140MW，热效率30%~34%，最高达38%。当前，燃气轮机发电方式主要有折叠简单循环发电、折叠前置循环热电联产或发电、折叠联合循环发电或热电联产、整体化循环、折叠核燃联合循环、折叠、燃机辅助循环、折叠燃气烟气联合循环、折叠燃气热泵联合循环、燃料电池燃气轮机联合循环。无论哪种循环方式，都要消耗燃煤、燃油、天然气等能源。在我国，受技术和资源方面的限制，基本上以烧煤的火电厂居多。这就要求在制定热动系统的节能优化方案时，要对热动系统运行所产生的实时数据进行全面、综合、客观地分析，将电厂热动系统运转的短板找出来，研究出能弥补这一短板的更为科学的节能减排方案。
3火电厂节能优化措施
3.1汽轮机通流部分改造技术
采用先进的汽轮机三维流场设计技术，结合四维精确设计，对汽轮机通流部分及汽封系统进行优化，从而提高缸效率，降低机组热耗率。由于当时设计、制造水平等因素限制，国内300～600MW机组其性能指标比目前国外同类型机组供电煤耗高出20～30g/kWh。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆针对这些机组采用现代汽轮机设计和制造先进技术，对汽机通流进行改造，改造主要包含几点内容：第一，高中压缸以及低压缸通流整体设计优化。第二，高压缸调节级，采用子午面收缩静叶栅；压力级隔板静叶，采用新型优化高效静叶叶型。第三，中、低压缸隔板静叶，全部采用弯扭静叶片。第四，采用新型动叶叶型，改善速度分布，减少动叶损失。第五，增加各级动叶顶部汽封齿数，减少漏汽损失。
3.2汽轮机汽封改造技术
在传统的设计汽机汽封结构中，还存在有结构不合理、间隙过大等问题，对于汽轮机的运行效率也造成了比较大的影响，这也就需要对现有的汽轮机汽封技术进行改造优化，以提升机组的运行效率。1）在对投运汽轮机汽封设计问题进行解决时，需要结合叶片叶顶汽封、高中压缸汽封环结构和变形、磨损情况，对结果技术对比分析，采用弹性可调汽封、蜂窝式汽封等技术对汽机汽封进行改造，以提高汽机热效率。2）对于弹性可调汽封技术，例如布莱登汽封，其特点是采用合理的弹簧设计、可靠的材料特性以及良好的加工工艺，解决了传统汽封存在的机组开、停机过程中转子过临界时振动过大而造成汽封碰摩等问题。3）蜂窝汽封的技术特点是在于将传统汽封低齿车削，由蜂窝状汽封取代。与传统汽封相比，由于齿数量相对增加很多，从而密封效果大大提高。在电力行业，蜂窝汽封主要安装在汽轮机低压缸的末级叶片的顶部密封上，不仅可以提高效率，而且用蜂窝的网孔可以吸附水滴，从而有效除湿、保护叶片。
3.3锅炉空预器柔性接触式密封改造技术
在早期生产的回转式空预器之中，一般选用较大间隙的硬密封，漏风量多是在8%~16%这一范围内。柔性接触式密封改造技术采用的是迷宫密封原理，能够对运动部件以及静止部件的间隙起到良好的覆盖效果。此外在这一新型密封结构中还有着良好的弹性跟柔性，并能够结合不同负荷密封间隙改变的情况进行变形量的控制，借此来获得全方位的密封效果。将空预器在各个方向的漏风降到最低，能够很好地保障其密封效果，而且全新的密封结构还有着非常高的灵活性，在各种结构上的回转式空预器中也能够获得良好的应用效果。柔性接触式密封系统主要选用的是工厂化生产模式，单个密封元件均是在车间进行组装，能够降低原有转子平行度以及椭圆度等，还能够对现场安装的工艺程序起到一定的简化效果，具备有工期短、效果好的应用优势。
3.4增加高加外置蒸冷器改造技术
在省煤器入口增设一个蒸汽冷却器，用三段抽汽先加热进入省煤器入口的高压给水，然后蒸汽再进入3号高加继续加热给水，最终提高进入锅炉的给水温度，提高机组热效率。通过改造，汽机热耗可减少约15J/kWh，单台机组标煤耗能减少约0.5g/kWh，初投资增加不到200万元，回收期不到1.5a。
3.5一次风冷却器节能回热系统改造技术
一次风冷却器采用凝结水作为冷却介质，加热后的热水回注到除氧器，从而可以排挤部分汽轮机的加热抽汽量，从而在燃煤量不变的情况下，机组多发电，降低机组的供电煤耗。国内首次提出通过加装换热器来调节磨煤机入口风温，避免或减少了冷、热风的直接掺混这种熵增过程，达到节能降耗的目的。对应不同的煤种及运行情况，其节能潜力在1.2～2.0g/kWh。
结束语：
总之，基于我国资源紧张和生态环境日益恶化的严峻现实，要下力气改造和优化火电厂的热动系统，科学合理地利用资源，避免不必要的浪费和污染减排放，让企业实现经济效益的同时，人们的生存环境得到保护，能源和资源得到节约，这才是企业可持续发展的资本和必由之路。
参考文献：
[1]李雨朋.火电厂热动系统节能优化思路与举措[J].现代工业经济和信息化，2018，8（15）：44-45.
[2]毕锋石，张伟.火电厂热动系统节能优化思路与举措探究[J].科技经济导刊，2017（29）：79-80.
论文作者:马殿军
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：火电厂论文; 系统论文; 汽轮机论文; 节能论文; 燃气轮机论文; 机组论文; 技术论文; 《电力设备》2018年第34期论文;