摘要：我国目前主要的发电形式之一为火力发电，且为了满足日益增长的用电需求，火电厂的规模也在不断扩大，装机容量以及机组参数也在不断增加。但是火电厂在消耗大量的煤炭或者其他燃料在进行电力生产的同时，也产生了大量的废气和废水，对环境造成不同程度的污染。因此对火电厂提出了节能减排的策略和要求，并且在加速对发电企业的结构调整。对于火电厂来说，就需要对其能源消耗和污染物排放的主要热动系统进行节能优化，降低机组运行能耗和浪费，减少污染物排放，提高火电厂的经济效益和社会效益。
关键词：火电厂；热动系统；节能优化
1火电厂热动系统节能减排重要性
目前针对火电厂具有高能耗和高污染的特点，国家出台了相关政策并督促相关部门加大对火电厂节能减排的检查和控制，因此，火电厂针对其内部能耗高且污染物排放量大的热动系统来说，进行针对性的节能减排优化成为目前火电厂进行节能减排优化的重要内容和环节。针对火电厂热动系统的运行原理进行相关的节能减排优化分析与设计，制定多种节能方案来提高节能效果，不仅响应国家对于节能减排的策略和号召，而且切实起到减少污染物排放，改善人们生活环境的重要作用。随着目前火电厂规模的扩大和机组参数的增加，不断有新设备和新技术应用于火电厂中来提高生产效率、增加电能供应量，要按照国家相关的节能减排要求作为目标，结合目前先进的节能减排优化技术，以火电厂中的热动系统为主要优化对象，对其运行方式进行创新和优化，在现代科学技术的支持下提升火电厂的经济效益和社会效益。对于传统的热动系统节能减排优化策略来说，主要是对目前先进的技术进行应用以及对先进的节能设备进行安装来实现对热动系统的优化和改造，通过对热动系统运行状态的实时监测实现对整个过程中热动系统运行消耗的跟踪，在实时监测数据的基础上对此系统的运行参数进行调节来实现运行的优化。
2火电厂热动系统的节能优化思路
针对目前火电厂的热动系统来说，所采用的节能减排技术具有系统性和前沿性的特点，目前火电厂热动系统中有着较强的可操作性，这主要是由于目前所采用的节能减排技术就是在原有的热动系统基础上进行新型节能装置的安装和使用，并且随之对热动系统的运行参数和控制方式进行相应的优化来实现节能减排的效果。而且根据目前对火电厂节能减排优化措施的实施过程以及效果的检测和统计可知，目前主要存在的问题就是对热动系统进行节能减排的认识不足，没有意识到其重要性，导致诸多热动系统的节能减排工作没有有效落实。此外还表现在热动系统的相关技术和管理人员的专业技能水平和理论水平较低，导致热动系统结构和热能发电机的连接形式出现不匹配的问题。加之目前火电厂相关工作人员缺乏对热动系统节能减排控制的重视，导致在对其进行运行监测和控制等操作过程中没有严格执行相关规范，操作流程也不够系统，导致其热动系统的运行与设计标准存在较大的差异。以上这些问题都阻碍着火电厂热动系统节能优化工作的开展，因此火电厂热动系统节能优化的主要思路就是针对上述问题进行解决，并且根据火电厂热动系统运行实际情况来选择合适的节能减排技术，提高相关工作人员的专业技能水平和综合素质。
3火电厂节能优化措施
3.1优化策略
电厂的热动系统大多采用母管制，在这种系统结构下锅炉系统通过总产汽量与汽轮机系统发生热力联系，前者主要由后者所需总蒸汽量决定。对于系统中的汽轮机系统进行节能优化，需要满足其供电、供汽的要求，从而有效分配汽轮机的负荷、管道和阀门流量，使得汽轮机的总蒸汽量需求控制在最小范围内。针对锅炉系统优化，在满足汽轮机所需蒸汽量的前提下，尽可能降低锅炉总燃料量，保证汽轮机和锅炉系统优化保持一致。
针对整个热动系统优化，应着眼于蒸汽母管优化，通过降低其压力损失、热量损失，保证锅炉、汽轮机的总产汽量和总蒸汽量接近，实现减少燃料使用量的节能目的。因此，热动系统优化应优化3个串联独立子系统，即主蒸汽母管、汽轮机系统、锅炉系统。
针对母管制热动系统，需要分别建立各子系统的优化模型，将3个子系统的模型综合考虑，在满足发电、供热需求前提下，将燃料消耗量降至最小。
3.2 主蒸汽管道节能优化
目标函数为min A=A△+A1+A2。其中，A表示总花费，A△表示管道压力、热力损失付出的代价，A1表示管线折旧和维修费用，A2表示保温材料折旧和维修费用。
管道损失代价可以通过式（1）得出。
式中t———管道年运行时间，a
P———管道年运行电价，元人民币/（kW·h）
△Ni———代表第i台汽轮机因为压力、热量损失造成的功率损失，kW
确定第i台汽轮机的损失功率△N，计算△P和温度变化△T后，可以得到初温压修正曲线的热蒸汽压力。为明确温度对汽轮机功率影响，公式表现为△Ni=Ne-Ne/KPKT。其中，Ne代表汽轮机额定功率，KP、KT分别代表初压、初温修正系数。将其代入式（1），可以求得A△。
管线的年折旧和维修费用为A1=2.45×104LDnC1D1。其中，L、Dn分别代表管线长度和内径，C1代表碳钢管线总价，D1代表管线折旧、维修费率。
保温材料的年折旧和维修费，可以由A2=π/4（E2-dw）C2D2L求出。其中，D和C2分别代表保温层外径、材料总价。
通过以上公式可知，主蒸汽管道在保持稳定压力、热力损失以及生产效率的前提下，合理安排设备、管道更换，可以在满足生产效率的同时，减少更换材料的浪费。
3.3 锅炉系统节能优化
电厂的生产离不开锅炉余热合理利用，在煤炭转换成电能的过程中，产生的高温会造成大量气体冒出，威胁空气质量和周边环境。针对这一情况，通过对锅炉系统安装余热处理装置，提高锅炉系统的操作效率。
例如，在锅炉尾部加入冷凝水循环装置，可以吸收和溶解生产过程中产生的烟气和有害物质；开发生产热量的二次用途，如余热发电、供暖等，进一步强化电厂的资源利用率。在一些电厂，充分利用锅炉系统的余热，在系统中加入特制节能器，最大限度减少烟气排出量、控制余热的吸收率，促进其在热动系统中循环。
此外，为了加强锅炉高温废水的利用，避免其降温处理、排放所耗费的能源，以及水离子造成的过度浓缩、提高的废水排污量。通过一些高温废水回收策略，减少水资源的浪费以及热量流失，提高水的利用效率。在锅炉系统加装排污扩容器，回收高温废水热量，将热水热量有效导引至热动系统中，排水末端加装冷却器，不仅有效利用废水热量，同时将冷却后的废水进入下一阶段的水循环，最大限度利用水资源。
锅炉排出的高温烟气，同样需要进行节能处理。传统电厂的生产方式是将高温烟气直接排出，这样不仅让烟气的热量流失，造成资源浪费，同时也对周边环境造成一定影响。在锅炉尾部安装低压省煤器，通过相应设置实现凝结水循环，将烟气热量在流失之前有效地吸收。在此基础上，利用特制节能器回收排出烟气的热量，经过设置好的程序，实现废气预热，再次输送到热循环中。
3.4 汽轮机系统节能优化
热动系统在高效运行过程会产生大量的高温蒸汽，通过将蒸汽输送到降温位置，通过喷水降温的操作，降低蒸汽温度有效控制蒸汽能量。但是这样使得蒸汽能量大量浪费，在生产过程为了达到相应的能量等级，还需要燃烧煤炭获得足够的高温蒸汽。针对这一问题，采用热量损失较小的手段，减少蒸汽能量损失。通过在汽轮机系统，安装特殊装置，将大蒸汽有效导引至汽轮机，使其运行，将高温、高能量的蒸汽转换为低能量的生产动力，大幅度降低能源浪费。
通过改变循环水泵的调节方式，同样可以减少汽轮机系统的资源浪费情况。大部分电厂采用的冷却水调节方法，主要通过启停循环水泵的台数，实现改变冷却水量的目的。采用一机两泵扩大单元制方式，即2台50%容量的水泵，冬季、夏季分别运行1台、2台。到了春、秋季，采用两机三泵的方式，即同时运行3台循环水泵，供2台机组运行。此外，还有一机三泵的运行方式，即3台循环水泵的容量为33%，在冬季仅运行1台水泵，春、秋季运行2台水泵，夏季同时运行3台水泵。具体采用哪种调节方式，以及实现节能优化的效果，需要电厂工作人员根据当前运行环境而定，随机性、盲目性较强。
利用变频调速手段，调节循环水泵的转速。近几年利用变频调速循环水泵的应用越来越多，改变电机的供电频率，可以根据生产和环保需要，提高电机的负载转速。这种调速方法具有精度高、调速平稳、无级变速的优点。水泵的流量、压力、功率与其转速成正比，通过降低循环水泵的转速，可以降低流量。减少生产过程中不必要的水资源输入，由此实现降低循环水泵运行功率和节省水资源。
结论
在全球资源紧缺和环境恶化不断加剧的形势下，对于具有高能耗和高污染的火电厂来说，需要针对其能耗和产生污染物的主要热动系统进行节能优化，其目的就是对资源进行充分利用并减少浪费和污染物排放，提高电能生产效率、降低能耗和生产成本来提高火电厂的经济效益与市场竞争力，促进火电厂节能减排目标的实现。
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论文作者:王杰
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
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