电厂热动系统节能减排优化措施研究

引言

火力发电约占我国总发电量的 70% 左右，在我国电力结构中仍占据主导地位，热力系统作为火电厂能量转换的重要环节，其性能优劣直接决定了全厂的热经济性与排放水平。但由于设备老化、运行方式偏离最优工况、系统匹配不佳、辅助能耗偏高等诸多因素，系统存在能量损失等问题，这些极大的制约了电厂整体能源利用效率的提升空间。因此针对电厂热动系统开展深入、系统性的节能减排优化研究，以最大限度挖掘其节能潜力、降低污染物排放。

1 电厂热动系统能耗组成

电厂的热动系统能耗是影响其能源消耗和环境排放的关键因素。这能耗主要由燃料燃烧能耗、热损失能耗和设备运行能耗构成。其中，燃料燃烧能耗占据着主要比重，因为燃烧过程直接与发电产生的热能和动力相关。然而，燃烧并不完全高效，存在一定的能量损失，这便构成了热损失能耗的一部分。另一方面，设备运行能耗则包括了用于设备运转、维护和控制的电能，这也对系统的整体效率产生影响。因此，在改善这些能耗来源方面采取措施，将会为系统的能效提升和环境保护贡献重要作用。

2 电厂能源消耗现状分析

2.1 锅炉燃料消耗

电厂在生产过程中，锅炉燃料消耗是主要的能耗环节。燃料在锅炉内燃烧释放热量，加热锅炉内的水，生成高温高压蒸汽。然而，由于燃料特性、锅炉设计、运行工况等因素的影响，锅炉燃料的利用效率普遍不高。大量的化石燃料在燃烧过程中未能充分释放热量，导致锅炉热效率低下。同时，燃料燃烧不完全产生的烟气携带大量未利用的热量排放到大气中，造成能源浪费。

2.2 汽轮机效率损失

汽轮机是火电厂将锅炉产生的热能转换为机械能的关键设备。高温高压蒸汽在汽轮机内膨胀做功，推动汽轮机叶片旋转，带动发电机发电。然而，汽轮机在运行过程中存在各种效率损失。蒸汽在流经汽轮机叶片时，存在流动损失和泄漏损失，导致有效功转化率下降。汽轮机叶片表面的粗糙度、间隙、润滑状况等因素也影响汽轮机的效率[1]。此外，汽轮机排汽温度过高，未能充分利用蒸汽的热量，造成能量损失。

2.3 辅机电能消耗

电厂除了主机外，还有大量的辅助设备，如水泵、风机、冷却塔等，这些设备的运行需要消耗大量的电能。辅机电能消耗在火电厂总能耗中占据相当大的比例。许多辅机设备运行效率低下，能源利用率不高。过大的设计裕量、不合理的运行方式、设备老化等因素，都会导致辅机电能消耗增加。此外，辅机管路布置不合理、水泵选型不当、风机运行不经济等问题，也加剧了辅机系统的能量损失。

3 热动系统优化措施

3.1 燃烧优化技术

燃烧优化技术是火力发电厂节能减排的关键措施之一，通过精细调控燃烧过程，实现能源的高效利用和污染物的最小排放。燃烧优化技术涉及燃料的选择和预处理，不同类型的燃料在燃烧过程中的反应性和特性有所差异，因此选用适合的燃料，或对燃料进行预处理，能够使燃烧更加充分，提高热能转化效率，减少未燃烧残留物，从而降低能源的浪费。其次，精确控制燃烧过程中的参数是关键。通过先进的燃烧器设计和自动控制系统，实现燃料和氧气的均匀混合，避免局部过剩氧或缺氧，从而最大限度地提高燃烧效率，减少燃料消耗和有害气体的生成。进一步，燃烧优化技术可以通过在线监测系统实时获取关键参数数据，并利用数据分析和反馈控制，调整燃烧过程。这种实时的反馈机制能够快速响应燃烧状态的变化，确保燃烧效率始终在最佳状态，避免不必要的能源浪费。最后，燃烧优化技术不仅能够提升能源利用效率，还能减少污染物的排放。通过优化燃烧过程，可以降低燃烧产生的氮氧化物（ ΔNOx ）和颗粒物等污染物的生成，对大气

环境产生的负面影响有所减轻。

3.2 汽轮机系统节能技术

汽轮机系统的节能技术主要体现在提高内效和减少各种损失。叶片优化设计是提高汽轮机内效的关键。采用三维气动设计方法，优化叶片形状和排布，减少气流损失，提高叶片级效率。可变进口导叶技术通过调节进口导叶开度，适应不同工况下的蒸汽流量，维持高效工作状态。在密封和漏气控制方面，优化叶顶和叶根间隙，减少蒸汽泄漏损失。采用先进的密封技术，如迷宫密封、刷式密封等，进一步降低泄漏量。再热和回热技术的应用，可以提高蒸汽参数，减少汽轮机排汽损失。高温高压再热蒸汽经过再热器加热后重新进入汽轮机，提高了蒸汽的利用效率。回热器利用汽轮机排汽余热加热给水，减少了凝汽器的热负荷，提高了循环效率。

3.3 余热回收利用

余热回收利用作为火力发电厂节能减排的重要手段之一，充分利用烟气中的高温余热，将其转化为有用能源，具有显著的经济和环境效益。在火力发电厂运行过程中，大量的热能以烟气的形式排放到大气中，造成能源的浪费和环境的污染。余热回收技术旨在将这些高温烟气中的热能捕捉和回收，然后再利用于发电厂内部的其他工艺过程，如热水供应、锅炉给水预热、发电辅助设备加热等。余热回收的关键在于烟气和工艺介质之间的热交换。通过设立热交换器，将烟气的热能传递给需要加热的介质，实现能量的传递和转化。这样不仅能够减少烟气的排放温度，降低环境影响，还能够提高内部工艺的能源效率，降低额外的燃料消耗。余热回收利用技术的应用范围广泛。在火力发电厂中，可将余热用于发电过程中的再热、预热等环节，提高蒸汽的温度和压力，从而提高发电效率。此外，余热还可以用于锅炉给水的预热，减少热量损失，提高锅炉的热效率。甚至在一些情况下，余热回收还能为周边社区供热，实现资源的共享与最大化利用。

3.4 辅机智能化运维管理

在电厂的运行过程中，智能化运维管理是一项关键举措，旨在通过先进的监测、分析和控制技术，实现节能减排目标，提升运营效率，同时降低能源损耗和环境影响。智能化运维管理依靠先进的传感器、数据采集系统和人工智能等技术，实时监测发电过程中辅机的关键参数，如温度、压力、流量等，以及能耗和排放等指标。这些数据通过云平台进行集中管理和分析，为运维人员提供及时的运行状态和性能信息，使其能够快速做出调整和决策，以提高能源利用效率。通过利用数据分析和预测模型，可以制定更加精确的运行方案，优化燃烧参数、供应链等运营环节，从而减少能源的浪费和损耗。智能调度还可以协调不同辅机设备的运行，避免重复供能和重复操作，降低系统能耗。此外，智能化运维管理在故障诊断和维护方面也发挥重要作用。通过监测设备状态和性能异常，系统可以提前预测可能出现的故障，并为运维人员提供相应的维护建议。这种预防性的维护方式可以减少停机时间，提高辅机设备的稳定性和可靠性，同时降低能源的损耗。

4 结束语

对电厂热动系统实施全面、深入的节能减排优化措施，是响应国家“双碳”战略、实现电力行业绿色低碳转型的重要键路径，这些措施不仅有助于提高火力发电厂的能源利用效率，减少碳排放，也对整个能源行业的可持续发展具有重要意义。

参考文献

[1]杨勇.电厂热动系统节能优化策略的研究[J].石化技术,2023,30(11):243-244.

[2]安乐宏.火电厂节能降耗中热能与动力工程的实际应用[J].中国战略新兴产业,2024,(30):115-117.

[3]武鑫.火力发电厂热能动力系统优化与节能改造研究[J].自动化应用,2024,65(07):233-235.