火电厂热能动力工程中的节能技术研究

一、引言

火电厂是电力生产的重要组成部分，在满足社会用电需求方面发挥着关键作用。然而，火电厂在运行过程中需要消耗大量的化石能源，如煤炭、石油等，同时伴随着大量的废气、废水和废渣排放，对环境造成了严重的压力。因此，研究和应用节能技术，提高火电厂的能源利用效率，不仅是火电厂自身可持续发展的需要，也是应对全球能源危机和环境保护挑战的必然选择。热能动力工程作为火电厂的核心技术领域，其节能技术的突破对于实现火电厂的节能减排目标具有决定性意义。

二、火电厂能源消耗现状分析

（一）煤炭消耗量大

目前，大多数火电厂以煤炭为主要燃料。煤炭在燃烧过程中释放热能，将水加热成高温高压的蒸汽，驱动汽轮机发电。然而，煤炭的燃烧效率并非 100% ，部分煤炭未能充分燃烧就被排出，造成了能源的浪费。据统计我国部分火电厂的煤炭消耗率高达 300-400 克/千瓦时，与国际先进水平相比存在较大差距[1]。

（二）能量转换效率低

从热能到电能的转换过程中涉及多个环节和设备，如锅炉、汽轮机、发电机等。每个环节都存在能量损失，导致整体能量转换效率不高。例如，锅炉在燃烧过程中会通过排烟、散热等方式损失一部分能量；汽轮机在蒸汽做功过程中由于机械摩擦、蒸汽泄漏等原因也会造成能量损失。一般情况下传统火电厂的能量转换效率仅在 30%-40%左右。

（三）辅助设备能耗高

火电厂除了主要的发电设备外，还有众多辅助设备，如给水泵、风机、冷却塔等。这些辅助设备的能耗在火电厂总能耗中占据了相当大的比例。例如，以给水泵为例，其能耗约占火电厂厂用电的20%-30%。部分火电厂由于设备老化、运行管理不善等原因，辅助设备的能耗进一步增加。

三、火电厂热能动力工程中的节能技术应用

（一）锅炉节能技术

1.优化燃烧技术

分层燃烧技术。在锅炉的给煤系统中安装分层给煤装置，根据煤粒的大小和质量进行分层，使煤炭在炉膛内能够更加均匀地分布，实现充分燃烧。这种技术可以提高煤炭的燃烧效率，降低煤炭消耗，据实际应用数据显示采用分层燃烧技术后煤炭消耗可降低 5%-10%。

富氧燃烧技术。向锅炉内通入比空气中含氧量更高的气体，提高燃烧区域的氧气浓度，促进煤炭的充分燃烧。同时，富氧燃烧产生的高温火焰可以提高炉膛内的温度，进一步增强燃烧效果，研究表明富氧燃烧技术可使锅炉热效率提高 2%-5%[2] 。

2.余热回收技术

空气预热器。利用锅炉排烟的余热加热进入锅炉的空气，提高空气的温度，从而改善煤炭的燃烧条件，提高燃烧效率。同时，降低了排烟温度，减少了排烟热损失。常见的空气预热器有管式和回转式两种，合理选用和维护空气预热器，可使锅炉热效率提高 3%-5% 。

省煤器。安装在锅炉尾部烟道内利用排烟余热加热锅炉给水，提高给水温度，减少锅炉燃料消耗。省煤器的应用可以显著提高锅炉的热经济性，一般可使锅炉热效率提高 4%-6% 。

（二）汽轮机节能技术

1.汽轮机通流部分优化

叶片优化设计。采用先进的气动设计方法，对汽轮机叶片的形状、角度和叶型进行优化，减少蒸汽在叶片表面的流动损失，提高汽轮机的内效率。通过叶片优化，汽轮机的相对内效率可提高 1%-3% 。

汽封改造。传统汽轮机的汽封存在蒸汽泄漏问题，导致能量损失。采用先进的汽封技术，如蜂窝汽封、布莱登汽封等，可以有效减少蒸汽泄漏，提高汽轮机的效率，实际改造案例表明汽封改造后汽轮机的热耗率可降低 1%-2% 。

2.汽轮机运行优化

变工况运行优化。根据电网负荷的变化合理调整汽轮机的运行参数，使汽轮机在不同工况下都能保持较高的效率。例如，采用滑压运行方式在低负荷时降低蒸汽压力，减少汽轮机的节流损失，通过变工况运行优化可使汽轮机的运行效率提高 2%-4% 。

回热系统优化。完善汽轮机的回热系统，合理调整各级抽汽参数，提高回热加热效果，减少冷源损失，对回热系统进行优化后汽轮机的热耗率可降低 3%-5%[3]。

（三）余热回收与综合利用技术

1.乏汽余热回收

热泵技术。利用热泵将汽轮机排出的乏汽余热进行回收，提升温度后用于供暖、热水供应等。热泵技术可以将低品位的余热转化为高品位的热能，提高能源利用效率。例如，在一些北方地区的火电厂采用热泵技术回收乏汽余热进行城市供暖，取得了良好的节能和经济效益。

吸收式制冷技术。利用汽轮机乏汽余热驱动吸收式制冷机，生产冷水用于空调系统或工业冷却。这种技术实现了余热的梯级利用，有效提高了能源的综合利用效率。

2.其他余热利用途径

灰渣余热回收。火电厂产生的高温灰渣中含有大量的余热，通过采用合适的灰渣冷却和余热回收设备可将灰渣余热回收用于加热生水或其他工业过程。这不仅减少了能源浪费，还降低了灰渣处理的难度和成本。

低温余热发电。对于一些温度较低但具有一定余热资源的场合，如脱硫塔出口烟气等，可以采用有机朗肯循环（ORC）等低温余热发电技术将余热转化为电能，实现余热的二次利用。

四、案例分析

以某火电厂为例，改造前该厂机组供电煤耗高达 340 克/千瓦时，厂用电率为 8.5% ，年煤炭消耗总量达数百万吨。由于燃烧效率欠佳，锅炉排烟温度长期维持在 150℃左右，能量转换效率仅 33% 。

针对这些问题该厂实施了一系列节能技术改造。在锅炉环节采用分层燃烧技术，调整煤粒分布，同时引入富氧燃烧装置，优化燃烧氛围。安装高效管式空气预热器与省煤器，充分回收余热。汽轮机方面对叶片进行优化设计，替换为先进的蜂窝汽封，并实施滑压运行与回热系统优化策略。余热利用上引入热泵回收乏汽余热用于厂区及周边部分区域供暖，针对低温烟气采用 ORC 低温余热发电技术。

改造后成效显著。供电煤耗降至 305 克/千瓦时，降幅达 10.3% ；厂用电率降低至 6.8% ，节省大量厂内用电。锅炉排烟温度下降至 120℃，热效率从原来的 85% 提升至 89% 。汽轮机热耗率降低 1.8% ，内效率提高 2.2%. 。余热回收方面每年通过热泵供暖节省天然气等能源折合标准煤数千吨，低温余热发电年新增电量数百万度。从经济效益看每年节省燃料成本超 1500 万元，新增余热利用收益约 500 万元。环境效益同样突出，二氧化硫、氮氧化物、烟尘排放量分别降低 32% 、28%、 43% ，极大改善了周边环境质量，充分验证了节能技术在火电厂的可行性与有效性。

五、结束语

总之，火电厂热能动力工程中的节能技术对于提高能源利用效率、降低能耗和减少环境污染具有重要意义。通过在锅炉、汽轮机、余热回收等关键环节应用优化燃烧技术、余热回收技术、通流部分优化技术等一系列节能技术可以有效降低火电厂的能源消耗，提高经济效益和环境效益。然而，目前节能技术在火电厂的应用仍存在一些问题，如部分节能技术成本较高、推广应用难度较大等。未来需要进一步加大节能技术的研发投入，降低技术成本，提高技术的可靠性和适用性。同时，加强火电厂运行管理，提高员工的节能意识，确保节能技术能够得到有效实施。随着科技的不断进步和创新，相信火电厂热能动力工程中的节能技术将不断完善和发展，为火电厂的可持续发展和能源行业的绿色转型做出更大贡献。

参考文献：

[1]胡祥兴.火电厂热能动力工程中的节能技术分析[J]. 中国设备工程,2023(19)：55-57.

[2]郭红刚.火电厂热能与动力工程中的节能技术探讨[J]. 现代工业经济和信息化,2022(10)：45-47.

[3]钱鑫.火电厂节能技术分析及优化控制探析[J]. 当代化工研究,2023(18)：22-24.