火电厂节能降耗中热能与动力工程的实际应用

引言

火电厂作为能源转换领域的重要节点，在保障电力稳定供应方面发挥着不可替代的作用。与此同时，其能源消耗与碳排放情况也备受关注。热能与动力工程专注于能量全流程的高效管理，其创新成果与实践应用，为火电厂进一步挖掘节能降耗潜力带来新的思路。通过对关键环节的技术优化，有望在提升能源利用效率、降低污染物排放方面取得新的进展，这既与国家节能减排的政策导向相契合，也有助于火电厂在新形势下增强自身竞争力，推动可持续发展转型。

1 火电厂能量转换过程中的能耗分析

1.1 锅炉系统能耗损失

在火电厂的运行体系中，锅炉扮演着极为关键的角色，其能量损耗情况值得深入探讨。从实际运行数据来看，排烟热损失在锅炉总损失中所占比重不容小觑，大致处于60%-70%的区间。这一现象的产生，与烟气排放温度偏高密切相关，常见的排放温度范围在120-150℃，较高的温度使得烟气携带走大量的显热。

在燃料燃烧过程中，化学不完全燃烧损失同样不容忽视。由于燃料与空气的混合效果不够理想，致使部分可燃物质，未能实现充分燃烧，进而造成能量损失。

此外，散热损失也是锅炉能量损耗的一个重要方面。倘若锅炉炉墙以及管道的保温性能存在一定缺陷，热量便会不可避免地向周围环境扩散。特别是对于大型锅炉而言，这部分损失约占总输入热量的 1%-2%。

1.2 汽轮机系统能耗损失

汽轮机作为热能向机械能转化的关键设备，其运行过程中存在多方面的能耗现象。在实际工况下，通流部分叶片出现的磨损、结垢等情况，会使蒸汽流动阻力有所增加，进而导致汽耗率呈现偏高态势，影响能量转换效率；同时，汽轮机排汽在凝汽器内被冷却水冷却成凝结水的过程中，存在着可观的热量散失，这部分未被有效利用的热量在汽轮机进汽能量中占比约为50%；此外，轴承摩擦、汽封漏汽等因素所引发的机械损耗也不容忽视，其消耗的机械能一般占汽轮机输出功率的0.5%-1%。

2 热能与动力工程技术在节能降耗中的实际应用

2.1 锅炉系统节能技术应用

2.1.1 燃烧优化技术

从热平衡原理与燃烧动力学出发，可尝试以下优化途径以改善燃烧效率：其一，浓淡燃烧技术将煤粉与空气分层送入炉膛，构建富氧燃烧区与还原区，在减少 NOₓ排放的同时，有望将燃烧效率提升至92%以上；其二，借助红外测温与烟气分析传感器，智能燃烧控制系统能够实时调节风煤比，若将其控制在1.2-1.3 的合理区间，使过量空气系数维持在1.15-1.2 左右，或可降低排烟热损失；其三，低氮燃烧器改造通过调整煤粉喷射角度与空气扰动方式，或能使燃料燃尽率提高3%-5%。

2.1.2 余热回收技术

依据热能工程中的传热强化理论，可对锅炉排烟余热加以回收利用：首先，在空气预热器后增设低温省煤器，将烟气温度从130℃降至90℃以下，用于加热凝结水或锅炉补水，或可使锅炉效率提升1.5%-2%；其次，采用烟气余热深度利用系统，通过吸收式热泵将60-80℃的低温热量转化为可用热能，应用于厂区供暖水或除盐水加热，某 600MW 机组实践表明，该技术每年能带来约 120 万元的节能收益；此外，热管换热器的传热效率为传统换热器的3-5 倍，可有效回收锅炉排污蒸汽余热。

2.2 汽轮机系统节能技术应用

2.2.1 通流部分改造

依据流体力学与热力学相关理论，汽轮机通流部件的优化存在多种可行路径：在叶型设计方面，后加载叶片、弯扭叶片等高效叶型的采用， 案例显示某 300MW 汽轮机经改造后级效率获得2%-3%的提升；汽封技术升 迷宫汽封，可显著降低汽封漏汽量，降幅大致在40%-60%；而通过转子动平衡校正与轴承间隙优化，能够在一定程度上削减机械损失，机组发电煤耗预计可降低3-5 克标准煤/千瓦时。如某电厂200MW 机组汽轮机改造后，在额定工况下输出功率增加了5MW，年发电量也实现了约4000 万千瓦时的增长。

2.2.2 凝汽器优化运行

从强化传热与系统调控角度出发，可对凝汽器运行效率进行优化：在管材选用上，钛管相较于铜管，不仅能有效提升换热效率，还可延长设备使用寿命，凝汽器端差或能控制在3-5℃；借助胶球在线清洗系统，可及时清除钛管内壁污垢，保障传热系数的稳定；通过优化循环水泵运行模式，根据环境温度与机组负荷情况灵活调整水泵台数与转速，如某600MW 机组采用变频调速技术后，循环水泵耗电率由0.8%下降至0.5%。

2.3 热力系统综合节能技术应用

2.3.1 回热系统优化

依据热力循环理论，对给水回热系统进行优化存在一定的可行性方向。适当增加回热级数，例如从 7 级考虑提升至8 级，在理论层面有助于降低换热温差，减少不可逆损失，在实际运行中，机组热效率或能实现0.5%-0.8%的提升。同时，合理调整抽汽压力与焓值，若能将各加热器端差稳定控制在2-3℃，或可有效改善“过冷”或“过热”情况。此外，尝试采用疏水逐级自流与疏水泵相结合的系统，有望减少疏水排挤现象。部分案例显示，某300MW 机组经过相关改造后，给水温度提高了4℃，每年在标准煤节约方面取得了约5000 吨的效果。

2.3.2 辅机节能改造

在动力工程相关技术应用中，高效驱动与控制技术为节能改造提供了思路。针对给水泵、引风机等大功率辅机实施变频改造，根据负荷变化灵活调节转 在 2 0%的节电空间。采用磁悬浮轴承或液力耦合器等方式，或可降低辅机的机械损耗。推广 能效等 E4 的高效电机，相较普通电机，其效率或能提升3%-5%。据部分电厂反馈，完成辅机改造后，厂用电率从6.5%降至5.8%，每年实现约1500 万千瓦时的电量节约。

2.3.3 蒸汽疏水回收

闭式疏水回收系统的构建具有一定的实践价值。将锅炉连排、定排蒸汽引入扩容器，使闪蒸蒸汽回收至除氧器；利用疏水冷却器对锅炉给水进行预热，或可减少疏水热能损失；对汽轮机轴封漏汽加以回收利用，用于加热凝结水。从部分电厂的实践经验来看，实施该系统后，疏水回收率从 60%提升至90%，每年回收热量折合标准煤约 3000 吨。

结束语

热能与动力工程技术为火电厂节能降耗提供了一系列可行方案。通过有效技术手段，有望在一定程度上降低火电厂的能耗水平。相关工程实践显示，这些技术的协同应用或可使火电机组供电煤耗出现较为可观的下降，节能收益也存在较大潜力空间。展望未来，伴随智能化技术与低碳理念的不断融合，热能与动力工程在火电厂“节能降碳”协同发展中的作用值得期待，或将为行业朝着高效、清洁、可持续方向转型带来新的发展机遇。

参考文献

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