【摘 要】電能是最潔凈的便于使用的二次能源，但是在生產(chǎn)電能的同時(shí)卻消耗了大量的一次能源。本文簡(jiǎn)要分析了當(dāng)前節(jié)能形勢(shì)，歸納了主要的熱力系統(tǒng)計(jì)算分析方法，指出了電廠熱力分析仍然存在的問題，并對(duì)電站節(jié)能改造給出了建議和節(jié)能策略分析。

【關(guān)鍵詞】熱力系統(tǒng)；經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；計(jì)算方法；節(jié)能技術(shù)

引 言

眾所周知，能源問題已經(jīng)成為世界各國(guó)共同關(guān)注的問題，在我國(guó)這一現(xiàn)象更加凸顯。由于我國(guó)粗放型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式，又處在消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)加快的歷史階段，能源消耗過大，因此節(jié)能降耗將是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)而艱巨的任務(wù)。根據(jù)美國(guó)及我國(guó)電力行業(yè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)表明，我國(guó)平均供電煤耗率要比發(fā)達(dá)國(guó)家高出30～60g/kWh，這是一個(gè)很大的差距，說明我國(guó)的電廠節(jié)能有很大的節(jié)能潛力可以挖掘。因此，電站熱力系統(tǒng)節(jié)能是關(guān)系到節(jié)能全局以及可持續(xù)性發(fā)展的大事。因此，在熱力系的環(huán)境下，揭示各種節(jié)能理論內(nèi)在的聯(lián)系，深入地研究和發(fā)展節(jié)能要的理論和現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)電廠的節(jié)能降耗工作具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性。

一、熱力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

我國(guó)火力發(fā)電廠常用的熱經(jīng)濟(jì)型指標(biāo)主要有效率和能耗率兩種。

（一）全場(chǎng)熱效率ηcp

其中，Nj為凈上網(wǎng)功率，B為燃煤量，Ql為燃煤低位發(fā)熱量。

全廠熱效率指標(biāo)是電廠運(yùn)行的綜合指標(biāo)，在進(jìn)行系統(tǒng)分析是，常將這一綜合指標(biāo)進(jìn)行分解，以區(qū)分各廠家的責(zé)任和主攻方向，因此可以改寫為：

其中，ηb：鍋爐效率，鍋爐有效吸熱量與燃煤低位發(fā)熱量之比；

ηp：管道效率，汽輪機(jī)循環(huán)吸熱量與鍋爐有效吸熱量之比；

ηi：汽輪機(jī)循環(huán)裝置效率，汽輪機(jī)內(nèi)部功與循環(huán)吸熱量之比；

ηm：機(jī)械效率，汽輪機(jī)輸出功率與內(nèi)部功率之比；

ηg：發(fā)電機(jī)效率，發(fā)電機(jī)上網(wǎng)功率與前端功率之比；

∑ξi：廠用電率，電廠所有輔機(jī)消耗電功率之和與發(fā)電機(jī)上網(wǎng)功率之比。

（二）熱耗率和標(biāo)準(zhǔn)煤耗率

熱耗率指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性，其實(shí)質(zhì)是發(fā)電機(jī)每發(fā)電1kWh，工質(zhì)從鍋爐吸收的熱量值。定義式如下：

煤耗率指標(biāo)也可以分為兩種：發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率和供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗率。

二、熱力系統(tǒng)計(jì)算方法現(xiàn)狀

熱力系統(tǒng)計(jì)算是火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行性能分析、熱力試驗(yàn)和系統(tǒng)改進(jìn)中常見的計(jì)算工作，對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算的目的是為了確定機(jī)組的各項(xiàng)熱性指標(biāo)，因此選擇適當(dāng)?shù)臒崃ο到y(tǒng)計(jì)算方法是機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性分析的重要前提。系統(tǒng)計(jì)算方法種類很多，按照它們所依賴的熱力學(xué)基礎(chǔ)可分為：第一定律分析和第二定律分析法。

常規(guī)熱平衡法是在結(jié)合質(zhì)量平衡和能量平衡基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)際熱力系統(tǒng)進(jìn)行的數(shù)值計(jì)算方法。計(jì)算中需要對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行變工況計(jì)算，以確定汽輪機(jī)抽汽口和排汽端的蒸汽參數(shù)以及回?zé)嵯到y(tǒng)的各相應(yīng)參數(shù)，其實(shí)質(zhì)是確定汽輪機(jī)新的膨脹過程線和系統(tǒng)參數(shù)，核心和難點(diǎn)是汽輪機(jī)變工況計(jì)算。

等效熱降法是以新蒸汽流量、循環(huán)的初終參數(shù)和熱力過程線均保持不變?yōu)榍疤?，以?nèi)功率（等效熱降）的變化來分析熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性。在熱力系統(tǒng)局部分析中，等效熱降法改善了常規(guī)熱力計(jì)算的不足，提出了等效熱降的概念并在此基礎(chǔ)上建立了熱力系統(tǒng)分析的新方法，使熱力計(jì)算具有了系統(tǒng)分析功能。

循環(huán)函數(shù)法根據(jù)熱力學(xué)第二定律，以循環(huán)不可逆性（或冷源損失）分析輪機(jī)循環(huán)節(jié)能定性分析的判據(jù)，以循環(huán)函數(shù)式為汽輪機(jī)循環(huán)節(jié)能定量計(jì)算的工循環(huán)函數(shù)法是一種計(jì)算復(fù)雜熱力系統(tǒng)的好方法。

熵分析法是通過對(duì)體系的熵平衡計(jì)算，求取熵產(chǎn)的大小及其分布，分析影響熵產(chǎn)的因素，確定熵產(chǎn)與不可逆損失的關(guān)系，作為評(píng)價(jià)過程的不完善程度和改進(jìn)過程的依據(jù)。

火用分析法是在熱力學(xué)兩大定量的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境情況從對(duì)能的本性的全面認(rèn)識(shí)，從能的實(shí)用性出發(fā)提出的一種思想和方法，它是從能量轉(zhuǎn)換的角度表示設(shè)備或熱力過程完善性的科學(xué)指標(biāo)。

代數(shù)熱力學(xué)法是一種分析熱力系統(tǒng)能量的分析方法。該方法運(yùn)用事件矩陣來描述一個(gè)系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)的能量出、入關(guān)系，火用矩陣定義了各股流的火用值，火用分支定義了單一系統(tǒng)出、入流的關(guān)系，最終得到結(jié)構(gòu)矩陣[FP]，該矩陣從全局的高度開拓了研究全、子系統(tǒng)關(guān)系的新趨勢(shì)。

三、當(dāng)前仍然存在的問題

1.普遍意義上的系統(tǒng)工程分析方法仍然欠缺，數(shù)學(xué)工具仍然有待發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行熱力系統(tǒng)節(jié)能分析的研究不足。目前都是采用局部?jī)?yōu)化運(yùn)行的方法，系統(tǒng)節(jié)能分析方法仍有待于進(jìn)一步發(fā)展。

2.本質(zhì)上來講，目前的系統(tǒng)研究都屬于穩(wěn)態(tài)研究。研究的基礎(chǔ)是發(fā)電系統(tǒng)部分熱力學(xué)參數(shù)一致，且在運(yùn)行中保持恒定，這固然會(huì)使研究的復(fù)雜程度大大簡(jiǎn)化，但同時(shí)也使其具有局限性。熱力系統(tǒng)節(jié)能分析方法在機(jī)組變工況下應(yīng)用研究較少。

3.不同的熱力系統(tǒng)分析理論都是從不同的角度來研究熱力系統(tǒng)這一對(duì)象，不同理論之間的相互關(guān)系的研究還很不充分。

4.無論是設(shè)計(jì)高參數(shù)的大容量機(jī)組，還是改善現(xiàn)有機(jī)組的運(yùn)行水平，挖掘機(jī)組的節(jié)能潛力，都需要一種有效準(zhǔn)確的節(jié)能理論進(jìn)行指導(dǎo)，才能有的放矢地采取節(jié)能措施。而合理地確定優(yōu)化的性能指標(biāo)，正確地建立系統(tǒng)與生產(chǎn)過程的數(shù)學(xué)模型仍然需要加大研究。

四、熱力系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)措施

熱力系統(tǒng)節(jié)能有多種途徑可以實(shí)現(xiàn)。對(duì)于新設(shè)計(jì)機(jī)組，可通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，合理配套進(jìn)行節(jié)能；而對(duì)于運(yùn)行機(jī)組，可通過節(jié)能診斷，優(yōu)化改造，監(jiān)測(cè)能損，指導(dǎo)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。

在電廠的發(fā)展中，曾先后采用回?zé)岷驮贌醿煞N循環(huán)方式，使得循環(huán)效率大為提高。當(dāng)前，可行的節(jié)能技術(shù)改造措施包括：

汽輪機(jī)通流部分實(shí)施技術(shù)改造。目前這種改造大體可以分為兩類：一類是提高汽輪機(jī)內(nèi)效率，達(dá)到降耗目的；另一類是降耗的同時(shí)提高汽輪機(jī)的出力。具體改造措施有更換氣缸，將雙列調(diào)節(jié)級(jí)改為單列調(diào)節(jié)級(jí)等。

采用新型密封技術(shù)改造鍋爐空氣預(yù)熱器?？疹A(yù)器的漏風(fēng)問題一直是影響鍋爐燃燒，降低效率的威脅。通過采用新型密封技術(shù)，降低空預(yù)器漏風(fēng)率，不僅減少排煙損失，降低飛灰含碳量，還可以節(jié)約廠用電，降低廠用電率。

鍋爐制粉系統(tǒng)技術(shù)改造。通過改造磨煤機(jī)系統(tǒng)、密封系統(tǒng)，可以提高制粉效率，降低制粉單耗，從而降低煤耗。

電站循環(huán)冷卻水余熱再利用。通過凝汽器由循環(huán)冷卻水帶走的熱量一般占輸送總能量的15%以上，有的甚至高達(dá)25%以上，造成了能量的極大浪費(fèi)。如果能采用余熱利用技術(shù)把這部分能量利用起來，勢(shì)必會(huì)對(duì)電廠效率提高產(chǎn)生明顯的效果。

五、結(jié)語

目前，面臨著能源資源逐漸匱乏和能源需求總量日益增大的雙重挑戰(zhàn)，節(jié)能降耗刻不容緩，尤其是能耗大戶行業(yè)。電廠熱力系統(tǒng)首當(dāng)其沖，且與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗還是有很大的潛力和空間可以充分挖掘。有理由相信，隨著相關(guān)熱力系統(tǒng)分析方法的逐步發(fā)展和完善，電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能降耗將會(huì)取得更長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步。

【參考文獻(xiàn)】

[1]閆水保，閆留保.電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析原理及應(yīng)用[M].鄭州：黃河水利出版社，2000.

[2]陸延昌，姜紹俊.21世紀(jì)初期中國(guó)電力工業(yè)展望[J].中國(guó)電力，2000，33（7）：1-8.

[3]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

[4]張彥.聯(lián)合分析法-電廠熱力系統(tǒng)分析法的研究[D].華北電力大學(xué)，2000.

[5]馬芳禮.電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析原理[M].北京：水利電力出版社，1992.

[6]江浩，劉琦.火力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行優(yōu)化技術(shù)研究[R].國(guó)電熱工研究院，2003.