黃偉 中國電力工程顧問集團華北電力設(shè)計院有限公司

火力發(fā)電廠熱機設(shè)計優(yōu)化的途徑分析

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本文主要針對火電廠的熱機設(shè)計工作展開探討，通過分析火電廠熱力設(shè)計的基本原理，明確當(dāng)前設(shè)計工作中存在的問題，進(jìn)而提出改善火電廠熱機設(shè)計工作的相關(guān)策略。本論文的撰寫對于未來火電廠熱機優(yōu)化工作有一定的指導(dǎo)意義。

火力發(fā)電廠 熱機 設(shè)計 優(yōu)化途徑

一、火電廠熱機及其工作原理概述

熱機簡單來說就是利用熱能來做功的機器，在運行過程中，它能夠?qū)崮茼樌D(zhuǎn)化為機械能。蒸汽輪機是由鋼盤和其外延的弧形的葉片所構(gòu)成的是利用高溫高壓產(chǎn)生的蒸汽來沖擊汽輪機的葉片，從而帶動機軸一塊發(fā)生轉(zhuǎn)動。蒸汽一旦噴射到葉片上，輪機就會迅速轉(zhuǎn)動起來，而且蒸汽的速度越快，輪機轉(zhuǎn)動的也越快。當(dāng)氣體從高壓區(qū)域向低壓區(qū)域流動時就會產(chǎn)生較大的壓強差，此時流動速度加快。蒸汽輪機會利用它的噴嘴噴出過熱管道所輸送過來的過熱蒸汽。當(dāng)壓強降低時，蒸汽動能提升。蒸汽噴射到葉片，此時動能會轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能。為了提高蒸汽的使用效率，火電廠多才采用多級沖動式的汽輪機。目前我國大型火電廠都利用蒸汽輪機進(jìn)行發(fā)電。

下面，筆者將深入分析當(dāng)前火電廠熱機設(shè)計工作中存在的問題，并對其優(yōu)化提升途徑進(jìn)行分析。

二、火電廠熱機設(shè)計存在的問題及原因分析

從本質(zhì)上來說，火電廠的熱機設(shè)計是一項十分復(fù)雜的任務(wù)，會受到多方面因素的影響，設(shè)計過程中也極容易出現(xiàn)這樣或那樣的問題。目前我國火電廠熱機設(shè)計工作中存在著科學(xué)技術(shù)落后、設(shè)計工作人員水平不達(dá)標(biāo)的問題。例如，當(dāng)前火電廠大都采用擋板閥來調(diào)節(jié)風(fēng)扇驅(qū)動的速度，二大扭矩的電動執(zhí)行機構(gòu)往往在運行過程中出現(xiàn)故障，使得風(fēng)扇的速度不能夠自由調(diào)節(jié)，造成了大量資源的浪費。從另一方面來說，設(shè)計工作人員的專業(yè)技能不達(dá)標(biāo)，加上工作人員存在違規(guī)操作的行為，使得火電廠的經(jīng)濟效率受到較大的影響。

從總體上說，火電廠熱機運行過程中最為突出的問題就是熱機的工作效率低下。從表面上分析這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，可以發(fā)現(xiàn)目前很多火電廠發(fā)電過程中，熱能所轉(zhuǎn)化的電能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，大量的火力資源在生產(chǎn)中浪費，同時也造成了大量的污染。通過深入分析，這個現(xiàn)象出現(xiàn)的原因在于火電廠熱機設(shè)計不夠合理。而熱機設(shè)計不合理又體現(xiàn)在如下兩個方面：第一，火電廠熱機機組的熱力參數(shù)設(shè)計不合理，熱力利用效率偏低。第二，為了降低火電廠工程造價，熱機設(shè)計過程中的工藝過分簡化所造成的。正是由于上述原因，火電廠熱機的應(yīng)用效率一直偏低，熱機的節(jié)能效果也不達(dá)標(biāo)。這些與火電廠熱機設(shè)計的不合理有很大的關(guān)系。未來，火電廠一定要注意做好熱機的設(shè)計工作，進(jìn)一步提高熱機的利用率及使用效率等。

三、火電廠熱機設(shè)計的優(yōu)化途徑分析

火電廠熱機設(shè)計工作不到位將會對熱機的工作效率、節(jié)能性以及火電廠的經(jīng)濟效益等產(chǎn)生尤為重要的影響。為此，筆者將在下文中對火電廠熱機設(shè)計的優(yōu)化途徑進(jìn)行分析與探討。

第一，火電廠熱機設(shè)計優(yōu)化的思路分析。隨著科技的不斷發(fā)展，當(dāng)前我國工程設(shè)計的方式也發(fā)生了較大的變化，三維設(shè)計在其中占據(jù)主導(dǎo)地位，這也是當(dāng)前工程設(shè)計最為先進(jìn)的技術(shù)，更是在傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)上的創(chuàng)新發(fā)展，也豐富了工程設(shè)計的內(nèi)容。三維設(shè)計具有直觀性的特點，火電廠熱機設(shè)計中應(yīng)用三維設(shè)計技術(shù)是十分必要的。在三維設(shè)計過程中，工作人員要將本地提供的各類設(shè)計數(shù)據(jù)輸入到計算機的三維設(shè)計軟件中，并開始建模。當(dāng)然，隨著社會的發(fā)展演變和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，火電廠熱機的設(shè)計工作也應(yīng)該不斷優(yōu)化更新。

第二，加強對汽輪發(fā)電機的設(shè)計優(yōu)化。汽輪機設(shè)計優(yōu)化是火電廠熱機設(shè)計優(yōu)化的關(guān)鍵部分。在汽輪機的優(yōu)化過程中，工作人員必須注意做好以下幾個方面的工作：首先，要從火電廠的實際情況出發(fā)，嚴(yán)格按照設(shè)計要求，使得汽輪發(fā)電機的軸承中心線設(shè)計更為合理，從而進(jìn)一步提高汽輪發(fā)電機的連接尺寸的精確性，優(yōu)化汽輪機的設(shè)計工作。其次，要充分考慮汽輪機基座的預(yù)留空間，使其厚度滿足二次澆灌的要求，保證二次澆灌工作的順利進(jìn)行。再次，要合理設(shè)定汽輪發(fā)電機機島之間的距離，優(yōu)化汽輪機的設(shè)計工作，保證凝氣器的出水口位置的管柱與排氣管口處不會出現(xiàn)摩擦，使得設(shè)備各部分安裝都相對合理。

第三，做好火電廠熱機的節(jié)能優(yōu)化設(shè)計?；痣姀S運行的根本目的是為了獲得更好的經(jīng)濟效益，更好地為人們的生產(chǎn)生活服務(wù)，就目前來說，由于熱機設(shè)計不夠合理，火電廠運行過程中仍然存在著浪費嚴(yán)重的情況。為此必須做好火電廠熱機的節(jié)能設(shè)計工作，提升火電廠的效益?；痣姀S的熱機設(shè)計工作人員要從目前實際情況出發(fā)，結(jié)合其他地區(qū)火電廠熱機優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)經(jīng)驗，改良設(shè)計工藝，并將節(jié)能理念充分融入其中，努力實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，提高火力資源的利用率。這對于節(jié)約資源、保護環(huán)境意義重大，對于社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展也具有十分重要的意義。

除了上述幾個方面之外，火電廠應(yīng)該定期組織熱機設(shè)計工作人員參與技能培訓(xùn)，學(xué)習(xí)最新的設(shè)計知識，提高綜合素質(zhì)，從而更好地進(jìn)行熱機設(shè)計工作，提高熱機的工作效率。另外，火力發(fā)電機的蒸汽輪機葉片是在高溫高壓環(huán)境中長期高速旋轉(zhuǎn)工作,在離心力作用下,葉片根部的應(yīng)力集中現(xiàn)象非常嚴(yán)重,而這正是導(dǎo)致葉片失效的主要原因。因此，相關(guān)人員要對火力發(fā)電機組的蒸汽汽輪機葉片進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。另外，火電廠還要做好熱機的選型工作，對比熱機的機型、調(diào)節(jié)方式、中低壓缸分崗的參數(shù)、銘牌出力的優(yōu)化等，從而保證熱機性能更好地發(fā)揮出來。

四、總結(jié)

要更好地做好火電廠熱機的設(shè)計工作，工作人員必須堅持一切從實際出發(fā)的原則，分析當(dāng)前火電廠熱機工作中存在的問題，進(jìn)一步明確這些問題的出現(xiàn)是否是由于熱機設(shè)計工作不到位引起的以及出現(xiàn)這些問題的根本原因是什么，從而形成優(yōu)化火電廠熱機設(shè)計的思路與方法，從根本上提高設(shè)計可行性。

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