王海錚

（中國礦業(yè)大學， 江蘇 徐州 221000）

熱電廠的熱能來源絕大部分是煤炭，在熱能轉換為機械能進而由汽輪機組產出電能的過程中，能源轉換受到多種因素的干擾，在煤炭燃燒發(fā)熱、高壓蒸汽驅動汽輪機機組發(fā)電等環(huán)節(jié)，各種設備的運行狀態(tài)、性能、電網(wǎng)負荷波動以及環(huán)境因素率等，都會導致熱能的轉換失敗和散失。而利用熱能與動力工程可以盡量將這部分熱能有效利用，使之成為城市日常生產生活的熱源。

1 熱能與動力工程應用概述

以煤炭為主要能源的熱電廠是保障電能供應的核心企業(yè)，但近年來隨著人們對資源與環(huán)境狀態(tài)惡化的關注，傳統(tǒng)的熱電廠生產模式已經(jīng)難以滿足能源利用率與環(huán)境保護要求。因此圍繞提升電能轉換率和降低污染物排放這兩個目標，對熱電廠的發(fā)電機組展開了多方面的改造或升級，力圖在確保電能供應質量與可靠性的前提下，減少煤炭等資源的消耗和熱電廠的污染物排放。熱能與動力工程正是在這一背景下被運用到了熱電廠的生產中，其根本理念是優(yōu)化發(fā)電機組的設備組合和運行狀態(tài)，把原本無法轉化為電能的熱量收集輸送至市政熱力供應管網(wǎng)，從單一的電能生產轉變?yōu)橥瑫r供應電能和熱能。但機組運行模式的改變也帶來了新的技術性問題，如何精確的控制供熱式機組的運行并達到能量利用率的最大化，是亟需解決的關鍵問題。

2 運用熱能與動力工程時的能量損耗

2.1 濕汽損失及其成因

在發(fā)電機組的運行過程中，高壓蒸汽在運動過程中，會由于溫度下降、機械阻力等因素損失掉部分熱量與動能，而且會因此帶來汽輪機零配件的沖蝕損壞。首先高壓蒸汽在流動過程中與機械設備的零配件之間相互作用，大部分動能會轉化為機械能驅動汽輪機運轉發(fā)電，但其中的一部分能量會以熱能傳遞散失或因設備零配件之間的摩擦力而被損耗。其次當蒸汽在運動過程中遇到溫度降低的情況時，會有部分蒸汽凝結為液態(tài)的水，不僅會散失部分熱能，還因為冷凝水的存在而阻礙蒸汽流動，給其帶來動能損耗。

2.2 設備調壓帶來的能量損失

壓力調節(jié)是改變發(fā)電機組輸出功率、保障聯(lián)網(wǎng)供電情況下的系統(tǒng)運行可靠性的基礎，理想狀況下的壓力調節(jié)能夠讓整個機組適應負荷的動態(tài)變化，并且有理想的能量轉換效率。但在實際生產過程中，由于機組設備構成復雜的且對運行狀態(tài)調整的響應時間各異，因此目前為提升負荷適應性而進行的壓力調節(jié)不夠科學和精確，對高負荷運轉的機組而言會造成額外的動能、熱能損失。

2.3 機組節(jié)流調節(jié)帶來的熱能損失

流量是熱力發(fā)電機組運行狀態(tài)的重要參數(shù)，在應對發(fā)電機組運行負荷波動時，流量調節(jié)是保障運行效率的重要手段，但同時也與壓力調節(jié)存在同樣的問題，即無法避免因運行參數(shù)調節(jié)帶來的多方面額外能量損失[1]。這一方面和機組設備運行狀況的復雜性有關，由于存在包括鍋爐、冷凝裝置以及汽輪機在內的多個運行原理復雜的設備，在實施流量調節(jié)時對各個設備自身運行的經(jīng)濟性影響非常復雜，因此總體而言無法保障通過流量調節(jié)達到優(yōu)化能量轉換效率的目標。

2.4 電力負荷波動造成的能量轉換效率下降

熱電廠的發(fā)電機組在并網(wǎng)運行狀態(tài)下需要對電力負荷變化做出快速響應，才能確保電力系統(tǒng)的可靠運行。而對負荷變化的響應也是基于機組運行狀態(tài)調節(jié)完成的，因此無可避免的會影響能量轉換效率。首先基于供電網(wǎng)絡自身的自動化控制功能，會根據(jù)配網(wǎng)負荷的變化動態(tài)調節(jié)供電頻率，將調節(jié)信號傳輸至熱電廠的機組控制系統(tǒng)，完成自動化的發(fā)電機組調節(jié)。雖然這一調節(jié)模式響應速度極快并有利于保障供電質量，但可調范圍有限。因此對于熱電廠而言需要進行二次調節(jié)才能達到要求，而二次調節(jié)方式的科學性對電能生產效率有很大影響。

3 優(yōu)化熱能利用的有效措施

3.1 利用自動化與智能化控制技術精確調節(jié)機組運行

在熱電連產模式下優(yōu)化能量轉換與利用，自動化與智能化控制技術的應用是最有效的措施。首先在調壓與節(jié)流裝置控制過程中，基于相關技術的應用能夠實時監(jiān)測機組各部分設備的運行狀態(tài)，通過控制系統(tǒng)軟件對機組整體工況進行科學的分析，從而對壓力或流量進行精確調節(jié)[2]。其次能夠利用智能化控制技術優(yōu)化機組的運行狀態(tài)檢測，對電力負荷、鍋爐燃燒狀況變化等做出快速響應，有效減少熱能損失并保證機組運行的穩(wěn)定性。

3.2 根據(jù)流體力學等原理優(yōu)化機組結構設計與運行模式

在熱能與動力工程的運用過程中，機組設備的組合設計以及各項工藝參數(shù)的分析計算都是提升其運行效率的基礎。首先應對汽輪機等設備進行優(yōu)化組合，根據(jù)實際的電能與熱能生產目標，選擇適宜的設備類型與具體型號。其次根據(jù)流體力學等相關原理精確計算和分析機組設備的工藝參數(shù)作為進行流量等參數(shù)調節(jié)的依據(jù)。此外應在機組設計改造過程中充分利用重熱原理，確保重熱系數(shù)在合理范圍內，使得機組運行過程中不可避免的熱量損失得到最大限度的有效利用。

4 結語

熱能與動力工程是優(yōu)化熱電廠能量轉換的有效途徑，但在實踐應用過程中需要解決好相關問題，利用自動化與智能化控制技術實現(xiàn)對壓力、流量等調節(jié)裝置的精確控制，才能讓供熱式機組保持高效、穩(wěn)定的運行狀態(tài)，達到提升能源利用率并減少有害物質排放的目的。