何天

摘 要：現(xiàn)階段中我國最為重要的問題就是在有限的能源狀況下，如何進(jìn)一步提高資源的利用率，從而保證我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的發(fā)展，文章就針對熱能動力工程的研究方向和研究的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，從而提出有效的改進(jìn)方向。

關(guān)鍵詞：熱能；動力工程；改進(jìn)方向

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0174-02

熱電廠中主要是通過汽輪機組的運行產(chǎn)生熱能和動能，從而達(dá)到利用資源的效果，熱電廠產(chǎn)生的能源如果能夠被有效的利用起來，就會造成很大的社會效益和經(jīng)濟效益。但是就目前我國熱電廠的生產(chǎn)技術(shù)而言，還不能完全的對這些能源進(jìn)行有效利用?！盁犭娐?lián)產(chǎn)”、“動電聯(lián)產(chǎn)”、“熱動聯(lián)產(chǎn)”等技術(shù)的結(jié)合能夠有效的解決這些問題，這些技術(shù)在未來熱電廠的發(fā)展中進(jìn)行應(yīng)用，必將為我國的熱電企業(yè)帶來新的挑戰(zhàn)的機遇。

1 熱能動力工程的工作原理和研究方向

熱能和動力工程的工作原理相對比較簡單。就是采用專門的動力裝置，對能源進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將原來的熱能轉(zhuǎn)換為動能，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的動能會作用在發(fā)電機組的裝置中，推動發(fā)電機組的運行，從而將一部分動能轉(zhuǎn)換為電能，另一部分的動能會以其他能量形式浪費掉，這也就是熱電廠生產(chǎn)效率低下的根本原因。據(jù)不完全統(tǒng)計在熱能與動力工程的實際使用過程中只有30%左右的能量會被利用，剩余70%左右的能量都以熱能及其他形式的能量散失掉。因此在熱電廠中要注意能源的轉(zhuǎn)換效率，從而保證整個電廠的能源利用率，達(dá)到節(jié)約能源和保護環(huán)境的目的。

熱能和動力工程主要依據(jù)的是工程物理學(xué)科的相關(guān)理論原理為基礎(chǔ)，以內(nèi)燃機和其他正在進(jìn)行研究的新型的動力系統(tǒng)和機械系統(tǒng)為研究對象，綜合工程力學(xué)、自動控制、機械工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、電力電子技術(shù)、計算機等學(xué)科的知識和重點的內(nèi)容聯(lián)系在一起，研究各種燃料在進(jìn)行燃燒過程中產(chǎn)生的化學(xué)能和動能的安全和污染問題，以及在進(jìn)行動能與電能轉(zhuǎn)換工程中的轉(zhuǎn)換原理和轉(zhuǎn)換效率的問題，并針對這些問題研究能夠自動實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換控制的自動化設(shè)備。

2 熱電廠中熱能與動力工程的發(fā)展現(xiàn)狀

熱能與動力工程是最近幾年才逐漸發(fā)展起來的一門新興的學(xué)科，該學(xué)科能夠有效的解決我國的能源緊張問題，因此對熱能和動力工程進(jìn)行研究具有十分重要的意義，研究熱能和動力工程使我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，能夠建設(shè)環(huán)境友好型的社會，但是由于熱能與動力工程在我國的研究與發(fā)展還處于初級階段，在發(fā)展與應(yīng)用的過程中還存在一些問題。

2.1 重?zé)岈F(xiàn)象

熱電廠在正常的運行過程中為了保證對能量進(jìn)行合理的利用和在前后的轉(zhuǎn)換之間具有一定的通道壓差，往往與上一環(huán)節(jié)相比，在下一個環(huán)節(jié)中具有較低的焓值，這就是我們平常所說的“重?zé)岈F(xiàn)象”。假如說在整個熱電廠的運行過程中出現(xiàn)“重?zé)岈F(xiàn)象”會產(chǎn)生一系列的危害，同時還會影響到在能量轉(zhuǎn)換過程中的能量利用效率。具體來講，“重?zé)岈F(xiàn)象”的危害一般包括以下幾方面：

首先“重?zé)岈F(xiàn)象”會導(dǎo)致熱電廠中電能在進(jìn)行儲存和釋放的過程中會產(chǎn)生電量的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致用戶在用電過程中的電壓不穩(wěn)定。其次“重?zé)岈F(xiàn)象”會影響熱電廠的物質(zhì)在進(jìn)行燃燒過程中的穩(wěn)定性，會對燃燒過程中產(chǎn)生的蒸汽量產(chǎn)生變化，導(dǎo)致數(shù)值的波動，從而影響到整個電廠的發(fā)電性能。最后“重?zé)岈F(xiàn)象”還會對發(fā)電過程中的氣壓產(chǎn)生影響，氣壓也會在一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生波動，導(dǎo)致電能在頻率上的不穩(wěn)定，從而降低了熱電廠產(chǎn)生電能的質(zhì)量。在實際的生產(chǎn)中對重?zé)岈F(xiàn)象的利用率還不到3%。

2.2 節(jié)流調(diào)節(jié)

在熱電廠的正常運行過程中節(jié)流調(diào)節(jié)的應(yīng)用最為廣泛。當(dāng)熱電廠中的發(fā)電設(shè)備機組在工作中發(fā)生變化時，會增加整個發(fā)電系統(tǒng)中的能源消耗，從而影響著整個發(fā)電系統(tǒng)的經(jīng)濟效益。節(jié)流調(diào)節(jié)一般都應(yīng)用在容量較小的發(fā)電機組中，當(dāng)機組的額定負(fù)載最大值中有一級達(dá)到，就會增加系統(tǒng)的級數(shù)，級數(shù)的增加會減少設(shè)備機組的數(shù)量，從而將供電臨界電壓值降低。在實際的應(yīng)用中只有當(dāng)設(shè)備機組的級數(shù)在三級以上時，才會用到節(jié)流調(diào)節(jié)。因此節(jié)流調(diào)節(jié)主要是用在設(shè)備機組的數(shù)量發(fā)生變化時，起到維持系統(tǒng)正常運行的作用。

2.3 濕氣損失

濕汽損失產(chǎn)生的原因并不是單一不變的，而是由多種因素的影響共同決定的。主要能夠產(chǎn)生濕氣損失的原因主要是：

首先，蒸汽在進(jìn)行膨脹的過程中會有部分的水蒸氣液化形成一些小水滴，這些小水滴混在水蒸氣會影響到水蒸氣的質(zhì)量，這樣就會造成濕氣損失。其次，水滴與水蒸氣混在一起進(jìn)行移動，但是兩者的移動速度不同，水滴的速度會比較慢，水蒸氣的移動速度較快，這樣在水滴移動速度的影響下，會拖累水蒸氣的移動速度，從而造成濕氣損失。最后，水滴還會對噴管中的主流的正常運動產(chǎn)生影響，導(dǎo)致主流的能量發(fā)生變化，能量降低，會導(dǎo)致多余的機組設(shè)備運行。

3 熱電廠中熱能與動力工程的改進(jìn)方向

針對以上分析的熱電廠中熱能與動力工程的現(xiàn)狀，提出能夠有效提高熱電廠中能源利用效率的改進(jìn)方向與改進(jìn)措施。

3.1 合理利用重?zé)岈F(xiàn)象

重?zé)岈F(xiàn)象是指從上一環(huán)節(jié)到下一環(huán)節(jié)過程中損失的能量，因此在實際的狀況中可以對重?zé)岈F(xiàn)象進(jìn)行合理的利用。產(chǎn)生重?zé)岈F(xiàn)象的因素有很多種，但是如果能夠在多級的環(huán)節(jié)中對損失的能量加以利用，可以有效的提高能量的利用效率，但是重?zé)岈F(xiàn)象并不是任何狀況下都能夠?qū)崿F(xiàn)對能源的再利用，只有在利用率低的情況下可以利用。而且即使再利用也不可能對所用的能量進(jìn)行利用，只能夠利用一部分。

另外，系統(tǒng)對重?zé)岈F(xiàn)象中損失的能量利用并不是越大越好，利用系數(shù)保持在一定的范圍內(nèi)，才能夠?qū)ο到y(tǒng)最佳，經(jīng)過大量的實驗研究，一般對重?zé)崂玫男时３衷?%～8%之間。因此在熱電廠中要根據(jù)電廠的實際情況去選取合適的利用系數(shù)，從而保證在整個發(fā)電系統(tǒng)中能夠正常運行的前提下，最大程度的利用熱能和動力工程。

3.2 調(diào)配選擇與工況變動

假調(diào)頻就是指發(fā)電機組在進(jìn)行并網(wǎng)的過程中會對電網(wǎng)中的頻率產(chǎn)生影響，造成電網(wǎng)頻率波動范圍在10 Hz以上，這樣電網(wǎng)的控制系統(tǒng)就會對自身的頻率變化動態(tài)進(jìn)行檢測，并調(diào)整自身的頻率以保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，電網(wǎng)就會自動的增減整個系統(tǒng)的負(fù)荷，從而保證電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定。但是在進(jìn)行增減負(fù)荷的過程中系統(tǒng)中的運行機組數(shù)量就會發(fā)生變化，這樣會增加在控制過程中的難度，從而增加電網(wǎng)工作人員的工作負(fù)荷。因此當(dāng)電網(wǎng)中的負(fù)荷發(fā)生大的變化時，只是通過一次的調(diào)頻并不能夠完全穩(wěn)定整個系統(tǒng)的運行頻率。此時可以通過二次調(diào)頻的方式對頻率再次進(jìn)行調(diào)整，將電網(wǎng)的頻率穩(wěn)定在0.2 Hz的變化范圍內(nèi)。

一般對電網(wǎng)進(jìn)行二次調(diào)頻的方式主要有：手動調(diào)頻和自動調(diào)頻兩種。鑒于操作的難易程度和操作的時間特點，一般在熱電廠中采用自動調(diào)頻的方式對電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)整。因此在進(jìn)行熱能與動力工程的改進(jìn)過程中需要對調(diào)整的方式進(jìn)行合理的選擇，盡量選取能夠有效提高經(jīng)濟效益的措施。

除此之外，還需要對汽輪機的運行工況變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。運行工況與焓值有一定的關(guān)系，假如說在汽輪機的第一閥當(dāng)運行工況中流量增加，就會增加系統(tǒng)中的壓力，這樣就需要降低焓值的等級，反之則要增加焓值的等級。當(dāng)?shù)谝婚y值全開，第二閥值關(guān)閉的狀況下，焓值需要在最大中間值的位置，這樣整個系統(tǒng)的運行工況就會發(fā)生變化，但是中間級的壓力和焓值的大小并不會發(fā)生變化，因此在進(jìn)行調(diào)節(jié)的過程中需要根據(jù)實際的狀況和各閥門的狀態(tài)進(jìn)行運行工況的選擇，從而保證能夠很好的利用熱能和動力工程。

比如說在背壓式汽輪機的改進(jìn)工程中可以在背壓式汽輪機上裝一個后置的低壓凝汽汽輪機，這樣在進(jìn)行發(fā)電的過程中低壓凝汽汽輪機會利用背壓式汽輪機中產(chǎn)生的熱氣進(jìn)行再次發(fā)電，形成雙重發(fā)電，經(jīng)過這樣的改造就可以有效的提高背壓式汽輪機的發(fā)電效率。在原來的被壓式汽輪機的工作中需要補充70%的水分，這樣將70%的水分從15 ℃加溫到鍋爐溫度就需要再次消耗20%～30%的能量，在進(jìn)行改進(jìn)之后就會節(jié)約12%左右的電量。

3.3 提高節(jié)流調(diào)節(jié)效率

在熱電廠中進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)的過程中不存在對調(diào)節(jié)級的調(diào)節(jié)，而且在第一級的調(diào)節(jié)過程中往往可以完成全周進(jìn)汽，在運行工況發(fā)生變化時，各級之間的溫度會隨著發(fā)生變化，溫度變化，就會更加符合負(fù)荷的存在。這種形式的調(diào)節(jié)雖然能夠起到節(jié)流調(diào)節(jié)的作用，但是從整體而言，不能夠有效的提高經(jīng)濟效益。因此該種調(diào)節(jié)方式主要應(yīng)用在小容量的機組設(shè)備中。

但是隨著社會的發(fā)展，對電能的使用也越來越多，要求熱電廠能夠在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上進(jìn)一步的提高發(fā)電效率和熱能與動力工程的利用效率，因此在進(jìn)行熱能與動力工程的改進(jìn)過程中可以采用弗留格爾公式應(yīng)用到節(jié)流調(diào)節(jié)過程中。弗留格爾公式能夠根據(jù)熱電廠中的實際數(shù)據(jù)進(jìn)行快速的計算，推算出各級的焓值大小和壓力差的大小，根據(jù)推算的數(shù)值，電網(wǎng)工作人員就能夠準(zhǔn)確的對機組設(shè)備中的零部件的運行狀況和使用效率進(jìn)行判斷，對其異常之處進(jìn)行判斷和處理，從而保證機組設(shè)備能夠高效的運行，這樣就能夠有效地保證機組內(nèi)節(jié)流調(diào)節(jié)的高效性。

3.4 降低濕氣損失

濕氣損失在工程各行中大約占68%左右，由此可見濕氣損失嚴(yán)重。根據(jù)濕氣損失對熱電廠的影響分析可以發(fā)現(xiàn)在熱能與動力工程的改進(jìn)過程中降低濕氣損失十分有必要。一般減少濕氣的措施主要有：使用去濕裝置、使用中間再循環(huán)系統(tǒng)對濕氣進(jìn)行再利用、增加整個系統(tǒng)中機組的抗沖蝕能力等措施。但是在實際的運行中，進(jìn)行這些措施的操作過程還會產(chǎn)生機械損失。比如說軸承之間的摩擦力等。因此在進(jìn)行降濕的過程可以采用軸流式汽輪機。

在軸流式汽輪機的工作過程中的濕氣損失為60%，在進(jìn)行改進(jìn)的過程中主要是將汽輪機內(nèi)部的高壓蒸汽從汽輪機的而一側(cè)輸入，然后從另一側(cè)輸出低壓的蒸汽，這樣就會在汽輪機內(nèi)形成一股由高壓指向低壓的指向力，這樣就可以在降低能源消耗的基礎(chǔ)上，有效的提高熱能和動力工程的利用效率，將效率提高到75%以上，因此在熱電廠中采用軸流式汽輪機在熱能和動力工程的改進(jìn)中十分重要。

4 結(jié) 語

本文主要是針對在熱電廠中熱能和動力工程的能源利用效率低下的問題進(jìn)行研究，通過對熱電廠熱能和動力工程的原理和未來的研究方向進(jìn)行闡述，分析在實際中熱電廠運行的現(xiàn)狀，找到能夠有效提高熱能和動力工程利用效率的措施，并從合理利用重?zé)岈F(xiàn)象、調(diào)配選擇與工況變動、提高節(jié)流調(diào)節(jié)效率、降低濕氣損失四個方面進(jìn)行熱能和動力工程的改進(jìn)策略。

參考文獻(xiàn)：

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