热动系统在火电厂中的节能优化措施

热动系统在火电厂中的节能优化措施

冯华军

大连发电有限责任公司 辽宁大连 116035

摘要：本文从燃料利用率、废热回收及自控系统三方面剖析能耗过高的根本原因，指出燃烧设备老化、余热梯级利用不足及控制策略滞后是主要瓶颈。随后，针对性地提出以机组改造、锅炉排烟余热回收、凝结水系统升级及变频器技术应用为核心的节能优化措施。研究结果表明，系统性技术革新与管理优化可显著挖掘火电厂节能潜力，为行业绿色转型提供理论与实践参考。

关键词：热动系统；火电厂；节能优化

引言

在全球能源结构转型与“双碳”目标驱动下，火电厂面临提升能效与减少碳排放的双重挑战[1]。热动系统作为火电厂能量转换的核心载体，其运行效率直接影响全厂经济性与环境效益。尽管超临界机组与清洁燃烧技术的应用已取得阶段性进展，但实际运行中仍存在燃料利用不充分、余热资源浪费及控制策略粗放等问题，有待进一步解决。

1 火电厂热动系统能耗过多的常见原因分析

1.1 燃料利用率问题

火电厂热动系统的核心是通过燃料燃烧释放热能驱动发电机组，燃料利用率的高低直接决定能源转换效率。然而在实际运行中，燃料利用率不足是造成能耗过高的首要原因。燃料燃烧过程受多重因素制约，例如燃烧设备老化导致燃料与空气混合不均匀，无法实现充分燃烧，部分未燃尽的燃料随烟气排放，造成化学能浪费。此外，锅炉设计参数与实际燃料特性不匹配的情况普遍存在，尤其是燃用低热值或高水分燃料时，燃烧稳定性下降，炉膛温度场分布失衡，热量往往无法高效传递至工质。

1.2 废热利用率问题

火电厂热动系统在能量转换过程中产生的废热，是未被有效利用的潜在能源。以锅炉排烟为例，烟气温度通常高达120℃以上[2]，这部分热量若直接排入大气，不仅造成能源浪费，还加剧环境热污染。汽轮机排汽冷凝环节同样存在热能损失，传统水冷或空冷系统仅完成工质相变循环，未对冷凝释放的潜热进行回收。此外，辅机设备运行产生的余热（如循环水泵、风机轴承摩擦热）往往也通过自然散热消耗，缺乏系统性回收规划。

1.3 自控系统问题

火电厂热动系统的自动化控制水平直接影响能源消耗的动态平衡。当前，多数电厂的自控系统仍采用传统PID控制或分段逻辑控制策略，难以适应多变量、强耦合的热力过程。例如，锅炉负荷变化时，燃料供给、送风量、引风量等参数的协同调节存在滞后性，导致过渡工况下燃烧效率骤降。传感器精度不足或维护不及时加剧了这一问题，部分关键参数（如烟气含氧量、蒸汽压力）的测量误差可能使控制系统作出反向调节，形成恶性循环。

2 火电厂热动系统节能优化策略

2.1 热动系统机组改造

火电厂热动系统的机组改造是提升能源利用效率的根基，其核心在于通过设备升级与工艺优化打破传统运行模式的能效瓶颈。汽轮机作为能量转换的核心设备，其通流部分的改造尤为关键。例如采用新型三维气动设计叶片替代传统直叶片，可显著降低蒸汽流动过程中的涡流损失，同时优化级间密封结构，减少漏汽对热力循环的干扰。对于服役年限较长的机组，通过更换耐高温高压的新型材料（如陶瓷涂层转子或高铬合金叶片），能够提升主蒸汽参数的耐受能力，从而在同等燃料输入下扩大有效焓降。

2.2 锅炉排烟余热的回收利用

传统锅炉排烟温度普遍高于设计值，其携带的热量约占燃料总热值的5%-10%，通过加装低温省煤器或烟气余热深度回收装置，可将排烟温度降至酸露点以上合理区间，回收的热量用于预热凝结水或助燃空气，直接减少锅炉燃料消耗[3]。对于高水分燃料电厂，采用烟气再循环技术可将部分低温烟气重新引入炉膛，既降低排烟温度，又通过调节燃烧区氧浓度抑制氮氧化物生成，实现节能与环保的双重收益。在系统设计层面，构建多级余热回收网络能够显著提升能量利用率。例如将高温烟气余热用于驱动吸收式热泵，中温段余热用于加热除盐水，低温段余热则接入厂区供暖系统，形成温度对口、梯级利用的能源分配体系。

2.3 蒸汽凝结水回收系统改造

传统开式回收系统存在大量闪蒸汽直接排放的问题，不仅造成高品质水资源的浪费，还伴随可观的热能损失。改造为闭式回收系统后，凝结水通过加压装置直接返回除氧器，闪蒸汽经高效汽水分离器收集后用于低压加热器或除氧器补汽，实现工质与热量的同步回收。针对高温高压疏水，增设闪蒸罐可将其降压扩容产生的二次蒸汽并入低压蒸汽管网，供厂区辅助设备使用。在系统布局上，采用分布式凝结水回收单元替代集中式回收站，能够缩短管道输送距离，减少沿程散热损失。对于水质控制，引入在线电导率监测与自动排污装置，可精准识别并排除含铁量超标的凝结水，避免杂质在锅炉受热面沉积。

2.4 合理应用变频器技术

变频器技术在火电厂辅机系统的节能优化中具有广泛适用性。传统定速运行的辅机设备（如引风机、给水泵、循环水泵）通常通过调节挡板或阀门开度满足负荷需求，导致大量电能消耗在节流损失中。加装高压变频器后，设备转速可随工况需求实时调整，使电机功率与负载精确匹配。例如在机组低负荷时段，引风机转速降低可减少30%-50%的电耗，同时改善烟风系统的调节响应速度

[4]。对于并联运行的设备群，采用主从控制策略的变频协调方案，能够根据总流量需求自动分配各设备的最佳运行转速，避免“大马拉小车”的无效功耗。在系统集成层面，变频器需与DCS系统深度融合，通过模糊PID算法或模型预测控制实现多变量协同优化。例如，锅炉给水系统中，变频泵的转速可根据汽包水位、主蒸汽流量、给水温度等多参数联动调节，在确保安全的前提下最小化泵组能耗。

3 结语

火电厂热动系统的节能优化是能源技术革新与可持续发展战略交汇的重要领域。节能改造工作需统筹考虑技术经济性、设备兼容性及运行可靠性，未来研究应进一步探索新能源耦合供热、数字孪生技术驱动的动态优化等前沿方向。唯有持续推动技术创新与管理模式变革，方能在保障能源安全的前提下，实现火电厂从“高耗能”向“高效能”的跨越式转型。

参考文献

[1]周铭祺.浅析热工优化控制在火电厂节能中的应用[J].中国设备工程,2024(20):84-86.

[2]杨成.火力发电厂热动系统节能优化措施实践研究[J].中国科技期刊数据库 工业A,2024(11):205-207.

[3]李旭.火力发电厂热动系统节能优化措施探究[J].电力设备管理,2023(20):214-216.

[4]史圯.火电厂热能动力工程中的节能技术分析[J].电子技术（上海）,2023,52(3):214-215.