21世纪全球各国为应对温室效应加剧，纷纷制定符合自身国情的控制碳排放目标。作为现代社会的基本能源电能供应的发电厂，应积极响应环保节能要求，在保持充足电能供应的基础上，深度挖掘节能减排的潜力。发电厂每个工艺都是围绕着热能动力系统去工作，因此优化发电厂热能动力系统，对于节能有着十分重要的意义。本文将从火力发电厂工作概况、火力发电厂热能动力系统分析、余热利用和节能优化措施三大方面来进行深入剖析。
火力发电厂工作概况
火力发电厂的主要设备有锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、水泵等组成。生产工艺是，锅炉中的水吸收燃料燃烧时放出的热量，变成具有一定压力和温度的蒸汽送入汽轮机。在流经汽轮机时，通过喷嘴降低压力和温度，提高蒸汽流动速度。这种高速的蒸汽冲动汽轮机转子上的叶片旋转，并带动同一轴上的发电机转子旋转而发出电来。做完功的蒸汽送入凝汽器中被凝结成水（或送至热用户），然后由给水泵提高压力后再送回锅炉继续加热，进行往复循环。
电能的生产过程是一系列的能量转换过程，在锅炉内把燃料的化学能转变为蒸汽的热能；在汽轮机内把蒸汽的热能转变成轴旋转的机械能；在发电机内把机械能转变为电能。每个能源转换过程都存在能量转换效率，在理想的状态下，能量转换效率能够达到100%，即没有产生任何能量损耗。但在现实生产过程中，总会存在材料的保温性能，机械转动中摩擦损失等不可避免的因素，导致能量转换效率达不到100%，会产生能量损耗。我们要做的工作是怎么把这里损耗的能量减少，或者把这些必定会产生的损耗能量重新利用起来，综合提高能源的利用效率。
火力发电厂热能动力系统分析
发电厂的工艺以热能动力系统表示为朗肯循环。典型的朗肯循环热力系统如图1，给水经给水泵升压后打入锅炉，这个过程为绝热压缩过程；水在锅炉内被加热成过热蒸汽，这个过程为定压加热过程；从锅炉出来的过热蒸汽，经蒸汽管道进入汽轮机中，进行膨胀做功嗲东发电机发出电能，这个过程为绝热膨胀过程；做完功后的蒸汽被排入凝汽器中进行冷却，放出热量凝结成水，这个过程为定压放热过程。凝结水再通过给水泵重新送回锅炉加热，完成一个热力循环。
图1发电厂朗肯循环系统
朗肯循环在T-s图的表示如图2，其中1-2，汽轮机中的绝热膨胀过程；2-3，凝汽器中的凝结放热过程；3-4，给水泵中的绝热压缩过程；4-a-b-1，锅炉中给水加热到过热蒸汽过程。
图2朗肯循环的T-s图
余热利用和节能优化措施
由朗肯循环可知，组成朗肯循环的四个过程，必不可少的是汽轮机、凝汽器、锅炉、给水泵这四个部分。针对这四部分分别说明在工程实际上采取余热利用和节能优化的措施。
3.1锅炉烟气余热利用
通过对锅炉加热给水过程，人们可以发现余热回收利用率较低，锅炉燃烧产生的过多余热将伴随烟气、排污水等物质逸散。从节能减排的角度来看，要加强锅炉余热回收利用。目前，锅炉发电排烟温度通常能够达到 200℃，回收潜力较高，烟气热量回收利用能够有效节省能源【1】。实践应用上，可以采用烟道尾部加装管式换热器，利用烟气末端余热加热来水，作为热水源供给热用户作生产使用。或者作为热水源供给热水式溴化锂制冷机组，生产低温水供给冷用户。
3.2锅炉排污水回收。
为了保证锅炉设备长期运行，生产过程中会持续产生少量高温排污水，经扩容减压后，排污水将直接排放，导致余热浪费。首先，在锅炉上完成余热回收装置安装，对污水余热进行回收，作为低压加热器加热给水，使锅炉系统的热量得到充分利用。然后，将换热后的污水进行收集至污水集中处理，处理合格后的污水作为开式循环水的补充水，进行工质回收再利用。既达到排放要求，又可以重复利用余热。
3.3循环水设立二次换热器
在朗肯循环中，新蒸汽的热量在汽轮机中转变为有功的部分只占30%【2】，而其他70%左右的热量随乏汽进入凝汽器，在凝结过程被循环水带走了。这部分的热量用来加热循环水，使得循环水温度升高，最后经冷却塔冷却向大气逸散。由于循环水的进出水温差不到10℃，我们可以将经过凝汽器加热后的循环水，引入一个换热器再进行余热的利用。实践中，可以将液化天然气接收站储罐中-162℃左右的液化天然气，加热成气态的天然气，以便于管道输送和用户的使用。
3.4汽轮机设置轴封加热器
汽轮机运行中，新进的蒸汽高压高温，除了沿叶片方向流动外，在轴子两端处会向大气侧流动。为防止蒸汽不沿着轴面向外泄污染环境，影响轴承油质，并防止外界冷空气进入汽缸快速冷却缸体。在汽轮机的轴子两端与汽缸间隙之间，设置许多梳齿型的汽封片，阻止蒸汽沿间隙外泄，且与转子的表面保证一定的间隙，运行中不与大轴碰撞。考虑到蒸汽回收，在这些汽封片靠近大气侧设置腔室，用管道连接至换热器来加热给水，提高给水温度。另外存在同样因蒸汽压力高，会向外界泄露的汽轮机主进气阀的阀杆漏气也引入进换热器，一起作为热源加热给水。
3.5给水泵变频改造
给水泵是发电厂耗电量最大的辅机之一，国内机组300MW 机组给水泵年均耗电率约为3.0%，占发电厂用电量的35%左右【3】，影响发电成本和能源消耗，因此对电动给水泵进行变频改造成为必然趋势。变频调速是通过电力电子整流和脉宽调制逆变技术改变电动机电枢的电压和频率，除本身控制所需很少一部分能量消耗保持不变外，电力电子器件的损耗基本上与输出功率成正比，能在全转速范围内保持较高效率运行【4】。配合控制调节策略，根据给水量大小通过变频器调节给水泵的出力增加或减少，从而节省电能消耗。据有关研究，电动给水泵进行变频改造后，相对节电率达到27%-31%【5】，节能效果显著。
结语
在我国经济持续发展期间，能源始终占据着重要位置，发挥着不可替代的关键作用，为此，能源也受到了人们的高度重视。但是伴随着各行各业不断提高的能源需求，叠加生态环境承载力渐趋饱和，使我国社会面临着能源紧张的问题。发电厂作为能源高消耗产业的重要环节，要积极落实节能改造和优化热能动力系统工作，从而最大限度地实现节能减排的目的。本文从火力发电厂的工作原理出发，结合火力发电厂的热能动力系统进行剖析，根据现阶段实际状况，分别提出了在发电厂主要设备上进行余热利用和节能优化的措施，丰富了发电厂的节能降耗思路，为相关从业人员的后续研究提供参考依据。
参考文献：
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