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热力发电厂回热加热系统
摘 要：机组回热系统是火电厂热力系统的最重要的部分分之一。回热系统涉及加热器加热器的抽气、抽水、疏水、抽吸系统、主凝结水、给水除氧和主给水等诸多系统，没有足够的可靠的、安全的和灵活性，火电厂难以发挥应有的经济效益。

关键词 再热器 热力系统

众所周知，能源问题已经成为世界各国共同关注的问题，在我国这一现象更加凸显。由于我国粗放型经济增长方式，又处在消费结构升级加快的历史阶段，能源消耗过大，因此节能降耗将是一项长远而艰巨的任务。根据美国及我国电力行业调查统计表明，我国平均供电煤耗率要比发达国家高出30~60g/kWh，这是一个很大的差距，说明我国的电厂节能有很大的节能潜力可以挖掘。因此，电站热力系统节能是关系到节能全局以及可持续性发展的大事。因此，在热力系的环境下，揭示各种节能理论内在的联系，深入地研究和发展节能要的理论和现实意义，对电厂的节能降耗工作具有很强的指导性。
一、热力系统经济指标
我国火力发电厂常用的热经济型指标主要有效率和能耗率两种。
（一） 全场热效率ηcp：
其中，Nj为净上网功率，B为燃煤量，Ql为燃煤低位发热量。
全厂热效率指标是电厂运行的综合指标，在进行系统分析是，常将这一综合指标进行分解，以区分各厂家的责任和主攻方向，因此可以改写为：
其中，ηb：锅炉效率，锅炉有效吸热量与燃煤低位发热量之比；
ηp：管道效率，汽轮机循环吸热量与锅炉有效吸热量之比；
ηi：汽轮机循环装置效率，汽轮机内部功与循环吸热量之比；
ηm：机械效率，汽轮机输出功率与内部功率之比；
ηg：发电机效率，发电机上网功率与前端功率之比；
∑ξi：厂用电率，电厂所有辅机消耗电功率之和与发电机上网功率之比。
（二） 热耗率和标准煤耗率
热耗率指标综合评价汽轮机发电机组热经济性，其实质是发电机每发电1kWh，工质从锅炉吸收的热量值。定义式如下：

煤耗率指标也可以分为两种：发电标准煤耗率和供电标准煤耗率。
二、热力系统计算方法现状
热力系统计算是火力发电厂汽轮机组运行性能分析、热力试验和系统改进中常见的计算工作，对热力系统进行计算的目的是为了确定机组的各项热性指标，因此选择适当的热力系统计算方法是机组热经济性分析的重要前提。系统计算方法种类很多，按照它们所依赖的热力学基础可分为：第一定律分析和第二定律分析法。
常规热平衡法是在结合质量平衡和能量平衡基础上，对实际热力系统进行的数值计算方法。计算中需要对热力系统进行变工况计算，以确定汽轮机抽汽口和排汽端的蒸汽参数以及回热系统的各相应参数，其实质是确定汽轮机新的膨胀过程线和系统参数，核心和难点是汽轮机变工况计算。
等效热降法是以新蒸汽流量、循环的初终参数和热力过程线均保持不变为前提，以内功率(等效热降)的变化来分析热力系统的热经济性。在热力系统局部分析中，等效热降法改善了常规热力计算的不足，提出了等效热降的概念并在此基础上建立了热力系统分析的新方法，使热力计算具有了系统分析功能。
循环函数法根据热力学第二定律，以循环不可逆性（或冷源损失）分析轮机循环节能定性分析的判据，以循环函数式为汽轮机循环节能定量计算的工循环函数法是一种计算复杂热力系统的好方法。
熵分析法是通过对体系的熵平衡计算，求取熵产的大小及其分布，分析影响熵产的因素，确定熵产与不可逆损失的关系，作为评价过程的不完善程度和改进过程的依据。
火用分析法[4]是在热力学两大定量的基础上，结合环境情况从对能的本性的全面认识，从能的实用性出发提出的一种思想和方法，它是从能量转换的角度表示设备或热力过程完善性的科学指标。
代数热力学法是一种分析热力系统能量的分析方法。该方法运用事件矩阵来描述一个系统中各个子系统的能量出、入关系，火用矩阵定义了各股流的火用值，火用分支定义了单一系统出、入流的关系，最终得到结构矩阵[FP]，该矩阵从全局的高度开拓了研究全、子系统关系的新趋势。
三、当前仍然存在的问题
1.普遍意义上的系统工程分析方法仍然欠缺，数学工具仍然有待发展，利用计算机来进行热力系统节能分析的研究不足。目前都是采用局部优化运行的方法，系统节能分析方法仍有待于进一步发展。
2.本质上来讲，目前的系统研究都属于稳态研究。研究的基础是发电系统部分热力学参数一致，且在运行中保持恒定，这固然会使研究的复杂程度大大简化，但同时也使其具有局限性。热力系统节能分析方法在机组变工况下应用研究较少。
3.不同的热力系统分析理论都是从不同的角度来研究热力系统这一对象，不同理论之间的相互关系的研究还很不充分。
4.无论是设计高参数的大容量机组，还是改善现有机组的运行水平，挖掘机组的节能潜力，都需要一种有效准确的节能理论进行指导，才能有的放矢地采取节能措施。而合理地确定优化的性能指标，正确地建立系统与生产过程的数学模型仍然需要加大研究。
四、热力系统节能技术措施
热力系统节能有多种途径可以实现。对于新设计机组，可通过优化设计，合理配套进行节能；而对于运行机组，可通过节能诊断，优化改造，监测能损，指导运行，实现节能目标。
在电厂的发展中，曾先后采用回热和再热两种循环方式，使得循环效率大为提高。当前，可行的节能技术改造措施包括：
汽轮机通流部分实施技术改造。目前这种改造大体可以分为两类：一类是提高汽轮机内效率，达到降耗目的；另一类是降耗的同时提高汽轮机的出力。具体改造措施有更换气缸，将双列调节级改为单列调节级等。
采用新型密封技术改造锅炉空气预热器。空预器的漏风问题一直是影响锅炉燃烧，降低效率的威胁。通过采用新型密封技术，降低空预器漏风率，不仅减少排烟损失，降低飞灰含碳量，还可以节约厂用电，降低厂用电率。
锅炉制粉系统技术改造。通过改造磨煤机系统、密封系统，可以提高制粉效率，降低制粉单耗，从而降低煤耗。
电站循环冷却水余热再利用。通过凝汽器由循环冷却水带走的热量一般占输送总能量的15%以上，有的甚至高达25%以上，造成了能量的极大浪费。如果能采用余热利用技术把这部分能量利用起来，势必会对电厂效率提高产生明显的效果。
五、结 语
目前，面临着能源资源逐渐匮乏和能源需求总量日益增大的双重挑战，节能降耗刻不容缓，尤其是能耗大户行业。电厂热力系统首当其冲，且与发达国家相比，我国的热力系统节能降耗还是有很大的潜力和空间可以充分挖掘。有理由相信，随着相关热力系统分析方法的逐步发展和完善，电厂热力系统节能降耗将会取得更长远的进步。
热泵技术是一种新型的节能制冷供热技术，长期以来主要应用于建筑物的采暖空调领域。因热泵制热在节能降耗及环保方面的良好表现，卫生热水供应系统也越来越多的采用热泵设备作为热源[2]。其中以室外空气为热源的空气源热泵，结构简单，不需要专用机房，安装使用方便，在卫生热水供应方面具有不可替代的优势，除了比较大型的空气源热泵热水系统外，现在已有多个品牌的小型的家用空气源热泵热水器也投放市场。但空气源热泵的一个主要缺点是供热能力和供热性能系数随着室外气温的降低而降低，所以它的使用受到环境温度的限制，一般适用于最低温度-10℃以上的地区
将热泵技术与太阳能结合供应生活热水，国内外进行了许多这方面的研究，主要有两种方式，一种是直接以空气源热泵作为太阳能系统的辅助加热设备，另一种是利用太阳能热水为低温热源或将太阳能集热器作为热泵的蒸发器的太阳能热泵系统。前者以太阳能直接加热为主以空气源热泵为辅，解决太阳能供热的连续性问题，但仍旧无法摆脱环境温度对热泵制热性能的影响；后者完全以太阳能作为热泵热源，大大提高了太阳能的利用效率，但太阳能资源不足时仍需要增加其它辅助热源，并且热泵供热能力受太阳能集热量的限制，规模一般比较小。
在大型的太阳能中央热水系统中，空气源热泵无疑是一种比较理想的辅助加热设备，为了改善空气源热泵在低温环境下制热运行的性能，扩大它的使用区域，结合国内外太阳能热泵研究中的先进经验，我们研制了一种适合于低温环境中工作的太阳能—热泵中央热水系统。该系统采用一种新型的采用低温太阳能辅助的空气源热泵机组和太阳能集热系统结合，太阳能和热泵互为辅助热源，最大限度的利用太阳能，解决阴雨天气及冬季环境温度较低太阳能资源不足时热水供应保证率，做到全年、全天候供应热水
水泵作为一种转动机械，转轴与泵壳之间必然留有间隙，为了防止液体流出泵外或空气漏入泵内（入口为真空情况），一般在轴与泵壳之间设有轴密封装置。近年来由于高温高压泵的不断发展，密封问题已经成为影响泵安全工作的重要因素之一。目前所采用的轴封装置一般有以下几种形式：填料密封、机械密封，迷宫式密封、浮动环密封，而对于众多火力发电厂中的低压水泵，一般采用软填料密封。多用石棉、碳素纤维、聚四氟乙烯树脂等材料编织成方形或圆形。软填料密封具有用途广、价格便宜等特点。加软填料的水泵平时如渗漏，一般采用紧盘压盖的方法。如果无效，就必须停泵重新换填料。而软填料使用周期一般较短，且对轴套的磨损较大，这就使得平时的维护量增大，而且不经济。现阶段能否用其它方法代替盘根的使用呢？借鉴国外的经验并结合中国火电厂的实际，可用填料枪注射软填料的方法来代替盘根的使用。
　　填料枪注射软填料的原理就是把泥状的软填料用较高的压力注射入水泵的填料室，从而代替呈绳状的盘根。填料室的其它部件保持不变。
利用基于系统传热网络图所编制的传热计算软件的计算，获得了大量的热力系统计算结果，依此为基础，得到了各影响因素对暖风机性能单独作用时的变化规律，综合上述的分析，可得如下结论：
　　1．过低的环境温度和压力，对机组性能及适应性是不利因素。过低的环境温度主要引起燃烧器点火困难和燃烧不稳定；高海拔高原地区，由于大气压力过低，引起机组供热量和效率明显降低，其主要原因是在保证完全燃烧的前提下，高原燃烧需要更大的过剩空气系数。因此，设计时，考虑对过低温的助燃空气的预热；采用多种措施降低高原运行时的过剩空气系数，是提高机组性能及适应性的关键。
　　2、增大送风量对提高机组供热量和热效率是有利的，但过大的送风量是不利的，一方面电耗随风量增大呈平方增加：另一方面风机容量的增加导致机组体积增大，机动性降低。因此，设计、运行时，送风量应根据暖风机的容量、海拔高度、环境温度等因素选取合适值。
　　3、机组燃油量是炉膛体积发热强度的体现，对给定机组，存在一个最优值。当低于该最优值时，导致过大的炉膛体积，对机组的热力性能不利；当超过该最优值时，虽能使机组供热量升高，但会同时降低机组热效率。因此设计时，应从保证给燃料量完全燃烧来确定炉膛体积；而运行时，应在给定炉膛体积下，保证燃料的完全燃烧来确定燃油量。
负荷指令处理回路见图1.它主要完成目标负荷设定、一次调频、高低负荷设定及限幅、升降负荷速率限制及负荷闭锁增减等功能.在协调运行方式下机组的目标负荷由运行人员设定,或接收电网调度系统发来的中调指令.如果选择了除协调方式外的方式,那么实际负荷指令自动跟踪发电机实际负荷.
负荷变化率设定:负荷速率由运行手动给定或由负荷产生自动的负荷变化率.负荷变化率的限制加在目标负荷信号上,以消除负荷需求信号的突然变化.可以用手动或自动的方法设定负荷变化率.在自动方式情况下,给出了由功率需求指令或锅炉输入指令所形成的自动负荷变化率.在手动方式情况下,运行人员在画面上手动设定负荷变化率.作为速率限制条件还要考虑汽机应力情况,由汽机应力所引起的负荷率的上限送给负荷目标信号.频率偏置:一次调频功能是机组的必备功能,并且不能随意切投,电调机组无论在那种运行方式下运行都必须参与一次调频.DEH 一般是将一次调频信号直接迭加在调速汽门指令上.在协调方式下,由DCS 和DEH 共同完成一次调频功能,这样既保证了一次调频的速度,又保证了机组参与一次调频的持续性.频率偏置只用于协调控制方式被选择时,并且考虑主蒸汽压力的修正,提供频差的高/低和速率限制,防止锅炉输入控制需求指令的波动,以维持锅炉在安全的范围内运行.
负荷的高低限制:目标负荷限幅上下限,由运行人员在操作画面上设定,对负荷需求信号的高值和低值的限制,并且只能在协调控制运行方式下使用.经过高低限制的负荷需求信号转换成功率需求信号(MWD).
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