火力发电技术的发展方向和设计优化

火力发电技术的发展方向和设计优化

熊楚安

中国电建集团江西省电力设计院有限公司 江西南昌 330096

摘要：火力发电体系的不断升级，需要火力发电技术发展作为支撑；与此同时应当对火力发电厂进行优化处理，提升火力发电厂的合理性和生产效率。本文首先分析火力发电技术的发展方向，随后从火力发电厂角度出发，探讨设计优化的路径。

关键词：火力发电技术；发展；设计优化

引言：火力发电是我国电力发电体系中的支柱，提升火力发电效率和环保效应、优化火力发电生产模式，是火力发电改革的重要目标。因此有必要探讨火力发电可以采用的技术手段，并为火力发电模式的优化提供多条建议。

一、发展方向分析

1．清洁能源使用。火力发电中的清洁能源使用主要表现在清洁煤的使用以及清洁能源结构变化两个方面，在此分别说明。

（1）清洁煤使用。清洁煤是对原煤加工后的结果，例如以获取液态煤为目标，在原煤中加入添加剂，原煤加工中的水煤技术核心就在于此。加入添加剂后得到液态的煤炭具有明显的混合性质，在运输、使用、燃烧煤炭的过程中更加便利。煤炭燃烧过程中产生的废弃物不容忽视，需要对燃烧过程进行净化。石灰石装置在净化煤炭燃烧过程中广泛应用，应用氮氧化物技术也可以控制煤炭燃烧过程中的污染效应，在火力发电中应用空间广阔。与此同时，在火力发电燃煤技术优化过程中，注重煤气与液化床联合循环，发挥循环液化的作用；参与循环液化的机组功率容量超过200MW，保证循环液化动力。

（2）清洁能源结构变化。火力发电对于能源的需求呈现出多样化特征，有效应对已经发生的能源危机。在火力发电能源逐步短缺的背景下，开发清洁能源、推动清洁能源结构变革成为当务之急。天然气的应用凸显清洁能源的结构变化，在火力发电中应当逐步推广天然气使用。天然气具有能量高、易燃性强等特征，燃烧过程中不会产生污染效应，也为火力发电提供了重要的能量来源。

2．可持续发展技术使用。

（1）总能利用多联产技术。提升能源使用效率的关键在于提升蒸汽做功效率，影响做功效率的因素有很多，例如初始状态下的温度和压力。能源在开始工作阶段需要有较高的参数状态作为支撑，在执行做功任务的同时不断降低参数，对蒸汽做功的利用以目的为依据。在火力发电场景中还可以利用综合能源系统，确保能源的合理分配。

热电联产是总能利用多联产典型技术之一，这种联产方式采用梯级热量供应方式，最大限度避免冷凝操作；与此同时采用抽汽组执行供暖任务，能源利用效率在75%左右。将联合循环使用机组应用其中，能源利用效率进一步提升，可以达到85%左右。在火力发电中使用热电联产技术，能够节省近35%的能源消耗；考虑到我国庞大的工业锅炉和火力发电规模，应用热电联产技术，意味着每年节省1亿吨燃煤。

以提升总能利用多联产持续性为目的，可以采用热电冷三联产技术；该技术以抽汽排汽工作方式为基础，通过热电冷三联产形成的冷水起到制冷作用，供热效应的原理与其类似。可见热电冷三联产技术不需要采用降温减压方式，直接通过排汽路径实现供热制冷效果，蒸汽利用效率明显提升。将该技术应用在火力发电中，有效降低背压机的负荷率，在保证火力发电生产工艺质量的同时体现联产节约环保效应。

（2）联合循环机组。在火力发电中使用的超临界参数机组，在提升火力发电质量和效率、控制火力发电能源消耗方面具有显著的作用，兼顾节约能源和保证发电质量的双重要求。超临界压力机组在经济层面也表现出较强的优势，有效控制火力发电厂的运营成本；目前常见的超临界压力机组有600MW和800MW两种规格，标志着火力发电技术方向。

二、火力发电设计优化

1．厂址选择与设计优化。选择火力发电厂址时应当综合考虑技术和经济状况，确定现场具有建设火力发电厂区的条件。火力发电厂选址需要所在区域规划相协调，有效控制厂区面积并挖掘单位厂区面积的价值潜力，达到控制投资的效果。布置火力发电厂区时通常采用竖向布置方式，厂区建设应当满足防水排洪、土方开挖平衡等要求，注重火力发电厂内与厂外环境的协调。火力发电厂区设计尽量采用联合建筑方式，行政办公区域与公共服务区域合为一处，必要时还可以与化学实验区域合并；污水废水处理区域同样联合布置。另外考虑到火力发电厂的管线布局，通常采用综合管架方式，对管线进行架空布局。

2．厂房布置优化。布置火力发电厂房时以模块化思路为基础，对火力发电厂房进行综合性考虑，包括厂房的面积、体积、建设工期等多项要求。火力发电厂房布置采用紧凑化布局方式，在确定厂房中的所有模块后，对模块进行优化处理，兼顾控制建筑面积和节约投资的要求。火力发电厂房通常采用钢筋混凝土结构，在紧凑布局的前提下控制占地面积。通过缩小汽机与锅炉之间的距离，有效控制管道的材料使用规模和阻力。火力发电脱硫系统的设置采用增加风机与引风机的合并方案，对电缆桥架的处理采用架空方式，与厂房内其他专业共同桥架，节省桥架施工支出和施工量。火力发电厂集中控制室使用“多机一控”理念，有效节省控制室面积和相关的人力支出，体现集中监控的优势。火力发电厂监控设备分散布局在监控目标附近，无需筹建集中式的监控楼，减少线路敷设工作量。

3．附属设施工艺优化。火力发电厂辅助蒸汽系统采用汽动启动方式，降低给水泵启动过程中产生的能耗；在给水泵出口部位加装调节设施，达到调节水流量的目的。火力发电厂采用等离子点火模式，优化燃油系统的工作模式，控制投资规模和场地占用面积，有效降低燃油使用量。采用煤粉点火技术可以减少火力发电设备工作过程中的粉尘排放量，降低环境污染效应。火力发电厂煤炭输送系统应当遵守距离短、转运环节少等规则，在完成煤炭储存、煤炭输送任务的同时提升煤炭输送效率；露天储煤场地中使用防风抑尘网，满足环保要求。在火力发电厂锅炉系统中采用汽力输灰系统，将收集到的灰尘保存在储灰库中；与此同时优化输灰管道的布置效果，提升输灰管道的工作效率，有效控制管道阻力。火力发电输煤系统的设置应立足于现状，根据火力发电厂规模扩建情况调整输煤系统布局，保证输煤系统的灵活性。火力发电厂脱硫系统的布局，以降低运行维护难度、提升脱硫效果为目的，采用合并增压风机与引风机的路径。火力发电厂冷源系统布局则考虑到所在地区的气候特征，例如在气候偏冷的北方地区采用集中空调设备，办公区域采用空调机与散热器相结合的方式。火力发电厂储灰场建设应当遵循分期建设的原则，并采取对应的环保措施。

4．设备选择优化。火力发电厂辅机设备选择应当兼顾容量、安全性、能耗等多项要求，保证辅机设备适应生产环境，降低辅机设备能耗。对凝结水泵、暖风器疏水泵等设备的优化采用变频调速驱动方式，适应上述设备运行受周围条件影响较大的特点。变频调速驱动的应用实现软启动效果，电动机启动过程中产生的瞬时冲击力被有效控制，降低电机损坏概率。火力发电厂控制系统的设计通常采用集中控制方式，对于辅助车间的控制采用无人化模式，体现自动化控制优势。火力发电厂设备选择尽量遵从国产设备优先的原则，对于部分关键部件、或者在采购过程相对困难的部件，可以采用进口产品。

结束语：火力发电前景广阔，其中可以优化的潜力点也是非常之多；在火力发电体系中要积极应用新技术，探索火力发电技术的应用方式并积累经验；与此同时加大优化创新设计力度，为火力发电厂发展赋能。

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