基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统优化设计

基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统优化设计

江松

中国电建集团重庆工程有限公司 400000

摘要：随着对能源效率和环境保护的要求日益增加，热电联供系统已然成为一种重要的能源供应方式，其中，基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统具有巨大的潜力和优势，通过优化设计，可以提高能源利用效率，减少环境污染，实现可持续发展。所以近些年来这一内容得到了人们的广泛关注，为此本文将针对这一内容展开研究，以期能为社会经济发展和环境保护作出贡献。

关键词：火电汽机综合能量利用；热电联供系统；优化设计   

引言：在基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统优化设计中，需要考虑多个方面，以确保系统的高效运行和能源的最大利用，其中就需要进行合适的热电联供系统配置选择，对能量流动和互联方式进行系统优化，做好能量转化设备以及组件的设计工作，并且需要采用先进的控制策略以及调度算法，只有对这些方面进行综合优化，才能实现系统的高效运行和能源的最大利用，所以相关人员就需要对此加以关注，从而积极进行研究工作。

一、选择合适的热电联供系统配置

在选择合适的热电联供系统配置时，需要考虑多个因素。需要确定火电汽机的发电能力和热能产生量，以及周围环境的能源需求。根据这些数据，可以确定热电联供系统的规模和容量。需要考虑热电联供系统的可靠性和稳定性。选择可靠性高的设备和技术，确保系统能够长期稳定运行，并提供稳定的热能和电能供应。还需要考虑系统的效率和经济性。优化设计应该追求能源的高效利用，减少能源损失。选择高效的热电联供系统配置，可以提高整体能源利用效率，并降低运行成本。还应考虑系统的环境影响。选择低排放的设备和技术，减少对环境的污染和损害。同时，考虑系统的适应性和可持续性，选择符合环保标准和可再生能源利用的配置。需要进行综合评估和比较不同的热电联供系统配置。考虑以上因素的综合影响，选择最优的配置方案。可以通过模拟和实验等方法，评估不同配置的性能和经济效益，从而做出科学合理的决策，这将为能源领域的可持续发展和环境保护做出重要贡献[1]。

二、优化系统的能量流动和互联方式

优化系统的能量流动和互联方式是热电联供系统设计中的关键步骤之一，通过合理设计能量流动路径和互联方式，可以提高系统的能效，实现更高效的能量利用。对于能量流动的优化设计，可以考虑采用多级能量回收的方式（高效余热回收基本原理，如1：所示）。在热电联供系统中，火电汽机产生的废热可以：通过余热锅炉进行回收利用，用于供暖、蒸汽发生器或其他热负荷需求。通过热泵技术，将废热中的低温热能提升至更高温度，以进一步提高能量利用效率。这样的多级能量回收系统可以最大程度地利用废热，减少能源浪费。互联方式的优化设计也非常重要，在热电联供系统中，不同设备之间的能量互联可以通过热网络实现。通过合理规划热网络的布局和管道的设计，可以最大限度地减少能量传输过程中的能量损失。此外，还可以采用智能控制系统，实现对热力站、热交换器和热泵等设备的联动控制，以优化能量的分配和利用效率[2]。

图1：高效余热回收基本原理图

三、设计高效的能量转换设备和组件

在基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统的优化设计中，关键是设计高效的能量转换设备和组件，以最大程度地提高能源利用效率。这些设备和组件包括燃烧器、锅炉、汽轮机、发电机。对于燃烧器的设计，要考虑燃料的燃烧效率和排放控制。通过优化燃烧器的结构和燃烧过程参数，可以提高燃料的燃烧效率，减少燃料的浪费，并降低排放物的产生。同时，采用先进的燃烧控制技术，可以实现燃烧的稳定和可控，进一步提高能源转换效率。对于锅炉的设计，要考虑热能的传递和转化效率。通过优化锅炉的热交换面积和传热方式，可以提高热能的传递效率，降低烟气的排放温度，减少热能的损失。同时，采用高效的燃烧技术和燃烧辅助设备，可以提高锅炉的燃烧效率，进一步提高能源的利用效率。对于汽轮机和发电机的设计，要考虑能量转换的效率和可靠性。通过优化汽轮机的叶片和转子的结构设计，减小内部能量损失，提高汽轮机的输出功率和效率。同时，采用高效的发电机装置，可以将汽轮机输出的机械能转化为电能，并提高发电机的转换效率，实现电能的高效利用，推动经济的可持续发展和环境的保护[3]。

四、采用先进的控制策略和调度算法

在基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统的优化设计中，采用先进的控制策略和调度算法至关重要，这些策略和算法的引入可以有效地提高系统的能效和运行稳定性。可以采用先进的控制策略来优化系统的运行，一种常见的策略是模型预测控制（MPC），它可以基于系统的数学模型来预测未来的状态和性能，并根据预测结果进行优化调节。通过MPC，我们可以实时监测和调整火电汽机的运行参数，使其在不同负荷条件下保持最佳工作状态，从而提高系统的能效和稳定性。调度算法的选择也对系统的优化设计至关重要，传统的调度算法往往只考虑系统的经济性，忽视了对能源的综合利用。因此，我们可以采用基于多目标优化的调度算法，将经济性、能源利用率和环境影响等因素纳入考虑，以实现系统的综合优化。例如，可以引入遗传算法、粒子群算法等优化算法来获得最佳的调度方案，使系统在满足负荷需求的同时最大限度地利用能源，降低对环境的影响。还可以结合智能控制技术来进一步提高系统的性能。可以采用模糊控制、神经网络控制等方法，实现对系统的自适应调节和优化。这些智能控制技术可以根据实时的传感器数据和系统的运行状态，自动调整参数和控制策略，以适应不同的工况和负荷需求，提高系统的稳定性和能效

[4]。

结束语：

综上所述，基于火电汽机综合能量利用的热电联供系统优化设计是一个复杂而又重要的工作，只有通过合适的系统配置选择、能量流动和互联方式的优化、能量转化设备和组件的设计以及先进的控制策略和调度算法的应用，才能实现热电联供系统的高效运行和可持续发展，这对于提高能源利用效率、减少能源浪费、保护环境和实现可持续发展目标具有重要的意义。

参考文献：

[1]罗丽琦,谢广元,王绍荣.以气化煤气为燃料的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计[J].洁净煤技术,2023,29(05):68-79.

[2]张浩生,赵丽凤,王波.基于某百千瓦级微型燃气轮机的HAT循环热力系统设计与分析[J].燃气轮机技术,2022,35(04):11-19.

[3]罗丽琦,王月,钟海军,李庆勋,谢广元,王绍荣.固体氧化物燃料电池热电联供系统设计[J].综合智慧能源,2022,44(08):25-32.

[4]张敬,卢雁,李圣,谢光彩,万忠民.基于模糊PID控制的家用燃料电池热电联供系统建模与仿真[J].储能科学与技术,2021,10(03):1117-1126.