燃煤电厂1000MW机组的热能利用效率提升技术研究

燃煤电厂1000MW机组的热能利用效率提升技术研究

姚世赟

广东粤电博贺能源有限公司    

摘要

随着环保要求提高和能源成本上升，提升燃煤电厂1000MW机组热能利用效率势在必行。本研究围绕燃料燃烧、热交换效率与系统优化等方面展开，通过对现有技术的改进和新技术的应用，探讨提高热能利用效率的可能路径。研究结果表明，通过优化燃烧调整策略、改进热交换设备设计、以及采用先进材料和设备，可以有效提升锅炉的热效率，降低能耗及排放。这些技术的应用不仅可以提升电厂经济效益，同时也有助于环境保护。

关键词：热能利用效率；燃煤电厂；系统优化；热交换效率；环境保护

引言

燃煤电厂作为能源产业的重要组成部分，机组效率的提升直接关系到能源政策的实施与环境保护目标的实现。随着全球对于环境保护和能源效率的关注不断增加，燃煤电厂面临着压力与挑战，迫切需要通过技术革新和优化措施提升其热能利用效率。本研究旨在通过综合分析和技术革新，提出有效的优化策略，实现热能效率的显著提升，为燃煤电厂的可持续发展提供支持和保障。

一、燃煤电厂热能效率的现状与挑战

（一）热能损失分析

燃煤电厂在能源生产中占据重要地位，然而热能效率低下始终是制约其发展的关键因素。热能损失主要来源于燃料燃烧不完全和热交换设备的低效运作，在燃料燃烧过程中，未完全燃烧的煤炭不仅造成能源浪费，直接影响到锅炉的热效率，还会增加有害气体的排放，如一氧化碳和未燃尽的碳颗粒，对环境造成影响。热交换设备效率低也是导致热能大量损失的重要因素【1】。例如，受热面积灰或磨损会降低热交换效率，锅炉产生的热量不能有效传递给工质，导致能量大量损失。面对这些挑战，电厂需采用先进的燃烧技术，优化燃料的空气动力结构，确保燃料更充分地燃烧。同时，通过定期清理和维护热交换设备，确保设备在最佳状态下运行，从而提升热能转换效率。这些措施不仅提高了能效，还符合新的发展理念，促进了环境保护与资源的可持续使用。通过技术革新与管理优化，可有效提升燃煤电厂的整体热能利用率，对能源行业可持续发展具有重要意义。

（二）环境与经济压力

环保法规的逐步严格和能源成本的持续上升对燃煤电厂运营构成了双重压力。随着全球对气候变化问题的日益关注，各国纷纷推行更严格的环保法规，要求电厂降低污染物排放，如二氧化硫和氮氧化物等。这些法规不仅提升了运营成本，还要求电厂投资昂贵的净化设备和技术升级。煤炭价格的波动性增加了电厂的经济负担，尤其在资源短缺或政策变动时，煤价可能会迅速上涨。这种成本上升直接影响了电厂的经济效益，迫使其在提高效率和降低运营成本之间寻找平衡。为应对这些挑战，电厂需要通过技术创新来优化能效，比如采用超临界和超超临界技术、一二次再热燃烧提升热效率，减少燃煤消耗量，同时降低环境污染。在管理策略上，采用更为精细化的能源管理系统，实时监控能源消耗和排放情况，确保运营决策的科学性和经济性，从而在保证环保要求的同时，也能维持企业的经济效益。这些措施在提升电厂运营的可持续性方面起到了关键作用。

二、技术革新与优化策略

（一）燃烧优化技术

改进燃烧技术和优化空气与燃料的混合比例是提升燃煤电厂热能效率的关键手段。通过精细化管理燃料的供给和燃烧过程，可以显著提高燃料的燃烧完全性，从而降低未燃尽的炭粒和有害气体的排放。现代燃烧技术如低氮燃烧技术（Low-NOx）和燃料再燃技术（Reburning），通过调整燃烧器设计和操作参数，有效控制燃烧区域内的氧气浓度和温度，促进燃料的充分燃烧并减少氮氧化物的生成。实施高级控制系统以动态调节空气与燃料的比例，对于提升燃烧效率同样至关重要【2】。这些系统利用传感器和实时数据分析，精确调整空气和燃料的流量，确保在不同操作条件下都能保持最优的燃烧效率。

技术革新也包括对燃烧设备的物理改造，如优化燃烧器的几何形状和布置方式，增设二次风口以改善燃料与空气的混合均匀性。这些改造旨在提升热量转换效率，同时减少因燃烧不充分而导致的能量损失。通过这些综合措施，燃煤电厂可以有效提升热能利用率，减少环境污染，并应对日益严峻的环境和经济压力。这些优化策略不仅体现了对现有技术的深化应用，也展现了创新技术在现代电厂管理中的重要价值。

（二）热交换效率提升

提升热交换效率是燃煤电厂降低热能损失和增强能效的关键策略，而采用高效热交换器和优化锅炉内部结构可以显著提高热能的转换效率。通过使用先进的材料和设计，新型热交换器能够在更低的温度差下实现更高的热传递效率，从而有效减少能量的浪费。此外，还可以改进热回收系统，如采用余热回收技术（Heat Recovery Steam Generators, HRSG）和废热锅炉系统，这些系统能够回收并再利用炉膛排放的热气，用于发电或其他加热过程，极大地提高了能源的综合利用率。通过将这些技术集成到现有的燃煤电厂中，可以有效地降低燃料消耗，减少温室气体排放，同时增强电厂的经济效益和环境表现。

实施精细化的操作控制系统也是提升热交换效率的一种方法。通过精确控制锅炉的运行参数，如温度、压力和流速，可以确保热交换过程在最佳状态下进行，最大限度地减少能量损失。这种控制不仅提高了操作的精确性，也为热交换系统的持续优化提供了数据支持。这些技术革新和优化措施的应用，既体现了对传统燃煤电厂的技术深化，也符合可持续发展的新理念，为电厂运营提供了新的增长点和环保方案。

三、系统集成与先进技术在提升热能利用效率中的应用

（一）综合系统优化

系统集成优化是实现燃煤电厂能效最大化的关键措施。通过引入先进的控制系统和进行参数优化，可以显著提升电厂的运行效率和环境表现。现代化的集成控制系统能够实时监控和调整电厂的关键运行参数，如温度、压力、燃烧率和排放水平，确保电厂在最佳的能效条件下运行【3】。具体来说，自动化控制系统可以对锅炉的燃烧过程进行精确控制，优化燃料与空气的混合比率，从而降低未燃尽炭粒的排放并提高热效率。这些技术的综合应用不仅提高了能源的利用率，也有助于达到更严格的环保标准。表1显示了采用系统集成优化后，电厂运行效率的提升和排放水平的降低。表格中的数据反映了控制系统改进前后的对比，揭示了优化措施对能效的具体影响。

表1：燃煤电厂系统集成优化效果对比表

（二）先进材料与设备的应用在热能利用效率提升中的作用

在燃煤电厂提升热能利用效率的过程中，先进材料和设备的应用起到了决定性的作用。随着材料科学的进步，新型高效热交换材料和耐高温超导材料的开发，为传统的热能系统带来了革命性的改进。例如，采用高温超导材料制作的换热器能够在更高温度的环境下工作，极大提高了热交换效率和系统的总体能效。此外，先进材料通常具有更好的耐腐蚀性和更长的使用寿命，减少了维护需求和运营成本。同时，先进的监控和诊断设备也在电厂的能效管理中扮演了关键角色。通过实时监控设备性能和环境参数，这些设备可以帮助运营人员优化燃烧过程和调整操作策略，从而确保热能利用率最大化。例如，使用热像仪和流量计可以精确测量和调节热流和物质的流速，优化能量分配和消耗。通过这些技术的应用，燃煤电厂不仅能提高其能效，同时也能在遵守日益严格的环境法规的前提下，保持竞争力和经济效益。

四、案例研究与技术验证

（一）国内外优化实例

在全球范围内，多个燃煤电厂通过采用先进的技术和优化策略成功提升了热能效率，成为行业内的优化实例。例如，德国一家电厂通过引入超超临界技术，将其锅炉效率提升至48%，显著高于传统燃煤电厂的平均效率。中国某电厂实施了综合性的热力系统优化，改进锅炉燃烧技术和采用先进材料，使得单位燃煤消耗量大幅下降，同时将NOx和SO2排放量控制在国家标准的50%以下。

这些电厂均采取了多方面的措施，不局限于单一技术的改进。系统的集成优化，包括热交换系统的高效设计、排放控制技术的应用以及操作参数的精确调节，共同作用于提升整体热效率和环保标准。这些案例展示了技术创新与环保责任的结合不仅符合可持续发展的要求，同时也提高了电厂的经济效益和社会形象。通过学习这些成功案例，可以得出结论：电厂在技术选型和实施方面的精细化管理，加上持续的技术升级和人员培训，是提升机组热效率的关键。

（二）技术实施与效果评估

在燃煤电厂中实施新技术并对其效果进行评估是关键步骤，尤其在提升热能利用效率方面。例如，通过采用先进的燃烧优化技术，电厂可以实现更高的燃烧效率和降低热能损失，在实施此类技术后，通常会设置性能指标来评估其实际效果，从而对技术不断进行评估和完善。这种技术的应用不仅优化了能源使用，还对环境产生了积极影响，同时确保了电厂经济效益的提升。

这些技术的评估不仅包括环境效益的量化，还涉及经济效益的分析，如运营成本的变化、维护费用以及潜在的节能效果。这种全面的评估方法确保了技术实施的透明性和可追溯性，加强了各利益相关方对技术实施成效的信心。

结语：

燃煤电厂通过技术革新和系统优化实现热能效率提升的实例表明，集成先进的热效率、环保技术及其评估机制是提升电厂性能的关键。国内外成功案例展示了通过优化燃烧技术、热交换效率及环保措施的综合应用可以显著提高能效。确保这些技术方案的实际应用效果，对于推动电厂向更高效、环保的方向发展至关重要。

参考文献：

[1]孙健,苗建杰,阙正斌,等.某燃煤电厂700MW机组水冷壁泄漏原因分析及处理[J].环境工程,2023,41(S1):574-575.

[2]邹继平,李春水,黄静.660MW超超临界机组燃煤电厂锅炉运行调整与优化措施研究[C]//江西省电机工程学会.2021年江西省电机工程学会年会论文集.国家电投集团江西电力有限公司景德镇发电厂;,2022:2.10.269

[3]吴金,赵海宝,郦建国,等.低低温电除尘器在1000MW机组燃煤电厂的应用[J].中国环保产业,2018,(01):31-34.