李开基

摘 要：热电厂是利用加热水，用水沸腾产生的水蒸气推动涡轮带动发电机的运作。这个过程中能源转换率较低，同时热反应会消耗大量的能量去满足反应中的焓。了解热动力工程对于热电厂的节能减排，提高发电功率有着重要的意义。

关键词：热电厂；热能动力工程；节约能源；能源转化率

热动力方程是是研究物质在加热沸腾后产生气体里，气态分子的运动方向和动力。通常在蒸汽机中，气态分子的动力利用率很低，大部分通过热能的方式散发浪费。因此通过热动力的研究，增加能源得转换率，把更多的热能转变为我们所需要的电能，达到能源得充分利用，这是热电厂的一个重要技术课题。

1 提高能源转换率的手段

在热电厂利用热能转换电能的过程中，一共分为多个阶段，首先是燃料燃烧，将其化学能转换出来，之后由燃烧之后产生的热能加热水，让水产生分子动能，利用水蒸气分子推动发电机涡轮，利用电磁效应产生相应的电能。在整个过程，从化学能到最后输出的电能，能源转换率一般不会超过20%。其中主要浪费能源的环节就是在水分子热动力环节。所以想要提高能源转换率就容易做出改进的就是在水分子热动力方程中做出提升，减少水的热能浪费，或者让浪费的热能能够重新利用。因此就出现了改造的两种思路，第一种时，通过设计蒸汽涡轮，以及锅炉等方面的因素，让水蒸汽更具有热动力；第二种是利用热能回收装置，提高能源的二次利用。

2 工况改变导致的能源浪费

当锅炉开始工作时，改变工况会导致较大的能力损失，改变工况会造成蒸汽的分布的不均匀，导致在推动涡轮的情况下涡轮的速度进程发生改变，增加了涡轮的摩擦的损耗。这样造成很多功被用来克服相应的速度改变，导致能源转换的大大下降。同时因为涡轮的速度不稳定也会导致电磁电路中产生感应电流和感应电动势，造成电流的不稳定性，造成存储中的诸多不便。

2.1 改变工况的原因

改变工况可能有多种原因，主要有以下几种原因：（1）锅炉运行不稳定，锅炉运行不稳定可能在于长期使用造成的锅炉受热不均，或者燃料有问题，燃料劣质，或者没有及时添加，或者添加不均匀均会造成相应的锅炉工况不稳定。（2）涡轮摩擦力的不均匀导致的，涡轮的摩擦导致相应的转速也不均匀，造成了输出功率的不稳定性。（3）设备老化，或者腐蚀严重。发电机组因为与蒸汽距离很近所以在相应的水蒸气较多，容易发生设备磨蚀和老化现象。在设备老化后，很多装置带病运行，影响了机组的整体工况。有两组机组的电力工厂尽管在不断改变的工况下，但是自身所采用的速度控制装置能帮助机器进行准确的调整，维护工况的稳定性。这样的操作通常称之为一次调频。其主要的特征是反应速度快，根据不同的机组有不同的效果，同时需要人工来操作。与一次调频相对应的就是二次调频，一次调频有着相应的缺点，需要人工的操作，因为电厂是24小时工作，所以在一次调频中需要有员工24小时的监管，这需要员工24小时倒班制，增加了员工的辛劳程度。二次调频则是利用发电设备的自我调节装置，实现完全自动化的调节，在这种自动化调节方式中，当涡轮的转速发生变化时，通过改变阀门开度，解决工况不稳定的问题，保障涡轮所受到的动力在一个相对稳定的数值，这样涡轮就能按照一个平稳的速度进行运行。同时对机器整体的维护也有着重要的意义，最重要的就是避免了需要人员进行24小时监控的问题。

2.2 负载与热力发电机机组功率间的关系

节流控制的作用特征与应用场所：第一，没有调节控制环节，气体全部进入；第二，工作运行状况发生改变时，温度也维持较稳，负载能良好的运行；第三，工作运行状况发生改变时，流量消耗，效益不好；第四，其可应用于容量较小或带正常负载的巨型装置。所谓的临界压力表示的是当机组处于临界运行情景时，产生的压力时，且与级数呈负相关关系。从某个角度上说，其数值通常相对较小。其相关的公式应用的前提条件包括：装置中就有三级以上的级数，相同工况，其每级流量值一样，不同工作情况时，就保持其流通截面相同。压力控制的特征：第一，提高了整个系统的可靠程度，增强其负载适应能力；第二，使整个系统在一定负载时有较好的效益；第三，满负载时，压力调节效益较差；第四，能应用于单个机组运行时，蒸汽推动叶片运动后，还具有一定的速度，且会损失剩下的未能转化的机械能，这种现象称之为余速损耗，用喷管的弯型弧长除以整个管的周长的结果来表征其调节气体的大小。

3 容易出现的问题以及解决措施

3.1 损耗湿汽的因素

第一，湿润的气体发生膨胀，其中有些因气温降低而变成了水，从而不能做功；第二，这些液态水的流速小于气流速度，从而会降低气体的速度，也会产生一定的动能损耗；第三，液态水都粘在管壁上了，既产生水的损耗又产做了无用功，使叶轮做功减少；第四，遇冷的水蒸汽使得汽量减少，而且还会损害叶轮的边沿，尤其是会造成其背面弯处产生腐蚀。

3.2 防止湿汽损耗的要点

第一，实现过程中热能再利用；第二，加装减湿互环节；第三，使用带收集液态水功能的喷管；第四，增强其抗腐蚀作用。整体装置运行过程中，要实现好各部件间的润滑效果，还可以使泵装置、速度控制装置的运行，因为这些过程可能产生无用功，造成机械能损耗。

3.3 气体沿轴流动的装置中，一般是蒸汽从气压强的入口端进入、而从气压弱的出口端流出，这等同于对整个装置的转轴产生一个沿轴方向的力，其方向由气压强处指向气压弱处。从而使转轴发生偏转，通常称这个力为沿轴推力。

3.4 级间工况变化的特点

第一，当临界点未出现时，其流量同各级间的压力呈一定非简单正比的关系；第二，当临界点出现时，其流量同各级间的压力呈正比关系，而且同其它参数没有关联。沿轴方向的推力特点：第一，蒸汽凝结成水时，推力变大；第二，液态水与叶轮发生撞击时，推力也变大；第三，负载增大，推力变大；第四，负载被甩时，推力变大。第五、叶片老化，推力变大。以上所述的内容，均为本人多年研究的成果的总结，且经过大量的实际验证，归纳出热能及动力间的关联或他们之间的变化。

结束语

热电厂热能动力工程中，首先要掌握热力发电的原理。然后针对其中对容易出现问题的蒸汽这一环节进行分析，找到改造的方式，通过一次调频或者二次调频的方式，让其进行一个稳定工况的输出，同时要认识到热力发电中的常见问题，并提出相应的解决方式，提高能源的转换率，提高发电机组的工作效率，达到热力发电厂节能减排的目标。

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