青岛工学院 机电工程学院 山东省青岛市 266300
摘要：随着我国社会的发展，各行各业对电能的需求量越来越大，而火力发电仍是我国发电行业的主力军。火力发电以燃烧化石能源为主，使得能源危机日趋严峻，所以世界各国都在倡导节能降耗技术。由于我国火力发电的装机总容量很大，所以提高能源的利用率而产生的节能效果非常显著。文章主要从改变工作蒸汽的参数和改进系统的循环两个方面来阐述热力发电厂的主要节能技术，具体包括：超（超）临界机组发电技术、联合循环发电技术、联产循环发电技术。
关键词：热力发电厂；节能技术；超临界；联合循环；联产循环
Discussion on Energy-saving Technology of Thermal Power Plant
LIU Na
（The college of Mechanic and Electronic Engineering Qingdao University of Technology Qingdao Shandong Province China）
Abstract：With the development of our society，the demand for electric energy in all walks of life is increasing，and thermal power generation is still the main force in China's power generation industry.Thermal power generation is mainly based on burning fossil energy，making the energy crisis increasingly severe，so countries of the world are advocating energy-saving technology.Since the total installed capacity of thermal power generation in China is large，Due to the large installed capacity of thermal power generation in China，the energy saving effect produced by improving energy utilization is very significant.In this paper，the main energy saving technologies of thermal power plants are described from two aspects：changing the parameters of working steam and improving the circulation of the system，including：Super（super）critical unit power generation technology，combined cycle power generation technology，co-generation cycle power generation technology.
Key words：thermal power plant；energy saving technology；super-critical；Combined cycle；co-generation cycle
随着我国经济的快速发展，我国的能源消费随之快速提升。在我国的能源消费结构中，以煤炭为主的化石能源仍是能源消费的主力。化石能源的大量开发和利用带来的能源危机和环境污染不容忽视，我国能源消费结构有待优调整与优化[1]，加大新能源的开发利用，加快新旧动能转换，持续提高能源利用效率，从根本上转变我国的能源消费结构。在未来一段时间内，火力发电仍是中国各种能源发电（火力发电、水力发电、风力发电、核发电、太阳能发电）的核心，考虑到火力发电在我国的装机总容量，提高热电厂的热效率带来的节能效果是非常惊人的。
随着我国电力工业的快速发展，我国电力装机总容量有了突破性的增长，大大缩小了与世界发达国家的差距。在电力总量快速发展的同时，我国一方面不断优化电力结构，提高电力工业装备水平和技术水平，另一方面，加大电力行业的节能环保举措，通过节能提高能效，减少煤耗。
1、超（超）临界机组发电技术
锅炉机组内主蒸汽压力高于水的临界压力称为超临界，锅炉机组内主蒸汽温度不低于593℃或蒸汽压力不低于31 MPa称为超超临界，对应的发电技术就称为超（超）临界机组发电技术。由朗肯循环可知：进入汽轮机的主蒸汽的参数越高，循环的热效率就越高[2]。故热电厂朝着大容量、高参数的方向发展。超（超）临界机组发电技术就是通过改变循环的工作参数来提高循环的热效率的。在世界范围内，美国、日本、德国等是超（超）临界机组发电技术比较领先的国家。超（超）临界机组发电技术的发展受到材料问题、机组容量、锅炉炉型等若干技术问题的制约，各国都在加大对超（超）临界机组发电技术的研究。我国陆续从国外引进技术性能好的超临界机组，为我国自主研制、开发大容量超超临界机组奠定了基础。
2、联合循环发电技术
2.1 燃气蒸汽联合循环技术
燃气蒸汽联合循环发电系统主要有燃气轮机、蒸汽轮机、余热锅炉、凝汽器、发电机、水泵等组成，基本工作原理是：利用燃气和空气燃烧产生高温高压的气体驱动燃气轮机做功，燃气轮机驱动发电机发电；而燃气轮机的高温排气送入余热锅炉，加热水产生的水蒸气进入蒸汽轮机做功，进而驱动发电机发电[3]。该循环具有非常高的热源温度，同时由具有相当低的冷源温度，所以该循环能够较好的提高热效率，节约能源。它在提高效率节约能源的同时还减少了大气污染物的排放。燃气蒸汽联合循环发电的发电效率高达近60%，比目前世界上先进的超超临界二次再热燃煤发电机组的发电效率还要高。目前不少国家尤其是日本，在发展大容量高效率的燃气蒸汽联合循环方面进展较好。我国电投集团2×450MW燃气蒸汽联合循环热电厂项目是国家西气东输一线整体规划的重要燃气发电工程，一号机组于2018年8月并网成功，二号机组也与年底并网试运行。我国海南文昌燃气蒸汽联合循环发电项目是南方电网公司建设的第一座天然气调峰电站，是海南省“十三五”能源和电力规划的重点项目。其设计装机容量184万千瓦，首台机组预计2019年年底并网发电。我国燃气蒸汽联合循环发电项目的总装机容量不断提高，机组性能不断完善，标志着我国联合循环发电技术日趋成熟。
2.2 整体煤气化燃气蒸汽联合循环技术
整体煤气化燃气蒸汽联合循环发电是一项极具发展前景的节能环保发电技术。它主要由煤的汽化与净化和燃气蒸汽联合循环发电两部分组成。
该循环的基本原理是：煤经过煤汽化装置和净化装置后获得清洁的气体燃料用于驱动燃气轮机发电，燃气轮机的高温排气送入锅炉，锅炉中产生的蒸汽驱动蒸汽轮机发电。整体煤气化燃气蒸汽联合循环技术具有环保、热效率高、调峰性能好、燃料适应性强、用水量少等优点[4]，正在全世界范围内逐步加大研究与发展。该技术在世界范围内仍处于示范研究阶段，要成为热电厂节能技术中的主力技术还有很长的路要走。
2.3 循环流化床燃煤联合循环发电技术
煤粉颗粒放置于炉膛内的床层上，通过布风板自下而上的鼓入空气，煤粉在高速气流的作用下处于类似于流体的流态化状态，这种高速气流携带固体颗粒边循环流动边燃烧的方式成为循环流化床燃烧，采用该种燃烧方式的锅炉称为循环流化床锅炉。循环流化床锅炉具有以下主要优点：燃料适应性强、燃烧效率高、炉膛内的传热效果好、易于实现炉内脱硫脱氮、整个系统占地面积小等，是一种高效清洁的燃煤发电技术。
由于循环流化床锅炉的燃烧温度一般控制在850℃-950℃之间，属于低温燃烧，故需要在流化床内铺设冷却管路来带走部分燃烧释放的热量。当冷却介质采用水时称为蒸汽埋管，从而形成流化床锅炉；当冷却介质采用空气或其他气体时，称为空气或气体埋管，从而形成流化床空气或气体锅炉。根据循环流化床锅炉的工作压力的不同主要有增压流化床燃煤联合循环（PFBC-CC）和常压流化床燃煤联合循环（AFBC-CC）。
增压流化床燃煤联合循环的基本原理是：通过增压流化床锅炉燃烧的高温高压下的烟气经过高温除尘器处理后进入燃气轮机的透平做功，从而驱动发电机发电；燃气轮机的排气送入高压级回热器来加热凝结水，之后送入流化床锅炉的蒸汽埋管内，通过水在管内吸收燃烧释放的热量形成蒸汽，进入蒸汽轮机做功，驱动发电机发电。由此形成的联合循环称为蒸汽埋管增压流化床燃煤联合循环。由于PFBC-CC燃烧温度低，另外可以炉内脱硫脱氮；烟气在进入燃气轮机之间已经高效除尘；所以PFBC锅炉和常规燃煤锅炉相比，污染物的排放大大降低。所以，增压流化床燃煤联合循环是一种高效清洁的燃煤发电技术，度我国的发电工业具有重要的现实意义。目前，日本、美国、瑞典等很多国家的PFBC-CC技术已经进入商业化运行阶段[5]；我国的PFBC-CC技术目前还主要出于示范研究阶段。所以，根据我国的能源结构与现状，发展PFBC-CC对我国比其它发达国家更加具有现实意义。
3、联产循环发电技术
3.1 热电联产循环技术
热电联产是指对蒸汽发电后的汽轮机排气的热能加以利用的技术，在发电的同时向热用户供热。它充分利用了低品位能源，提高了能源的利用率。
热电联产是世界各国普遍采用的节能技术，具有广阔的发展前景。从世界范围来看，俄罗斯随热电联产的应用处于领先地位，英国、德国、日本等热电联产技术的发展也很快。国外很多过国家同时也制定了一系列的扶持热电联产的政策举措，显示出了其对热电联产的重视。中国的国情决定了热电联在我国的发展也是势在必行。上海市的热电联产在我国已初具规模，目前正在由燃煤的热电联产向燃气的热电联产方向发展[6]。我国赤峰市的吸收式循环热电联产集中供热示范工程[7]于2008年底投入运行，各项性能指标均达到预期要求，节能效益显著。
3.2 热电煤气多联产循环技术
热电煤气多联产技术的基本原理是：原煤先进行热解，挥发分析出形成的煤气作为城市燃气用，生成的固态产物半焦作为锅炉的燃料[8]，锅炉产生蒸汽用于发电和供热。它同时实现了对低品位热能和原煤的阶梯利用，所以具有良好的节能效果和经济效益。
3.3 热电冷多联产循环技术
热电冷多联产循环的基本原理是：利用蒸汽锅炉产生蒸汽进行发电，利用抽气或者汽轮机的排气进行供热，抽气或者排气同时作为吸收式制冷循环的热源进行制冷。它同时满足了发电、供热、制冷的需求，提高了能源的利用率。通过数据分析，采用在汽轮机中做过功的低品位热能用来对外供热和制冷，其循环效率可以达到65%以上，如果采用燃气蒸汽联合循环和溴化锂制冷方式相结合，其循环热效率可以达到76%，热利用率达到85%以上，由此可见其节能的显著效果。我国国电中山民众天然气热电冷联产工程投产运行后获得了良好的环境效益，实现了节能减排的目的，对构建资源节约型和环境友好型社会具有重大意义。
4、结语
在经济快速增长的今天，节能减排是我国构建资源节约型和环境友好型社会的一个重要举措。文章阐述了我国当今社会节能的重要性，简要介绍了热力发电厂中的几种重要的节能技术。每一位热电工作者都应该不断探索新的节能技术，逐步优化节能技术，提高我国的能源利用效率，实现中国电力工业的可持续发展。
参考文献：
[1]华经情报网.2018年中国能源消费现状及趋势，增速放缓，能源结构持续调整[EB/OL].（2019-04-01）
[2019-09-05].https：//www.huaon.com/story/414870.
[2]曾丹苓.工程热力学[M].北京：高等教育出版社，2002，277-280.
[3]何语平.大型天然气联合循环发电技术[J].天津燃气，2012，4，16-26.
[4]刘强，郭民臣.环保高效的整体煤气化燃气—蒸汽联合循环[J].节能环保技术，2005，7，40-42.
[5]许红胜，钟史明.燃煤增压流化床联合循环发电技术[J].中国能源，1995，6，20-23.
[6]忻祎.燃气蒸汽联合循环电厂热电联产的优化配置[D].上海交通大学，2007，1-9.
[7]清华大学建筑节能研究中心.基于吸收式循环的热电联产集中供热新技术介绍[EB/OL].（2009-09）[2019-09-05].https：//wenku.baidu.com/view/a94eee3a302b3169a45177232f60ddccda38e6af.html.
[8]张黎音.浅谈热电煤气多联产技术为节能减排以及我国循环经济的贡献[J].黑龙江科技信息，2010，9，18-18.
作者简介：
刘娜，1986，女，讲师，河南省周口市，硕士，新能源的开发与利用。