國能福州(熱電)有限公司 王 興
電廠熱機系統(tǒng)是熱電聯(lián)產(chǎn)過程中的核心部分,其性能優(yōu)化直接影響到能源效率和環(huán)境排放。在熱機系統(tǒng)中,空氣預(yù)熱器起著至關(guān)重要的作用。通過預(yù)熱燃燒空氣,空氣預(yù)熱器可提高燃料的燃燒效率,從而提高系統(tǒng)的熱效率。然而,由于各種因素,包括設(shè)備老化、維護不當?shù)?,空氣預(yù)熱器的性能可能會下降,進而影響熱機系統(tǒng)的熱效率。因此,研究空氣預(yù)熱器的性能優(yōu)化,不僅有助于提高電廠熱機系統(tǒng)的熱效率,也有助于環(huán)境保護。本文旨在深入研究空氣預(yù)熱器的性能優(yōu)化策略,并通過實際案例進行驗證。
空氣預(yù)熱器是熱電廠熱機系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,其主要任務(wù)是將燃燒前的空氣預(yù)熱到一定的溫度。工作原理主要基于傳熱原理,即利用排煙中的熱量將進入燃燒室的空氣預(yù)熱。當熱煙氣通過預(yù)熱器時,通過換熱面?zhèn)鬟f熱量到空氣中,提高了空氣的溫度。此方法優(yōu)點是提高燃燒效率,減少燃料消耗,同時減少排放,降低環(huán)境污染。總體來說,空氣預(yù)熱器的基本工作原理是利用煙氣中的余熱對燃燒空氣進行預(yù)熱,提高了熱機系統(tǒng)的整體熱效率。
空氣預(yù)熱器的性能主要由幾個關(guān)鍵指標來衡量:預(yù)熱效率、壓力損失和機械可靠性。預(yù)熱效率反映了空氣預(yù)熱器利用煙氣余熱進行預(yù)熱的能力,一般來說,預(yù)熱效率越高,表明空氣預(yù)熱器的性能越好。壓力損失是指空氣在預(yù)熱器中流動時因為阻力產(chǎn)生的壓力減小,過大的壓力損失會影響空氣流動,從而影響燃燒效率。機械可靠性反映了空氣預(yù)熱器在長時間運行中的穩(wěn)定性和耐久性,對于電廠熱機系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行至關(guān)重要[1]。
圖1 空氣預(yù)熱器的基本工作原理
空氣預(yù)熱器是電廠熱機系統(tǒng)中不可或缺的一部分,其性能直接影響到電廠的運行效率和設(shè)備的使用壽命。因此,進行空氣預(yù)熱器的性能分析與評估是至關(guān)重要的。
首先,應(yīng)進行定期數(shù)據(jù)收集。這包括入口和出口的溫度和壓力等運行數(shù)據(jù)。入口和出口的溫度數(shù)據(jù)可以用來計算預(yù)熱器的熱效率,即預(yù)熱器能將多少熱量傳遞給進入的空氣。壓力數(shù)據(jù)可用來計算預(yù)熱器的壓力損失,即空氣通過預(yù)熱器時能量的損失。這兩項指標都可反映預(yù)熱器的運行效率;然后,應(yīng)對收集到的數(shù)據(jù)進行深入分析。分析結(jié)果可幫助人們了解預(yù)熱器的運行狀態(tài),以及可能存在的問題。例如,如果熱效率過低,可能意味著預(yù)熱器的熱交換面積不足或者熱交換效率低下。如果壓力損失過大,可能意味著預(yù)熱器內(nèi)部存在堵塞或者結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。對這些問題的早期發(fā)現(xiàn)和處理,可有效地提高電廠的運行效率,延長設(shè)備的使用壽命。
除了數(shù)據(jù)分析,還應(yīng)定期進行機械檢查,評估預(yù)熱器的機械可靠性。這包括檢查預(yù)熱器的結(jié)構(gòu)完整性,以及熱交換元件的磨損程度。這些信息可幫助人們了解預(yù)熱器的使用壽命,以及是否需要進行維護或更換。值得注意的是,評估結(jié)果不僅受到設(shè)備本身性能的影響,也受到系統(tǒng)運行條件和環(huán)境因素的影響。例如,氣候變化可能會影響預(yù)熱器的熱交換效率,因為氣候變化會改變進入預(yù)熱器的空氣的溫度和濕度。同時,系統(tǒng)運行條件的變化(如負荷變化)也可能影響預(yù)熱器的壓力損失。
總體來說,空氣預(yù)熱器的性能分析與評估是一個復(fù)雜而重要的過程,需要綜合考慮數(shù)據(jù)分析、機械檢查以及系統(tǒng)運行條件和環(huán)境因素的影響。通過這些分析和評估,可更好地了解預(yù)熱器的運行狀態(tài),提高電廠的運行效率,延長設(shè)備的使用壽命[2]。
熱機系統(tǒng)是電廠中的核心部分,其負責將熱能轉(zhuǎn)化為機械能,然后再轉(zhuǎn)化為電能。該過程主要包括三個步驟:燃料燃燒、熱能轉(zhuǎn)化為機械能、機械能轉(zhuǎn)化為電能。燃料燃燒通常在燃燒室中進行,產(chǎn)生的熱能會使工質(zhì)(如蒸汽)加熱膨脹,驅(qū)動汽輪機旋轉(zhuǎn),從而產(chǎn)生機械能。進而,汽輪機驅(qū)動發(fā)電機旋轉(zhuǎn),將機械能轉(zhuǎn)化為電能。在此過程中,空氣預(yù)熱器、蒸汽發(fā)生器、渦輪機和冷卻系統(tǒng)等設(shè)備都起著重要作用。特別是空氣預(yù)熱器,其可改善燃燒條件,提高熱效率,降低燃料消耗。
在熱機系統(tǒng)中,空氣預(yù)熱器起著至關(guān)重要的作用。首先,通過預(yù)熱燃燒空氣,空氣預(yù)熱器可提高燃料的燃燒效率。因為預(yù)熱后的空氣可更好地與燃料混合,促進燃料的充分燃燒。其次,空氣預(yù)熱器可有效利用熱機系統(tǒng)中的余熱。通過將熱煙氣中的熱量傳遞給燃燒空氣,空氣預(yù)熱器不僅能提高燃燒效率,還可降低熱機系統(tǒng)的熱損失。此外,空氣預(yù)熱器還可以減少燃料消耗,降低運行成本,減少環(huán)境污染。
圖2 熱機系統(tǒng)的工作原理
空氣預(yù)熱器對熱機系統(tǒng)的熱效率有直接的影響。熱效率是指熱機系統(tǒng)能夠?qū)⑤斎氲臒崮苻D(zhuǎn)化為有用工作的能力,其是衡量系統(tǒng)性能的重要指標。通過預(yù)熱燃燒空氣,空氣預(yù)熱器可提高燃料的燃燒效率,從而提高系統(tǒng)的熱效率。此外,空氣預(yù)熱器通過利用熱煙氣中的余熱,減少了系統(tǒng)的熱損失,進一步提高了熱效率。在實際運行中,如果空氣預(yù)熱器的性能下降,例如預(yù)熱效率降低或壓力損失增大,都會導(dǎo)致熱機系統(tǒng)的熱效率下降。因此,保持空氣預(yù)熱器的高性能運行,對于提高熱機系統(tǒng)的熱效率至關(guān)重要。
更重要的是,空氣預(yù)熱器對熱機系統(tǒng)熱效率的影響不僅限于單個設(shè)備,而是影響整個系統(tǒng)。例如,預(yù)熱效率的提高可減少燃燒器的燃料消耗,從而減輕渦輪機和發(fā)電機的負荷。同樣,通過減少熱損失,空氣預(yù)熱器也可減少冷卻系統(tǒng)的負荷,提高整個系統(tǒng)的運行效率。
提高空氣預(yù)熱器的傳熱效率對熱機系統(tǒng)性能至關(guān)重要。具體優(yōu)化策略包括:設(shè)計和材料優(yōu)化。例如,采用高熱傳導(dǎo)性能材料和擴大換熱面積的設(shè)計,同時確保換熱面清潔以避免熱量傳遞的阻礙;操作參數(shù)調(diào)整。調(diào)節(jié)煙氣和空氣流速以影響其在預(yù)熱器中的停留時間,從而優(yōu)化熱量傳遞。同時,調(diào)控預(yù)熱器的溫度和壓力,改變熱量傳遞的驅(qū)動力;應(yīng)用先進監(jiān)測和控制技術(shù)。通過實時監(jiān)測預(yù)熱器溫度和壓力變化,及時處理可能影響傳熱效率的問題,并采用先進控制算法自動調(diào)整操作參數(shù),確保預(yù)熱器保持最佳運行狀態(tài)。
減少空氣預(yù)熱器壓力損失對熱機系統(tǒng)能效和穩(wěn)定性起著重要作用。優(yōu)化策略包括:設(shè)計改進。優(yōu)化流道設(shè)計,減少彎頭和突變部位,減輕空氣流動阻力,選擇適當?shù)膿Q熱元件,如合適形狀和大小的翅片,降低流體阻力;使用抗腐蝕、抗磨損材料。防止因材料老化和磨損導(dǎo)致的流道變窄,降低壓力損失;運行參數(shù)優(yōu)化。調(diào)整空氣和煙氣流速,保證換熱效果的同時降低流動阻力,合理的預(yù)熱溫度和壓力設(shè)置可改變空氣黏度和密度,進一步減少壓力損失;定期清潔和維護。防止灰塵和沉積物堆積導(dǎo)致的壓力損失增大。
空氣預(yù)熱器的可靠性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。提高策略包括:設(shè)計優(yōu)化和材料選擇。充分考慮結(jié)構(gòu)強度、熱膨脹和熱應(yīng)力,保證預(yù)熱器在高壓高溫環(huán)境下穩(wěn)定運行,使用耐高溫、抗腐蝕和抗磨損材料,延長使用壽命;定期維護和檢修。定期清潔和檢查預(yù)熱器,保持通道暢通,減少壓力損失,及時發(fā)現(xiàn)和處理損壞、漏風、泄漏等問題,防止故障擴大;監(jiān)測和故障診斷。利用溫度、壓力、振動等傳感器實時監(jiān)測預(yù)熱器狀態(tài),基于數(shù)據(jù)分析和故障診斷算法,識別異常行為和潛在故障,及時修復(fù)和維護,保證預(yù)熱器可靠性和穩(wěn)定性。
高效清理和維護策略對空氣預(yù)熱器性能優(yōu)化至關(guān)重要。主要策略包括:定期清潔。使用在線蒸汽吹掃、水洗或機械清理等方式,徹底清除換熱表面的灰塵、顆粒物和沉積物,降低壓力損失,提高熱傳遞效率;定期維護和檢修。檢查設(shè)備的密封性、管道連接和防腐蝕涂層等,及時更換附件和零部件,防止問題惡化;運行參數(shù)監(jiān)測。使用傳感器和監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測關(guān)鍵運行參數(shù),如溫度、壓力和流量等,提前預(yù)警并修復(fù)問題;培訓(xùn)和知識共享。對維護人員進行培訓(xùn),建立知識共享平臺,促進經(jīng)驗和最佳實踐的交流,推動清理和維護策略的不斷優(yōu)化。
某電廠中的空氣預(yù)熱器,歷來存在效率低下的問題。該電廠工程師發(fā)現(xiàn),由于空氣預(yù)熱器性能不佳,直接導(dǎo)致了整個熱機系統(tǒng)的熱效率下降,增加了環(huán)境排放。在詳細了解并深入研究空氣預(yù)熱器的工作原理之后,電廠專業(yè)人員開始尋求解決方案。
提出了提高傳熱效率的策略通過優(yōu)化空氣預(yù)熱器的換熱元件設(shè)計,如選用高性能材料,改進結(jié)構(gòu)布局等,可提高空氣與煙氣之間的熱交換效率;提出了減少壓力損失的策略,優(yōu)化煙道結(jié)構(gòu)、改進流道設(shè)計,以及采用高效的煙氣和空氣流動控制裝置,可降低壓力損失,進一步提高空氣預(yù)熱器的性能;還提出了提高可靠性和穩(wěn)定性的策略,定期進行維護,避免因設(shè)備故障造成的停機,從而確保了空氣預(yù)熱器的持續(xù)穩(wěn)定運行;還提出了高效的清理和維護策略,定期清理空氣預(yù)熱器內(nèi)部,去除煙塵和沉積物(如硫酸氫銨等),防止換熱面積減少和熱效率下降。實施了這些優(yōu)化策略之后,該電廠的空氣預(yù)熱器性能得到了顯著提高,熱機系統(tǒng)的熱效率提高了8%,環(huán)境排放也得到了有效地降低。
空氣預(yù)熱器在電廠熱機系統(tǒng)中扮演著關(guān)鍵角色,其性能優(yōu)化對于提高熱效率、降低能耗和環(huán)境影響至關(guān)重要。本文通過探討空氣預(yù)熱器的工作原理、性能指標和性能分析,并提出了提高傳熱效率、減少壓力損失、提高可靠性和穩(wěn)定性的優(yōu)化措施。這些措施有助于提高熱機系統(tǒng)的整體效率,降低運行成本,并為可持續(xù)能源發(fā)展作出貢獻。未來的研究應(yīng)繼續(xù)深化對空氣預(yù)熱器性能的理解,并結(jié)合新技術(shù)和工程實踐,進一步優(yōu)化和改進空氣預(yù)熱器的設(shè)計和運行,實現(xiàn)更高效、可靠和環(huán)保的電廠熱機系統(tǒng)。