火力发电技术的发展方向和设计优化解析

摘要：目前我国现状仍然以火力发电为主，其他能源技术发电为辅，但是现在资源匮乏，火力发电又需要很多化石能源，而且对环境污染十分严重。因此，我们未来将沿着新能源发电技术的趋势发展，走能源可持续发展之路。

关键词：火力发电技术;能源危机;发展趋势

1、能源

能源是当今的热点话题，能源是国民经济和社会发展的重要基础产业。然而能源用来转化成电能占了能源消耗的很大比例，因此更好的发展发电技术就是对能源的充分利用，对效率的提高和对成本的降低。当前世界发电现状主要以火力发电为主，其他发电方式为辅，比如太阳能发电、核能发电、风力发电、生物质发电、潮汐能发电等等。

世界发电技术已经飞速发展，但是还是主要以火力发电为主，新能源发电技术为辅，但是能源匮乏，使用率低下，技术滞后以及由此所带来的环境污染问题已经成为制约经济社会发展的巨大障碍。据统计石油还可用大约40年;天然气还可以用60年;煤炭大概可以用200年左右;化石能源面临枯竭。面对如此严峻的情况，我们必须节约能源，保护环境，进一步提高火力发电技术，减少对生态环境的破坏。并且火力发电市场将会逐渐的被新能源发电占据，清洁环保的新能源发电技术将广泛应用。

1. 火力发电的基本原理

煤炭在锅炉内燃烧放出的热量，将水加热成具有一定压力和温度的蒸汽，然后蒸汽沿管道进入汽轮机膨胀做功，带动发电机一起高速旋转，从而发出电来。

火力发电系统主要由燃烧系统、汽水系统、电气系统、控制系统等组成。前二者产生高温高压蒸汽;电气系统实现由热能、机械能到电能的转变;控制系统保证各系统安全、合理、经济运行。

燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱硫等组成。是由皮带输送机从煤场，通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内，再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉，磨好的煤粉通过空气预热器来的热风，将煤粉打至粗细分离器，粗细分离器将合格的煤粉，经过排粉机送至粉仓，给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置，通过石浆喷淋脱出硫的气体经过吸风机送到烟筒排入天空。

3、传统火力发电机组的优化和改进

火力发电机组，基本原理为通过燃煤燃烧释放的能量加热产生高温高压水蒸气，进而推动蒸汽轮机转动，带动发电机进行发电。截止2018年，我国电力结构中，火电占比84.5%，装机容量达10.8亿千瓦，是我国现阶段的电力核心，因此优化火电发电机组，提高其发电效率，减少燃煤消耗显得尤其重要，也是绿色可持续发展的必然要求。結合火电发电技术的特点，火力发电在未来的发展中，可从以下方面进行突破和发展。

3.1提高燃煤燃烧效率和热交换效率

等量燃料的情况下，燃煤效率对产热的影响显而易见，作为火力发电中的能量来源，源头的效率对整体发电效率有着重大影响，燃烧效率还对产生的排放物有着较大影响，整体上燃烧越充分，产生的有毒污染物将会越少，进而也是节能减排的重点方向。因燃煤燃烧产生的热能需要通过换热系统将能量装换成高温高压的蒸汽势能，所以换热系统的优化和设计也是提高能源利用率的重要研究方向。通过理论研究和工程实践，对现有火电系统进行改进优化，并对新建机组的设计制造进行指导，最终提高发电系统的综合发电效率。

3.2提高蒸汽轮机的转换效率

3.2.1不断深入叶片及流道设计研究

随着原理设计的不断深入和大型计算机的不断发展，流体流动研究，结构强度研究等取得了较快的发展，进而指导汽轮机流道设计、叶形设计等方面进行了大量优化，大大提高了汽轮机的转换效率。但是，由于其设计涉及物理参数众多，极为复杂，现有设计计算过程中采用了大量简化，这种简化提示我们，在相关领域还有较大的可挖掘性和发展性，需要我们对此继续深入研究和发展。

3.2.2不断加深核心部件材料的研发和优化加工工艺

由于汽轮机核心部件工作环境恶劣，所以其对材料的要求极为苛刻，并极易受到损坏。但由于汽轮机的较高的进气参数对汽轮机效率有着明显的提升，因此不断开发新型的，耐高温高压，高强度的材料也必将成为汽轮机、航空涡轮等研究的重要方向。并由于加工精度，叶片及流道表面粗糙度等对汽轮机的效率有明显影响，因此不断完善加工工艺，提高加工精度，以及不断开发新的复杂的叶片加工技术也是汽轮机或者燃气轮机提高效率的重要研发方向。

3.2.3全面研究控制汽轮机各环节损失

汽轮机的效率跟各环节损失的关系显而易见，在提升汽轮机效率的过程中，需要全面研究汽轮机过程损失的其它各个部分，减少以漏气损失、二次流动损失等为主的各类损失，完善相关配套设施。不断研究开发完善的配套技术，如性能优越的气封技术，完善的自动控制技术等，不断将各部分损失控制到最低，以提高汽轮机效率。

3.2.4优化结构设计或研发新型结构

通过工程实践总结发现， 一系列新颖结构汽轮机的现场性能试验表明：不仅试验热耗低于保证值，而且高中压缸的效率均同时达到设计值;充分验证了该结构设计具有稳定的低损失特性， 从节能高效的角度， 以独特新颖结构取代传统结构将是汽轮机产品技术发展“优胜劣汰”的必然趋势。因此在汽轮机设计、制造、安装时相应的结构设计、制造、布局将对汽轮机效率产生较大影响，在这种影响下，我们需要不断总结寻求对应工况下最佳的结构设计方案，如采用多级、多缸等结构，或者开发新的流道等。

3.2.5采用热力循环等或设计研发新型循环

以再热循环为代表的热力循环对汽轮机效率的提升作用是较为显著的，随着相关研究的不断深入和工程实践的不断引入，以热力循环优化汽轮机组是一大研究方向之一，因不断引入的热力循环会将汽轮机相关结构变的极为复杂，因此根据热力循环合理设计相应实现机构也将是循环提升汽轮机效率的重要解决方向。

3.3开发余热利用系统与综合系统

由于汽轮机出口蒸汽一般任具有一定的能量，传统火电厂中这部分能量的利用不足，仍有较大的改进余地，通过配套的开发相应的余热利用系统，可最大程度的提高能量利用率。以整个电站的能量循环为基础，开发更加完善，联动，集成数字化的综合循环系统，能有效的将电站的各个环节紧密联系在一起，减小因为循环系统不合理或者动作延时所引起的损失，这将有效提高电厂的实际效率和经济效益。我国同国外发达国家机组经济性相比，还存在着较大的差距。因此，我们必须要采用多种方法，多个角度加强对机组节能及经济运行的综合改进，找出最优节能方案，有效地提高电厂效率，合理地利用燃料，减少能源的浪费，才能提高电厂经济性，增加电厂效益。

4、结语

火力发电占当前发电量的大部分，因此火力发电技术必须不断优化发电厂热力系统，大幅度提高发电效率，减少汽水介质和热损失，提高环保性能，降低发电成本，才能真正适应新形势、新时代对火力发电的技术要求。在积极稳妥地研发超超临界技术的同时，还要继续积极地研发各种再生能源的发电技术，使之协调发展，相互促进，共同推进电力工业的可持续发展。超临界和超超临界机组、循环硫化床锅炉以及洁净煤技术，可以有效的提高煤炭资源的利用效率，降低燃煤带来的大气污染，已成为火力发电技术的重要发展趋势。在未来，高效无污染的新能源利用技术必将成为火力发电技术研究的重要方向。

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