火电厂高效热能转换技术的研究应用

火电厂高效热能转换技术的研究应用

程曦

湖北华电襄阳发电有限公司 441000

摘要：随着全球能源需求的不断增长和环保要求的日益严格，火电厂作为主要的能源供应方式之一，面临着提高能源利用效率、降低环境污染的双重挑战。高效热能转换技术作为解决这一问题的关键，近年来得到了广泛的研究和应用。本文详细阐述了高效热能转换技术的研究现状，包括技术分类、效率提升关键技术以及新型热能转换技术的发展。接着，本文重点介绍了高效热能转换技术在火电厂中的实际应用，包括循环流化床技术、超临界二氧化碳技术和废热回收利用技术的应用。

关键词：火电厂；高效热能转换技术;废热回收利用技术

火电厂作为能源供应的基石，在全球经济中发挥着不可替代的作用。然而，随着能源需求的增长和环保要求的提高，火电厂面临着提高热能转换效率、降低环境污染的双重压力。高效热能转换技术作为解决这一问题的关键，近年来受到了广泛关注和研究。本文旨在探讨火电厂高效热能转换技术的研究现状及其实际应用，以期为提高火电厂的能源利用效率、减少环境污染提供有益的参考和借鉴。

一、火电厂高效热能转换技术的研究现状

（一）技术分类

火电厂高效热能转换技术涵盖了多个核心领域，其中热机技术占据了举足轻重的地位。热机技术涉及的设备种类繁多，如汽轮机、燃气轮机等，它们构成了火电厂热能转换的基石。这些设备通过精密的设计和高效的运作，将热能高效转化为机械能，并进一步转化为电能，为社会的电力需求提供了源源不断的动力。除了热机技术，热泵技术在火电厂中也扮演着不可或缺的角色。热泵技术凭借其独特的工作原理，能够巧妙地利用低品位热能，如环境中的余热、废热等，进行制冷或制热，从而实现能源的再利用，极大地提高了火电厂的能源利用效率。此外，热管技术也是火电厂高效热能转换技术的重要组成部分。热管技术以其出色的热传导性能，为火电厂的热能传输和回收提供了强有力的支持[1]。通过热管技术，火电厂能够实现对热能的高效利用和快速回收，进一步提升了能源利用效率，降低了运营成本。

（二）效率提升关键技术

一方面，优化热机循环是提高热机效率的有效途径，如采用闭式循环热机和焚烧技术，可以显著提高热机的热效率，减少废热的损失。另一方面，换热器的设计优化和相变传热技术的应用也是提高传热效率的重要手段。例如，通过优化换热器的结构，可以减少热能损失，提高热能的转换效率；而相变传热技术则利用物质相变的过程，实现更高效的热传递。此外，换热介质的优化、节流阀的优化、温度和压力的优化等也是提高热能转换效率的关键技术。例如，选择合适的换热介质可以提高传热效率；优化节流阀的设计可以减少流体流动时的能量损失；而调整热机的工作温度和压力，则可以使其工作在最佳状态，提高热机的功率输出和热效率。

（三）新型热能转换技术

在材料科学领域，新型传热材料的出现为热能转换带来了显著的性能提升，纳米材料以其独特的微观结构和优异的热传导性能，成为热能转换领域的新宠。它们能够显著提高热交换器的传热效率，使得热能转换过程更加高效。同时，多孔材料因其高比表面积和低热阻特性，也在热能转换中展现出巨大的潜力。在传热方式上，研究人员也在不断探索新的可能性。完全重建皮尔逊效应是一种创新的传热方式，它打破了传统传热的限制，通过调整材料结构和温度梯度，实现了热能的高效传导。此外，电磁辐射作为一种新型的传热方式，不仅能够在真空中传递热能，而且能够实现远距离、无接触的传热，为火电厂的热能转换提供了新的思路。最后，新型转化器的设计也是新型热能转换技术的重要组成部分。通过改进热能转化设备的结构和工作原理，新型转化器能够实现能量的高效转化和产品的性能提升。

二、火电厂高效热能转换技术的实际应用

（一）循环流化床技术

循环流化床技术通过精心设计的床层内物料循环流动机制，实现了燃烧过程的优化和热能的高效转换。在循环流化床锅炉中，一个动态的、流动的床料层被精心构建，为燃料提供了一个理想的燃烧环境。燃料在此层中均匀燃烧，释放出大量的热能。这一过程中，床料层不仅起到了支撑和传递热量的作用，还通过循环流动的方式，不断将新鲜的床料引入燃烧区域，同时将燃烧后的灰渣和未燃尽的燃料颗粒带离燃烧区域，进入回收系统，实现了燃料的充分利用和燃烧过程的稳定。循环流化床技术的燃烧效率极高，这得益于其独特的燃烧方式和床料层的循环流动。此外，该技术还具有污染物排放低的特点。在燃烧过程中，床料层能够有效地吸附和脱除燃料中的硫、氮等污染物，从而降低烟气中的污染物浓度，减轻后续烟气处理系统的负担。在燃料适应性方面，循环流化床技术也表现出色。该技术能够燃烧各种品质的燃料，包括劣质煤、生物质等，为火电厂提供了更广泛的燃料选择[2]。这不仅降低了火电厂的运营成本，还有助于推动可再生能源的利用和发展。

（二）超临界二氧化碳技术

超临界二氧化碳技术利用超临界状态下的二氧化碳作为工作介质，巧妙地实现了热能的高效转换。在超临界状态下，二氧化碳的物理性质发生了显著变化，其密度和传热性能均大幅提升，这为热能转换带来了革命性的改变。在火电厂中，超临界二氧化碳技术通过精密控制压力和温度，使得二氧化碳处于超临界状态，进而高效地传递热能。相较于传统的水蒸汽循环，超临界二氧化碳技术展现出了显著的优势。首先，它的热效率更高。由于超临界二氧化碳的传热性能优异，热量能够更加迅速地传递和转换，从而提高整个系统的能源利用效率。其次，超临界二氧化碳技术的系统体积更小。这意味着在相同的能源转换量下，使用超临界二氧化碳技术的火电厂可以占用更小的空间，进一步降低建设成本。此外，超临界二氧化碳技术还具有系统简单、维护方便的特点。由于该技术使用的工作介质是单一的二氧化碳，系统结构相对简单，减少了复杂性和潜在的故障点。同时，二氧化碳作为常见的工业气体，易于获取和处理，进一步降低了维护成本。

（三）废热回收利用技术

在火电厂的日常运行中，高温烟气、凝结水和循环水等都会带走大量的热能，这些热能如果不加以回收利用，不仅是对资源的极大浪费，还可能对环境造成热污染。废热回收利用技术通过一系列高效的热交换器和回收系统，将这些废热转化为有价值的热能或电能。其中，烟气回收技术利用热交换器将高温烟气中的热量传递给水或其他介质，产生蒸汽或热水，用于发电或供热。凝结水回收技术则是通过收集和处理凝结水，将其中的热量回收再利用，减少能源消耗。循环水回收技术则是对循环水进行冷却和再利用，降低水资源的消耗和排放。这些技术的应用不仅能够提高火电厂的能源利用效率，还能显著增强经济效益。回收的热能可以用于发电或供热，减少了对外部能源的依赖，降低了运营成本。同时，废热回收利用技术还有助于减少污染物的排放，提高火电厂的环保性能。通过减少废热的排放，降低了对环境的热污染，同时也减少了燃烧过程中产生的有害气体和温室气体的排放。

三、结论

火电厂高效热能转换技术的研究应用已取得了显著成果，不仅提高了能源利用效率，降低了运营成本，还有效减少了环境污染。随着技术的不断进步和创新，未来火电厂在高效热能转换方面将展现出更加广阔的前景。有理由相信，通过持续的研究和应用，火电厂将在能源可持续发展和环境保护中发挥更加重要的作用，为人类社会的可持续发展贡献更大的力量[3]。

参考文献

[1]赵小明.火电厂热能动力装置检测与维护分析[J].电工技术,2017,(07):82-83. 

[2]井飞.热能动力工程在火电厂中的应用[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2019,(07):154-155.

[3]杨鹏,姚丽佳.火电厂中热能与动力工程的改进方向[J].中国新通信,2018,20(18):232-233.