火电厂是能源转换重要基地，工业蒸汽产生排放问题凸显。工业蒸汽是火电厂生产副产品，具有巨大潜在价值。但当前工业蒸汽利用效率较低，存在大量浪费现象。造成能源浪费，对环境产生不良影响。研究火电厂工业蒸汽综合利用策略，提高工业蒸汽利用效率，可推动节能减排、优化资源配置以及保护环境，对火电厂工业蒸汽综合利用策略深入探讨。

一、 火电厂工业蒸汽的综合利用优势

（一）能源利用效率提升

火电厂在发电中燃烧煤、油、气等化石燃料产生高温高压蒸汽，驱动汽轮机转动发电。但这一过程伴随蒸汽剩余排放，若能将剩余蒸汽有效回收利用，可有效提高能源整体利用效率。例如凭借多级蒸汽发生器、返汽加入、再生式空气预热等技术手段，提高蒸汽生成效率，减少能源浪费。将余热蒸汽引入热网系统，向周边企业或居民供热，提升能源利用效率。延长蒸汽能量转换链条，实现能源多级利用，显著提高整体能源系统效率。

（二）环境保护效益显著

火电厂工业蒸汽综合利用对环境保护有重要意义，减少蒸汽直接排放，降低温室气体排放量，缓解全球变暖环境问题。利用蒸汽热力回收，替代传统燃煤、燃油锅炉供热方式，减少化石燃料消耗。电厂在燃烧废气中添加净化剂，进一步减少大气污染物排放。火电厂环保表现显著提升，推动绿色低碳发展目标实现。

（三）经济效益的多元化提升

提高蒸汽利用效率，减少能源浪费，提升电厂经济效益。剩余蒸汽用于供暖、制冷等多种用途，拓展电厂服务范围，实现经济效益多元化提升。向周边企业供应高温高压蒸汽用于生产加工，满足企业能源需求，为电厂带来稳定售汽收入。蒸汽完成热力回收和储能调峰，平抑电力市场价格波动风险，增强电厂市场竞争力^[1]。

（四）促进工业产业链的协同发展

火电厂工业蒸汽的综合利用促进工业产业链协同发展，蒸汽是重要工业能源载体，在化工、造纸、制药、食品加工等多行业中有广泛应用。构建以火电厂为核心热力供应网络，将蒸汽资源有效输送到周边工业园区，满足各类企业能源需求。提升工业产业链能源保障水平，促进产业链上下游企业之间紧密合作。共享蒸汽资源，实现产业链节能减排^[2]。

（五）推动技术创新与产业升级

促进相关技术创新与产业升级，实现蒸汽高效利用，引进新技术、新工艺和新设备^[3]。例如，多级蒸汽发生器、高效换热器、储能调峰装置等先进技术应用，火电厂积极探索将太阳能、生物质能等新能源与工业蒸汽综合利用相结合新模式。

二、 火电厂工业蒸汽特性分析

（一） 蒸汽生成过程

火电厂蒸汽生成过程基于热力学基本原理，借助燃料燃烧产生高温烟气与锅炉中水热交换，使水受热蒸发成为蒸汽。例如化石燃料在锅炉燃烧室中燃烧，释放出大量热能。燃料与空气中氧气发生化学反应，生成高温烟气。其锅炉受热面（如水管壁）与水热交换，烟气中热能传递给水，使水温度逐渐升高并蒸发。水从液态转变为气态，形成高温高压蒸汽。蒸汽在锅炉内部继续受热，达到一定温度压力后，被引出锅炉进入汽轮机。火电厂产生蒸汽有高温，可达500℃以上，其高压可达数十兆帕。精确燃烧控制和汽水调节系统，火电厂稳定产生有特定温度和压力蒸汽^[4]。

（二） 蒸汽质量与参数

1.蒸汽质量关键因素

蒸汽中杂质含量，如盐分、颗粒物等对蒸汽质量有重要影响。高纯度蒸汽可减少设备腐蚀堵塞风险，提高利用效率。洁净度关乎蒸汽中是否含有油污、化学物质等污染物，相关污染物影响蒸汽热传导性能。蒸汽干度指蒸汽中水分子比例，高干度蒸汽意味更少水分携带，可提高蒸汽能量密度^[5]。湿度反映蒸汽中携带水滴，过高湿度降低蒸汽热效率，导致设备故障，如表1所示。

表1 蒸汽质量关键因素

ppm表示百万分之一，μg/kg表示微克每千克，mg/kg表示毫克每千克。

2.蒸汽的关键参数及其影响

蒸汽温度是衡量其热能大小重要指标，高温蒸汽具有更大热值和能量转换潜力。压力决定蒸汽做功能力，高压蒸汽可驱动更大规模机械设备，在长距离输送中保持较好能量稳定性。蒸汽可转化单位时间内通过管道蒸汽量，合理流量控制维持火电厂稳定运行，满足外部需求。蒸汽热值是单位质量或单位体积蒸汽所蕴含热能，高热值蒸汽在能源转换中有更高效率^[6]。

三、 火电厂工业蒸汽综合利用策略

（一） 直接利用策略

直接利用策略其热能从高温物体传递到低温物体，在传递中实现能量转换利用。将火电厂产生高温高压蒸汽输送到需要热能工业设备中，实现热能高效传递利用，替代传统燃煤、燃油等能源供应方式。许多工业生产过程需要高温热源加热，如化工、造纸、制药等行业。火电厂产生工业蒸汽直接输送到工业设备中，替代传统加热方式，实现热能高效利用。凭借管道系统将蒸汽输送到工业加热设备，根据生产需求开展精确温度调节，满足不同工业加热需求。火电厂附近居民区利用工业蒸汽供暖，建设供暖管网，将蒸汽输送到居民区中，借助换热器将蒸汽热能传递给供暖水系统，为居民提供温暖舒适室内环境。蒸汽输送到热力发电设备中，将热能转换为电能，提高火电厂综合能源利用效率。例如在热力发电设备中，高温高压蒸汽进入汽轮机。蒸汽在汽轮机中膨胀做功，将热能转换为机械能。汽轮机带动发电机旋转，将机械能转换为电能。发电机产生电能通过输电线路输送到电网中，电网再将电能分配给各用户，满足社会电力需求^[7]。其蒸汽温度在500°C至600°C，蒸汽压力在10MPa至30MPa之间，高压蒸汽可提高汽轮机效率。根据火电厂规模需求，汽轮机功率在几十兆瓦至几百兆瓦之间。与汽轮机功率相匹配，确保汽轮机带动发电机以额定速度旋转。发电机效率在95%以上，意味着大部分机械能转换为电能。火电厂综合能源利用效率在35%至45%之间，这取决于多种因素，如燃料类型、设备效率、运行条件等。实现蒸汽热能转换利用，避免蒸汽无效排放。替代传统燃煤、燃油等能源供应方式，减少温室气体和其他有害物质排放量。建设完善蒸汽输送管网，确保蒸汽稳定安全输送到各利用点^[8]。

（二） 转换利用策略

转换利用策略原理基于能量守恒和转换基本原理，火电厂中燃料燃烧产生高温烟气通过锅炉与水热交换，生成高温高压蒸汽。其蕴含着丰富热能，借助转换技术将其转换为电能、机械能、化学能等其他形式能源。建设相应发电设施，将蒸汽热能转换为电能，入电网供电。通过特定化学反应，将工业蒸汽热能转换为化学能，生产出有价值化学品。利用蒸汽开展重整反应，生产氢气或其他合成气体。火电厂工业蒸汽在利用中产生大量冷凝水，凭借冷凝回收技术，将冷凝水回收利用，作为工业用水。例如，蒸汽重整反应是常见化学反应，将蒸汽与某些碳氢化合物（如天然气、石油馏分等）反应，生产出氢气。对甲烷蒸汽重整反应，可表示为：

CH4+H2O→CO+3H2

水煤气变换反应在某些情况下，蒸汽与一氧化碳反应，生成更多氢气，水煤气变换反应公式为：

CO+H2O→CO2+H2

在火电厂工业蒸汽利用中产生大量冷凝水，将冷凝水有效回收利用作为工业用水。冷凝水回收利用可节约水资源，减少废水排放，对环境保护具有积极意义。

（三） 储能与调峰策略

利用大容量热水罐储存火电厂产生工业蒸汽热能，电力负荷低谷时将多余蒸汽热能转换为热水储存；在电力负荷高峰时利用储存热水发电供暖，实现能量平衡利用。混凝土是高密度、高热容量材料，适合用于储热。将蒸汽热能传递给混凝土储热体，长时间稳定储存热能，在需要时释放利用。熔盐储能在火电厂工业蒸汽综合利用中有显著优势，在火电机组中加入大容量熔盐储能模块，实现热电解耦，提高机组深度调峰能力。例如当火电机组向下调节出力时，启动熔盐储能模块，将锅炉产生过热蒸汽通过储能功率模块对熔盐加热，储存热能。需要增加出力时，利用高温熔盐放热，产生蒸汽回到汽轮机做功发电，实现能量灵活转换利用。可结合调峰策略，合理安排火电厂发电计划，应对电网负荷波动，确保电网稳定运行。采用汽轮机旁路、低压缸零出力和高背压循环水供热等技术，增加电厂低负荷运行能力，可降低高峰负荷时的顶负荷能力。例如，确定火电厂在电网负荷高峰和低谷时发电出力，考虑火电厂燃料消耗、设备寿命、环保要求等因素。凭借低压缸零出力技术，在火电厂低负荷运行时将低压缸进汽阀门关闭，使低压缸不出力，进一步降低发电出力。与其他能源形式互补，如与风电、太阳能等可再生能源配合，共同应对电网负荷波动。

（四） 节能减排技术应用

火电厂工业蒸汽来源是锅炉燃烧产生热能，采用高效锅炉技术，如超临界、超超临界锅炉，显著提高锅炉热效率，降低燃料消耗。提高蒸汽参数如温度和压力，使单位燃料产生蒸汽量增加，减少燃煤量，达到节能减排目的。对燃料优化选择，使用低硫煤、洗选煤等清洁燃料，减少燃烧中产生二氧化硫等污染物。火电厂蒸汽有不同温度和压力等级，使用蒸汽梯级利用技术，实现高能高用、低能低用，即高温高压蒸汽优先用于发电等高效能环节，低温低压蒸汽用于供暖、工业加热等低效能环节，提高蒸汽整体利用效率。建立热力回收系统，对火电厂工业蒸汽利用产生废热回收再利用。例如余热锅炉回收烟气余热，加热锅炉给水供暖；利用冷凝水回收系统回收蒸汽冷凝水，减少水资源浪费。建立热力回收系统是火电厂工业蒸汽综合利用策略中的重要一环，旨在回收再利用火电厂工业蒸汽利用过程中产生的废热，以提高能源利用效率并减少环境污染。对火电厂工业蒸汽利用过程全面分析，确定废热来源、数量和温度等参数。选择高效热力回收设备，如余热锅炉应具有高热效率，按照设计要求完成设备安装调试，确保设备正常运行。设置控制系统，对热力回收过程实时监测控制，确保系统稳定运行。其额定蒸发量根据火电厂废热量和回收需求确定，进口烟气温度、出口烟气温度控制在较低水平，提高热回收效率。给水温度根据加热需求确定，高于环境温度。冷凝水回收系统回收率需达到90%，减少水资源浪费。能耗要求系统具有低能耗，降低运行成本。冷凝水温度根据回收后利用需求确定，推荐接近环境温度，如表2所示。

表2 热力回收相关数据值

结束语：

综上所述，火电厂工业蒸汽的综合利用策略研究涉及多学科、多领域，其关乎能源高效利用、环境保护和火电厂可持续发展。对工业蒸汽生成、转换、储存和利用等各环节深入分析，节能减排技术应用可显著提升火电厂工业蒸汽综合利用效率。

【参考文献】

[1]陈刚,张培基,龚冬冬,等. 火电厂监控视频安全服检测方法研究[J]. 图学学报,2023,44(2):291-297.

[2]周传杰,张林,陈节涛,等. 基于OVMD算法集成学习模型的火电厂关键辅机故障诊断[J]. 自动化仪表,2023,44(4):43-47.

[3]赵国钦,蓝茂蔚,李杨,等. 基于最小二乘支持向量机的火电厂烟气含氧量预测模型优化研究[J]. 发电技术,2023,44(4):534-542.

[4]李萌,宗学军,连莲,等. 基于CNN-ABC-BiGRU的火电厂数据分析与应用研究[J]. 电子设计工程,2023,31(22):11-15,20.

[5]杨刚. 火电厂集控运行节能降耗技术研究[J]. 仪器仪表用户,2023,30(4):90-92,6.

[6]刘放. 探究大型火电厂电气自动化控制技术[J]. 电气技术与经济,2023(3):84-87.

[7]丁伟. 火电厂烟气脱硫脱硝技术应用与节能环保策略探讨[J]. 电气技术与经济,2023(9):92-94.

[8]孔令卿. 火电厂集控运行节能降耗技术研究[J]. 节能与环保,2023(6):52-54.