唐 磊

金爐科技有限責(zé)任公司

電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗的主要措施分析

唐 磊

金爐科技有限責(zé)任公司

當(dāng)前能源和資源瀕臨枯竭問題已經(jīng)成為全球性的問題，在世界范圍內(nèi)掀起了激烈的討論，針對能源開發(fā)問題提出了更高的要求，競爭愈演愈烈，為了謀求電廠的長遠(yuǎn)發(fā)展，各大電廠紛紛出臺一系列完善措施，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和管理模式，以求占據(jù)更大市場份額，更為合理有效的提升企業(yè)市場競爭力，實(shí)現(xiàn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。由于電廠自身特性，首先需要從節(jié)能降耗等方面著手，相較于其他行業(yè)存在一定差別，需要通過不同途徑實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。在日常生產(chǎn)活動開展中，需要注重用水、用電情況，在保證電廠正?；顒娱_展的同時(shí)，降低其他能源的消耗。

電廠；汽輪機(jī)；節(jié)能降耗

國家多部門聯(lián)合頒布的《煤電節(jié)能減排升級與改造行動計(jì)劃》（發(fā)改能源[2014]2093號）中指出：到2020年，所有在服役的燃煤發(fā)電機(jī)其能耗不得超過310g/kW·h，其中發(fā)電量在60kW·h及之上的機(jī)組能耗不能超過300g/kW·h，其他低發(fā)電量機(jī)組經(jīng)過改良后均可達(dá)到大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。為確保這一目標(biāo)的達(dá)成，對機(jī)組整機(jī)性能進(jìn)行測試和診斷，找出節(jié)能突破口，尋找對比相關(guān)改造技術(shù)，使技術(shù)改造適當(dāng)領(lǐng)先，投資經(jīng)濟(jì)合理，最終選擇最優(yōu)改造方案是非常必要和迫切的。

依據(jù)火電廠節(jié)能降耗的相關(guān)理論研究可知，實(shí)現(xiàn)機(jī)組效率提升的同時(shí)降低能耗應(yīng)從下述內(nèi)容入手：一是改進(jìn)主副機(jī)組，提升主機(jī)發(fā)電效率；二是提升蒸汽初始參數(shù)，以提高熱循環(huán)的溫度均值；三是確保排氣壓力的持續(xù)穩(wěn)定，避免冷源損失；四是提升熱循環(huán)效率，降低鍋爐換熱溫度差值；五是最大化降低熱力過程及熱交換中的換熱溫度差值；六是降低氣體與液體工質(zhì)在流動中的熱量散發(fā)損失；七是降低內(nèi)漏、縮減外漏；八是提高汽輪機(jī)內(nèi)效率。

1 電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗概述

電廠汽輪機(jī)技術(shù)改革之前，應(yīng)尋求資金投入和效益平衡點(diǎn)，對資金投入成本和收益情況進(jìn)行深入分析，不能盲目的因?yàn)楣?jié)能而節(jié)能，權(quán)衡技術(shù)創(chuàng)新成本和節(jié)能收益之間的關(guān)系。但是就電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗實(shí)際工作開展下現(xiàn)狀來看，主要是通過引進(jìn)先進(jìn)的汽輪機(jī)來實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，但是所耗費(fèi)的成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于對現(xiàn)有汽輪機(jī)的技術(shù)改造成本，在現(xiàn)有汽輪機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，同樣能夠達(dá)到節(jié)能降耗的作用。由此看來，這種汽輪機(jī)改造方法，不僅能能夠大大降低電廠技術(shù)改造費(fèi)用，還能夠達(dá)到節(jié)能降耗作用，從經(jīng)濟(jì)角度來看，這一舉措是切實(shí)可行的。較之國外，我國汽輪機(jī)改造起步較晚，但是經(jīng)過了幾十年的創(chuàng)新和技術(shù)改造，汽輪機(jī)節(jié)能降耗工作取得了較為可觀的成效，相關(guān)技術(shù)漸趨成熟，通過大量的實(shí)踐能夠發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)技術(shù)改造后，能夠大大提升能源利用效率，能源消耗量隨之減少，在一定程度上提高了汽輪機(jī)運(yùn)行可靠性和安全性，在實(shí)際應(yīng)用中是切實(shí)可行的，值得推廣應(yīng)用。

2 電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗的可行性分析

在整個電廠的組織結(jié)構(gòu)中，汽輪機(jī)處于較為中心的環(huán)節(jié)與地位，它起到的重要作用是把熱能轉(zhuǎn)化為電能。一般來說，關(guān)系到其節(jié)能降耗的主要因素包括兩點(diǎn)，一是技術(shù)因素，二是經(jīng)濟(jì)因素。

2.1 技術(shù)層面的可行性研究

對電廠汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能降耗技術(shù)改造的可行性分析，另一個重要的方面是技術(shù)層面的可行性研究分析。通過大量的研究結(jié)果表明，節(jié)能技術(shù)改造后的汽輪機(jī)，在汽輪機(jī)的冷端系統(tǒng)、熱力系統(tǒng)、本體汽封等各系統(tǒng)環(huán)節(jié)，都得到了技術(shù)層面的優(yōu)化，相關(guān)技術(shù)方面的節(jié)能改造，在很大程度上提升了汽輪機(jī)的安全穩(wěn)定性，使得整個機(jī)組的生產(chǎn)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)。由此表明，對電廠汽輪機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，在技術(shù)方面的可行性成立。通過上述對電廠汽輪機(jī)在經(jīng)濟(jì)層面與技術(shù)層面的研究分析表明，采用科學(xué)合理的措施對汽輪機(jī)進(jìn)行改造對其節(jié)能降耗是非常有幫助的，研究人員要結(jié)合汽輪機(jī)的影響因素進(jìn)行研究分析，以找到最佳的節(jié)能降耗措施。

2.2 經(jīng)濟(jì)效益層面的可行性研究

對電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗方面的研究分析，首先要考慮其經(jīng)濟(jì)效益問題。對汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能改造要將技術(shù)改造所需的資金投入和改造后的設(shè)備產(chǎn)出進(jìn)行綜合計(jì)算，也就是說要對成本支出與成本收益進(jìn)行匹配運(yùn)算，不光要考慮設(shè)備的節(jié)能，還要考慮經(jīng)濟(jì)的節(jié)能。經(jīng)過研究表明，采用新式汽輪機(jī)的投入成本要遠(yuǎn)高于技術(shù)改造后的汽輪機(jī)投入成本，經(jīng)過技術(shù)改造后的汽輪機(jī)在節(jié)能降耗方面同樣有著十分顯著的效果。因此，對汽輪機(jī)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造的經(jīng)濟(jì)可行性研究分析成立。

3 引起汽輪機(jī)能耗的主要因素

3.1 工程概況

某火電發(fā)電廠共有4臺機(jī)組：分別為兩臺600MW和兩臺660MW機(jī)組，機(jī)組類型為超臨界、單軸、凝氣式汽輪機(jī)組，輪機(jī)總數(shù)為四十二級，其中高壓轉(zhuǎn)子共八級；中亞轉(zhuǎn)子共六級；低壓轉(zhuǎn)子共二十八級。汽輪機(jī)選用壓合缸構(gòu)造，兩個低壓缸采用對稱雙流反向布設(shè)。在進(jìn)行全面維修前先對機(jī)組性能進(jìn)行全面檢測，檢測結(jié)果顯示機(jī)組存在熱耗率過高，同設(shè)計(jì)值存在偏差，仍有一定節(jié)能空間。熱耗率屬于反應(yīng)汽輪機(jī)綜合性能的參數(shù)指標(biāo)，其由汽輪機(jī)自身性能、熱力系統(tǒng)運(yùn)行狀況、設(shè)備參數(shù)多方面要素共同決定，這些數(shù)據(jù)同設(shè)計(jì)值之間的差距就決定著機(jī)組的真實(shí)運(yùn)行狀況。

3.2 具體因素分析

1）水冷凝汽器問題

關(guān)于水冷凝汽器的問題主要涉及以下兩方面：首先是水冷凝汽器內(nèi)的冷卻水水質(zhì)較差。一旦冷卻水的水質(zhì)出現(xiàn)問題后，就會使得汽輪機(jī)在正常的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，凝氣管出現(xiàn)較為嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，如此一來，使得汽輪機(jī)的排氣換熱效果在原來的基礎(chǔ)上大幅度的降低，并使得九成以上的水分在汽輪機(jī)冷卻塔中蒸發(fā)；然后是凝汽器的泄露問題導(dǎo)致的鍋爐內(nèi)部結(jié)垢，引發(fā)安全隱患問題。凝汽器一旦泄露以后，會使得冷卻水中混入大量的凝結(jié)水，若泄露現(xiàn)象較為嚴(yán)重時(shí)，會使得凝結(jié)水通過孔隙進(jìn)入鍋爐內(nèi)部，混合水分的進(jìn)入使得鍋爐內(nèi)部的水質(zhì)降低，長期下去引發(fā)了鍋爐內(nèi)部水分結(jié)垢現(xiàn)象，若時(shí)間久后，水冷壁在強(qiáng)腐蝕情況下會引發(fā)鼓包、爆炸等惡劣情況的發(fā)生。

2）汽輪機(jī)機(jī)組氣缸問題

電廠汽輪機(jī)氣缸主要起到隔離汽輪機(jī)同流部分與大氣連接的作用，并將生成的蒸汽熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。同時(shí)其還會與外部支撐座架、排汽、進(jìn)汽以及回?zé)岢槠裙艿老噙B接，這樣在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)會產(chǎn)生較高的溫度，熱量變會輻射到外缸部分，需要夾層氣流來對其進(jìn)行冷卻處理。另外，汽輪機(jī)啟動冷態(tài)后，夾層氣流則轉(zhuǎn)變?yōu)榧訜嶙饔茫@樣就決定了氣缸工作效率對汽輪機(jī)能量耗損的影響，一旦氣缸運(yùn)行出現(xiàn)問題，勢必會造成汽輪機(jī)能耗增大。

3）汽輪機(jī)蒸汽壓力及溫度問題

這里所提到的主蒸汽溫度與壓力，實(shí)際上強(qiáng)調(diào)的就是汽輪機(jī)在運(yùn)行時(shí)的蒸汽壓力與溫度。在其一般的運(yùn)行狀態(tài)下，二者間存在的是反比關(guān)系。當(dāng)蒸汽流量提升時(shí)，蒸汽壓力會逐漸下降。由此可以看到，一旦正在運(yùn)行的機(jī)組在燃料供給方面出現(xiàn)問題，就會使汽輪機(jī)的主蒸汽壓力與溫度雙雙降低，影響到節(jié)能降耗的工作開展。

4 完善電廠汽輪機(jī)的節(jié)能降耗工作

4.1 汽輪機(jī)組本體優(yōu)化

安裝質(zhì)量：在安裝質(zhì)量方面主要體現(xiàn)在通流部分的間隙。電廠對這部分應(yīng)該要重視，通過檢修調(diào)整是可以得到改善的。

葉片改進(jìn)。各級動靜葉片均選擇新型高效變截面扭曲型葉片，以便于降低二次流損失，提升熱效率；低壓次末級拉筋型動葉更換為整圈自鎖阻尼型長葉片，以更好地保障末級葉片的運(yùn)行安全。

汽封結(jié)構(gòu)改進(jìn)。將高壓葉片頂部兩齒平汽封形式更改為四齒高低齒汽封，以降低漏氣損失；對低壓末級及次末級動葉頂部增設(shè)汽封，并縮小動葉頂部間隔，縮減漏氣量的同時(shí)提升各級效率。

缸體改進(jìn)。對各級內(nèi)缸及靜葉持續(xù)實(shí)施優(yōu)化改進(jìn)，以提升各缸工作效率；對高壓進(jìn)氣管實(shí)施彈性密封改造，增加密封環(huán)數(shù)量，以便減小漏氣損失。

調(diào)節(jié)級改進(jìn)。選用高效平衡動葉并改良動葉圍帶結(jié)構(gòu)，增多葉頂汽封齒數(shù)量，降低漏氣損失；靜葉選用子午端壁型線，降低二次損失。

4.2 提高給水溫度，保證凝汽器內(nèi)部處于真空狀態(tài)

鍋爐和汽輪機(jī)是汽輪運(yùn)行中的熱力循環(huán)系統(tǒng)。從熱力學(xué)參數(shù)分析可知，隨著循環(huán)參數(shù)的不斷增加，循環(huán)效率也會得到提升，而提高給水溫度，可以提升鍋爐的運(yùn)作效率，同時(shí)還會對鍋爐燃料數(shù)量產(chǎn)生作用。給水溫度較低，耗費(fèi)燃料量較大，而且會將大量熱量散發(fā)到空氣中，減低了鍋爐運(yùn)行效率，所以必須提升給水溫度，保證汽輪機(jī)運(yùn)行的順利運(yùn)行。

（1）確保加熱器的正常運(yùn)行。為了保證加熱器可以正常運(yùn)行，應(yīng)該定期對加熱器進(jìn)行檢查。如果在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)加熱器存在泄露問題，必須及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和檢修，避免事故的發(fā)生；定期檢查隔板的封閉性，防止高壓給水出現(xiàn)偏離對機(jī)組運(yùn)行造成的影響，發(fā)生不安全問題。

（2）保證高壓加熱器運(yùn)行率。給水溫度對機(jī)組的正常運(yùn)行具有很大影響。在機(jī)組啟動和停止過程中，都必須嚴(yán)格控制給水溫度，減少熱量散失；機(jī)組運(yùn)行中，還要定期對機(jī)組進(jìn)行檢查，避免安全問題的產(chǎn)生；將加熱器水位維持在穩(wěn)定狀態(tài)；為了實(shí)現(xiàn)降低溫差、減少泄漏，還要定期對加熱器內(nèi)部污垢進(jìn)行清除，以提升高壓加熱器的運(yùn)行效率。

汽輪冷凝器是機(jī)組正常運(yùn)行的前提，只有保證其可以正常穩(wěn)定運(yùn)行，才能提高生產(chǎn)效益，延長機(jī)組使用壽命。為了防止凝汽器內(nèi)部真空降低，可進(jìn)行以下操作：①保證機(jī)組的密閉性，減少凝汽器泄漏。定期對凝汽器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理，保證機(jī)組運(yùn)行。②提高循環(huán)水質(zhì)量控制。在長期使用中，凝汽器內(nèi)部銅管會產(chǎn)生大量水垢，所以必須定期祛除水垢，提升汽輪機(jī)運(yùn)行效率。③控制凝結(jié)水位。啟動機(jī)組時(shí)，必須將水位控制在正常水平，如果操作不慎，導(dǎo)致凝汽器內(nèi)部冷卻面積不足產(chǎn)生真空下降問題，必須采取措施降低維持在穩(wěn)定狀態(tài)。

4.3 汽輪機(jī)啟停及正常運(yùn)行中的相關(guān)措施

汽輪機(jī)啟動時(shí)，都應(yīng)按照合理的汽輪機(jī)啟動曲線進(jìn)行。比如，汽輪機(jī)冷態(tài)啟動的主汽壓力、主汽溫度和凝結(jié)器真空等參數(shù)啟動期間都有正常的允許范圍。但是，在實(shí)際運(yùn)行過程中，啟動前機(jī)組都要進(jìn)行長時(shí)間預(yù)熱，導(dǎo)致并網(wǎng)時(shí)間被延長，增加了運(yùn)行成本。對于這個問題，有如下的建議：先使用旁壓先開的方式將壓力維持到2.8MPa左右，然后通過手動方式對真空破壞門進(jìn)行開啟，使汽輪機(jī)真空維持在－60～－50kPa的范圍內(nèi)。這樣便可以增加汽輪機(jī)進(jìn)汽量，加快暖機(jī)的速度。在進(jìn)行了低速暖機(jī)后，如果機(jī)組一切正常，可逐漸開大主汽門將轉(zhuǎn)速升至1300RPM，并保持40～80分鐘。通過指定檢查項(xiàng)目后，如果沒有異常，這樣就可以保證汽輪機(jī)高效、平穩(wěn)運(yùn)行了。

在電廠汽輪機(jī)運(yùn)行管理方面，建議通過定滑壓試驗(yàn)找出最佳運(yùn)行壓力點(diǎn)，日常運(yùn)行操作根據(jù)鍋爐燃燒情況調(diào)整汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力，按照新的定滑定曲線調(diào)整參數(shù)運(yùn)行，保證了汽輪機(jī)汽缸的高效率運(yùn)行。在高負(fù)荷區(qū)域通過調(diào)節(jié)噴嘴改變通流面積，維持在高水平的定壓調(diào)節(jié)；而在低負(fù)荷區(qū)域，為了保持給水泵臨界轉(zhuǎn)速、燃燒、水循環(huán)工況能夠得到穩(wěn)定，那么就應(yīng)該使用低水平的定壓調(diào)節(jié)；在中間負(fù)荷區(qū)域，根據(jù)實(shí)際滑壓曲線控制汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力。通過進(jìn)行加熱器水位調(diào)整試驗(yàn)，找出每臺加熱器合理的疏水水位，保證加熱器端差在合理的運(yùn)行范圍，達(dá)到提高給水溫度和減少加熱器端差的目的，同時(shí)合適的抽汽量保證了汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的效率。

汽輪機(jī)在非正常停機(jī)時(shí)，盡量保證機(jī)組按照合理的參數(shù)甩負(fù)荷。確保各系統(tǒng)和設(shè)備不會因緊急停機(jī)而受損，對保證機(jī)器壽命有重要作用。

4.4 改造允許技術(shù)改造的汽輪機(jī)

因?yàn)楫?dāng)前冷端系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的安全性以及經(jīng)濟(jì)性是制約電廠發(fā)電效率的重要因素。因此，在改造汽輪機(jī)冷端的過程中，我們應(yīng)該以凝汽器和水塔為主要切入點(diǎn)?？梢钥紤]循泵運(yùn)行方式的優(yōu)化，使機(jī)組凝汽器處在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的工況下，同時(shí)盡可能降低廠用電，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。冷端系統(tǒng)包括循環(huán)水泵、凝汽器、冷卻水塔、真空維持裝置（膠球清洗系統(tǒng)、抽真空系統(tǒng)），冷端系統(tǒng)優(yōu)化不僅從某個設(shè)備考慮，而是從真空改善措施和真空維持措施兩方面著手。真空改善措施將循環(huán)水泵、凝汽器、冷卻水塔一體化考慮最佳能力，不僅是追求冷端系統(tǒng)某個設(shè)備的性能，而且統(tǒng)籌考慮冷端系統(tǒng)整體性能。在凝汽器改造中，主要考慮凝結(jié)水過冷度、凝汽器真空、凝汽器端差幾個方面。比如冷卻管材質(zhì)的更換，冷卻管布置方式的優(yōu)化等技改，可以大幅提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，并且減少維修和停機(jī)次數(shù)，從而有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗目標(biāo)。

4.5 做好汽輪機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化

電廠汽輪機(jī)一般選擇定- 滑- 定運(yùn)行方式，在保證設(shè)備運(yùn)行效率的同時(shí)，降低運(yùn)行能耗，需要就運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，如改變通流面積。在極低負(fù)荷狀態(tài)下，可以通過低水平定壓調(diào)節(jié)方法，來保證水泵軸臨界轉(zhuǎn)速、燃燒、水循環(huán)等作業(yè)的穩(wěn)定性。對于中間負(fù)荷區(qū)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況來對負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保汽門開關(guān)可以處于滑壓運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，應(yīng)減少加熱器端差，合理調(diào)節(jié)加熱器水位，以及在設(shè)備高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，適當(dāng)提高汽輪機(jī)主汽溫度與主汽壓力，來達(dá)到提高給水溫度與投入率的目的。當(dāng)?shù)退倥瘷C(jī)完畢后，在確定機(jī)組一切正常后，可以逐漸開大主汽門轉(zhuǎn)速，并保持40～80min 后，對油位、油溫、油流、油壓等參數(shù)進(jìn)行檢查，并確定油泵運(yùn)行狀態(tài)，監(jiān)聽機(jī)組內(nèi)部是否存在摩擦等聲音，以此來作為后續(xù)管理工作實(shí)施的依據(jù)。

4.6 更新理念，完善體系

想要實(shí)現(xiàn)電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗的目的，完善電廠管理制度無疑是一項(xiàng)根本保障。對于電廠自身而言，首先要在更新管理理念的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)管理體系的強(qiáng)化。要提高節(jié)能降耗管理工作的重視程度，并將其貫穿于電廠生產(chǎn)經(jīng)營的全周期。其次，要在電廠各部門的協(xié)調(diào)配合下，做好科學(xué)的節(jié)能規(guī)劃，推進(jìn)節(jié)能管理工作開展。例如，依規(guī)嚴(yán)格選定水電計(jì)量表裝置與測量范圍;或組建專業(yè)的部門團(tuán)隊(duì)對節(jié)能管理進(jìn)行監(jiān)督考核等。最后，要在上述工作的帶動下，對具體汽輪機(jī)節(jié)能降耗工作加大投入，可以參考一些發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)，建立具有自身特色的節(jié)能管理模式。特別是在節(jié)能評估方面，可組建專家團(tuán)隊(duì)對本廠汽輪機(jī)性能進(jìn)行評估，再根據(jù)評估結(jié)果制定相應(yīng)具體的節(jié)能降耗措施，落實(shí)具體的節(jié)能降耗管理工作責(zé)任。

綜上所述，汽輪機(jī)節(jié)能降耗是當(dāng)下發(fā)電廠運(yùn)行管理的重要內(nèi)容，其對提升電廠運(yùn)行效益有著重要影響。造成汽輪機(jī)能耗的因素是多方面的，包括汽缸工作效率、機(jī)組通流性、汽壓溫度、出力系數(shù)等，對汽輪機(jī)的節(jié)能減排要從技術(shù)改造與管理兩方面入手，通過多種措施手段穩(wěn)固及提升汽輪機(jī)機(jī)組工作效率，降低其能量消耗。

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