影響汽輪機(jī)熱效率的因素及提高熱效率的方法

武 劍

福建大唐國(guó)際寧德發(fā)電有限責(zé)任公司，福建福安 355006

0 引言

電力使用的便捷性，使得它成為人們生產(chǎn)生活中必不可少的能源。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力的需求也越來(lái)越大，而一個(gè)國(guó)家電力行業(yè)發(fā)展的水平，在某種程度上可以反映一個(gè)國(guó)家發(fā)展的程度。由于通過(guò)常規(guī)燃料的燃燒產(chǎn)生蒸汽以推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)發(fā)電，技術(shù)應(yīng)用比較簡(jiǎn)單、可操作性強(qiáng)、運(yùn)行比較穩(wěn)定，因此我國(guó)電力的來(lái)源中，常規(guī)的火力發(fā)電廠占了很大的比例。雖然我國(guó)目前也建了幾座核能發(fā)電站，但它的發(fā)電原理仍然是依靠核燃料產(chǎn)生蒸汽以驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)發(fā)電的，只是產(chǎn)生蒸汽的方式不一樣。由于我國(guó)常規(guī)火力發(fā)電產(chǎn)的發(fā)電量占總發(fā)電量的比例較大，消耗了大量的燃煤等化石原料，而這些化石燃料又是不可再生資源，因此，想辦法提高汽輪機(jī)的熱效率是一個(gè)十分重要的課題。本文分析了影響汽輪機(jī)熱效率提高的幾個(gè)因素，并針對(duì)這些因素提出了幾個(gè)提高汽輪機(jī)熱效率的方法。

1 影響汽輪機(jī)熱效率的因素

1.1 安裝因素對(duì)汽輪機(jī)熱效率的影響

汽輪機(jī)是以蒸汽為動(dòng)力來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)的，因此汽輪機(jī)在將蒸汽能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)多種形式的能量損失，主要的有以下幾種：蒸汽在推動(dòng)汽輪機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中損失的能量，蒸汽離開(kāi)葉片時(shí)損失的能量，蒸汽與汽輪機(jī)摩擦損失的能量，由于汽輪機(jī)零部件安裝不合理導(dǎo)致蒸汽泄露損失的能量等。這些能量的損失嚴(yán)重影響到汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。影響汽輪機(jī)熱效率提高的因素有多種，其中安裝因素占了很大的一部分，主要包括：汽輪機(jī)各個(gè)零件間的間隙，汽輪機(jī)控制系統(tǒng)的性能，控制汽輪機(jī)運(yùn)行的各個(gè)系統(tǒng)間的配合，汽輪機(jī)中汽缸的保溫效果，操縱汽輪機(jī)運(yùn)行的操作人員的能力等。在影響汽輪機(jī)熱效率提高的各個(gè)因素中，汽缸效率的高低是由安裝人員的安裝質(zhì)量來(lái)決定的。

對(duì)于汽輪機(jī)的主體安裝來(lái)說(shuō)，要提高汽輪機(jī)的熱效率主要是控制好隔板汽封的安裝間隙，保證汽缸連接部分的間隙合理，充分考慮汽封的膨脹因素，隔板與各配合面的連接情況等。為了提高汽缸的安裝精度，安裝汽缸的時(shí)間要相對(duì)增長(zhǎng)，一般是15 天左右。如果安裝的過(guò)程中要更換汽封，則周期要延長(zhǎng)一個(gè)月左右。汽缸在安裝的過(guò)程中要進(jìn)行多次組裝，而且在整個(gè)過(guò)程中要對(duì)安裝的汽缸進(jìn)行多次測(cè)量以保證安裝工作的順利進(jìn)行。目前，汽輪機(jī)的安裝過(guò)程中存在一些難題：施工時(shí)間較長(zhǎng)，工期較緊，對(duì)安裝人員的能力和素質(zhì)要求較高；汽輪機(jī)的生產(chǎn)廠商與發(fā)電廠之間的關(guān)系也容易出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致安裝的難度增大；發(fā)電廠對(duì)汽輪機(jī)安裝的驗(yàn)收也容易出現(xiàn)問(wèn)題，主要是對(duì)安裝好的汽輪機(jī)進(jìn)行測(cè)試時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題，如果安裝零件的測(cè)試結(jié)果無(wú)法滿足汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)和使用要求，則需要進(jìn)行返修，而返修的難度和成本非常高。

1.2 蒸汽參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)熱效率的影響

1.2.1 主蒸汽溫度對(duì)汽輪機(jī)熱效率的影響

汽輪機(jī)在工作的過(guò)程中，主蒸汽溫度的波動(dòng)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行的熱效率、穩(wěn)定性和安全性都有很大的影響。主要原因有在以下幾個(gè)：第一，蒸汽溫度的下降使得蒸汽的濕度增加，導(dǎo)致蒸汽對(duì)葉片的沖擊增大，使葉片的壽命降低，造成汽輪機(jī)熱效率的下降；第二，蒸汽溫度下降時(shí)，如果要保持汽輪機(jī)葉片的負(fù)載不變，則蒸汽的流量必須增加，蒸汽流量的增加使得蒸汽的消耗會(huì)變大，導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)型和熱效率降低；第三，主蒸汽溫度下降會(huì)使汽輪機(jī)各個(gè)零件間的溫差變大，汽輪機(jī)各級(jí)零件的反作用力增加，對(duì)軸的作用力增大，引起汽輪機(jī)中金屬零件的熱變形，機(jī)組的振動(dòng)增大，影響汽輪機(jī)的穩(wěn)定性和熱效率。除此之外，主蒸汽溫度的下降還可能導(dǎo)致水沖擊事故的出現(xiàn)，對(duì)汽輪機(jī)造成重大的傷害。

1.2.2 主蒸汽壓力對(duì)汽輪機(jī)熱效率的影響

在汽輪機(jī)日常運(yùn)行的過(guò)程中，必須重視汽輪機(jī)組主蒸汽壓力的變化。主蒸汽壓力的變化不僅會(huì)對(duì)機(jī)組的熱效率造成影響，而且容易導(dǎo)致重大事故的發(fā)生。在主蒸汽溫度不變的情況下，如果主蒸汽壓力不斷升高會(huì)造成蒸汽濕度的變大，使葉片的工作條件發(fā)生改變，葉片沖擊加劇。對(duì)汽輪機(jī)組來(lái)說(shuō)，主蒸汽壓力每提高1 兆帕，蒸汽的濕度會(huì)增加百分之四左右。主蒸汽壓力的升高還容易導(dǎo)致葉片負(fù)荷的增加，引起汽輪機(jī)主要的承壓部件的熱應(yīng)力增加，使零件發(fā)生熱變形甚至損壞，嚴(yán)重縮短汽輪機(jī)零部件的使用壽命。當(dāng)機(jī)組采取滑壓運(yùn)行時(shí)，必須控制主蒸汽壓力變化的幅度和范圍，主蒸汽壓力的增高會(huì)使安全門(mén)打開(kāi)，造成汽輪機(jī)熱效率的下降。

因此，當(dāng)汽輪機(jī)主蒸汽壓力超過(guò)額定數(shù)值時(shí)，應(yīng)該保證汽輪機(jī)中主要承受壓力的零部件的應(yīng)力不超過(guò)額定范圍，以免造成嚴(yán)重的后果。當(dāng)汽輪機(jī)的蒸汽壓力不斷升高時(shí)，必須對(duì)調(diào)速氣門(mén)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)以增大氣門(mén)的開(kāi)度，使主蒸汽壓力維持在安全范圍內(nèi)。此外，在汽輪機(jī)的主蒸汽溫度不變的情況下，主蒸汽壓力下降會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)壓降降低，造成蒸汽的消耗量增加，影響汽輪機(jī)的熱效率。

2 提高汽輪機(jī)熱效率的方法

2.1 及時(shí)檢查設(shè)備及零部件

在建設(shè)汽輪機(jī)廠房之前，廠房的建設(shè)單位應(yīng)該與汽輪機(jī)的安裝單位相互溝通、緊密配合。建設(shè)單位要核對(duì)設(shè)備的尺寸參數(shù)，對(duì)廠房的建設(shè)提出相關(guān)建議等。建設(shè)單位在施工的過(guò)程中，安裝單位必須協(xié)助建設(shè)單位，防止廠房建好之后無(wú)法滿足機(jī)器設(shè)備的安裝要求。廠房建設(shè)的主要要求有以下幾個(gè)：第一，隔板的建設(shè)必須要符合汽缸安裝的相關(guān)要求，間隙要合理，汽缸的貼合面要緊密；第二，隔板的上下面與汽輪機(jī)各部件間的配合要準(zhǔn)確，無(wú)變形情況的出現(xiàn)。

2.2 準(zhǔn)確安裝汽缸

2.2.1 低壓缸的安裝

國(guó)產(chǎn)汽輪機(jī)低壓缸的生產(chǎn)主要由鋼板焊接而成，各個(gè)廠家各個(gè)型號(hào)的低壓缸的結(jié)構(gòu)差別不大，所以在安裝過(guò)程中安裝的要求大體相同。安裝臺(tái)板就位后，要調(diào)整臺(tái)板的位置使之與中心線對(duì)齊，然后將低壓缸安裝上去。將低壓缸安裝到指定位置后，要對(duì)低壓缸的安裝位置進(jìn)行復(fù)核，使之符合圖紙的設(shè)計(jì)要求。在復(fù)核的過(guò)程中，低壓缸的找平與找中心兩個(gè)步驟可以一起進(jìn)行。

2.2.2 高、中壓缸的安裝

由于高、中壓缸的結(jié)構(gòu)體積十分龐大，調(diào)整起來(lái)非常難。因此，在安裝前必須提前對(duì)缸的安裝位置進(jìn)行找平，尤其是軸承座的安裝位置。高、中壓缸安裝的過(guò)程中，要將汽缸的重量合理分配到各個(gè)接觸面上，保證接觸面負(fù)載的平衡，防止重心都偏移到某個(gè)接觸面上。各接觸面承受的載荷要按照制造廠的要求進(jìn)行校核，誤差要控制在可接受的范圍內(nèi)。

2.3 調(diào)整汽封間隙

設(shè)備安裝好之后，要對(duì)汽輪機(jī)中汽封的間隙進(jìn)行調(diào)整，防止蒸汽的泄露導(dǎo)致汽輪機(jī)熱效率的降低。在調(diào)整汽封間隙時(shí)，根據(jù)汽封塊與轉(zhuǎn)子的間隙測(cè)量得出的數(shù)據(jù)來(lái)確定修改量，對(duì)間隙進(jìn)行修改后要再次進(jìn)行檢查。對(duì)于汽封間隙的取值來(lái)說(shuō)，從安裝的角度考慮，取汽封間隙的上限值更利于安裝，然而從保證汽輪機(jī)熱效率、提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)性來(lái)考慮，汽封間隙應(yīng)該取較小的值。因此，在汽封間隙進(jìn)行調(diào)整時(shí)，安裝人員既要考慮安裝的可靠性和便利性，也要考慮汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)汽封間隙調(diào)整符合要求之后，要對(duì)汽封的膨脹間隙進(jìn)行測(cè)量，若汽封之間沒(méi)有留間隙，則需要先對(duì)汽封進(jìn)行調(diào)整，為汽封膨脹預(yù)留一定的空間；如果汽封的間隙過(guò)大，則應(yīng)該先將汽封間隙的測(cè)量值記錄下來(lái)，等其它零件的間隙測(cè)試結(jié)束之后，再對(duì)汽封間隙進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)整。

2.4 脹圈的安裝及檢查

對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)氣管處的脹圈進(jìn)行檢查時(shí)，必須檢查脹圈的密封環(huán)與接觸面的接觸情況，主要是檢查脹圈的密封環(huán)配合是否嚴(yán)密，可以用塞尺作為檢測(cè)工具。脹圈在安裝的過(guò)程中要講究安裝方法，進(jìn)行錯(cuò)位安裝，錯(cuò)位角度應(yīng)該超過(guò)九十度。在檢查汽缸安裝是否合理時(shí)，應(yīng)該檢查汽缸密封環(huán)的裝配情況，保障配合面接觸均勻。對(duì)脹圈的檢查時(shí)應(yīng)該對(duì)脹圈的缺陷進(jìn)行記錄，并對(duì)記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，對(duì)于軸向間隙等無(wú)法進(jìn)行再調(diào)整的地方也要進(jìn)行檢查，并做好詳盡的記錄。

3 結(jié)論

從上文中我們可以發(fā)現(xiàn)，影響汽輪機(jī)熱效率的因素有很多，其中最主要的是安裝因素和主蒸汽參數(shù)對(duì)汽輪機(jī)熱效率的影響。因此，我們?cè)谄啓C(jī)安裝和運(yùn)行的過(guò)程中要充分考慮到這些因素對(duì)汽輪機(jī)熱效率的影響，并采取相應(yīng)的措施來(lái)提高汽輪機(jī)的熱效率，提高發(fā)電企業(yè)的效益。

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