燃煤電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗方法研究

王 怡

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州521000）

0 引言

燃煤電廠在國內(nèi)發(fā)電企業(yè)中占據(jù)相當(dāng)大的一塊比重，這些電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行直接影響到能源的節(jié)約和發(fā)電成本的高低，進(jìn)而影響到發(fā)電企業(yè)利潤的大小。所以實(shí)現(xiàn)燃煤電廠的節(jié)能減排既是環(huán)境保護(hù)的要求也是燃煤電廠提高盈利能力的有效途徑。燃煤電廠涉及到的主要設(shè)備包括鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、凝汽器、高壓加熱器、除氧器、低壓加熱器以及省煤器等設(shè)備。汽輪機(jī)是燃煤電廠中將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的重要設(shè)備， 汽輪機(jī)能量的合理利用直接影響到電廠對(duì)能源的利用率。提升汽輪機(jī)效率，實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的節(jié)能降耗具有深刻的現(xiàn)實(shí)意義。實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的節(jié)能降耗一般可以從三個(gè)方面入手： 汽輪機(jī)本體的改造、汽輪機(jī)冷端優(yōu)化以及汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化。

1 汽輪機(jī)常見的能源浪費(fèi)問題

了解汽輪機(jī)常見問題是改進(jìn)汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組節(jié)能減排的前提，汽輪機(jī)能源的浪費(fèi)一般是由多方面引起的，一方面汽輪機(jī)長時(shí)間運(yùn)行難免會(huì)發(fā)生一些常見的故障，無法及時(shí)處理就會(huì)引起汽輪機(jī)運(yùn)行性能的下降甚至引發(fā)安全事故；另一方面即使汽輪機(jī)運(yùn)行正常不存在任何的故障，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)不合理不能高效的利用蒸汽的內(nèi)能將會(huì)直接導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，再者汽輪機(jī)運(yùn)行管理不善，使汽輪機(jī)長時(shí)間處于非正常工況下運(yùn)行會(huì)使汽輪機(jī)效率明顯下降，最后引起汽輪機(jī)運(yùn)行效率降低的一個(gè)重要因素就是汽輪機(jī)冷端溫度和真空的控制，改進(jìn)汽輪機(jī)冷端設(shè)備，合理提高凝汽器真空度將實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行效率的提升。

綜上可知，汽輪機(jī)的節(jié)能降耗要從多方面入手，發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行能源浪費(fèi)過程中的主要矛盾，對(duì)癥下藥將對(duì)汽輪機(jī)節(jié)能降耗起到事半功倍的效果。

2 汽輪機(jī)本體改造

目前，國內(nèi)部分機(jī)組的汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)建造過程與實(shí)際運(yùn)行中存在一些問題，可以通過一些改進(jìn)實(shí)現(xiàn)其運(yùn)行性能的提升，當(dāng)然在改造過程中要結(jié)合成本和汽輪機(jī)運(yùn)行性能的提升。汽輪機(jī)在設(shè)計(jì)中常見的問題主要包括如下幾點(diǎn)內(nèi)容：（1）汽輪機(jī)設(shè)計(jì)不合理，汽輪機(jī)機(jī)組通流子午面設(shè)計(jì)不夠光滑，從而造成蒸汽通流過程不必要的能量損失；（2）有些機(jī)組的汽輪機(jī)葉片仍然采用直葉形葉片， 葉形空氣動(dòng)力學(xué)性能差，葉型損失較大，通過設(shè)計(jì)和采用先進(jìn)的彎扭葉形葉片可以大幅度降低因葉形設(shè)計(jì)不合理而造成的損失，提高機(jī)組的運(yùn)行效率；（3）由于級(jí)組設(shè)計(jì)的不合理性，汽輪機(jī)級(jí)間焓降的分配不夠合理，級(jí)效率低，造成不必要的蒸汽的能量損失，使機(jī)組運(yùn)行性能降低。針對(duì)以上問題，本文提出了汽輪機(jī)節(jié)能改造的幾點(diǎn)措施和建議：（1）葉片采用全三維設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行流道優(yōu)化分析，并且盡量采用目前較為先進(jìn)的彎扭葉形作為葉形的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。采用數(shù)控工藝和設(shè)備進(jìn)行加工，提高加工的精度，降低因葉形設(shè)計(jì)不合理造成的損失，保證葉片的型線和氣動(dòng)性能符合設(shè)計(jì)要求。 （2）取消高壓汽缸法蘭螺栓加熱裝置，采用加厚窄法蘭，既能簡化結(jié)構(gòu)，又使機(jī)組起動(dòng)時(shí)操作方便，充分適應(yīng)調(diào)峰運(yùn)行。前軸承座定中心凸肩由固定式改為可調(diào)整式結(jié)構(gòu)。 （3）不改變高壓導(dǎo)汽管以及各抽汽口的位置，不改變?cè)瓉淼幕責(zé)嵯到y(tǒng)。 （4）前軸承箱、軸承座安裝位置以及汽缸與前后軸承座的聯(lián)接方式不改變。

3 汽輪機(jī)冷端優(yōu)化

所謂的汽輪機(jī)冷端優(yōu)化，是對(duì)汽輪機(jī)凝汽器背壓進(jìn)行控制，提高汽輪機(jī)末端排汽的壓力，從而提高熱力系統(tǒng)整個(gè)循環(huán)的效率，降低機(jī)組的能耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。 本文主要提供了兩種改造方案：（1）真空系統(tǒng)的改造技術(shù)。 其實(shí)上，在電廠實(shí)際運(yùn)行過程中凝汽器真空的控制對(duì)機(jī)組的運(yùn)行是十分重要的一個(gè)指標(biāo)，改造凝汽器優(yōu)化汽輪機(jī)的真空系統(tǒng)可以提高機(jī)組的運(yùn)行效率、性能。 真空系統(tǒng)的改造屬于發(fā)電廠的節(jié)能領(lǐng)域中的一項(xiàng)，它主要是針對(duì)水環(huán)式真空泵的抽氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)裝置。通過智能的制冷系統(tǒng)，給真空泵提供低溫度的水，從而使真空泵的抽氣效率提高，并同時(shí)降低了凝汽器的壓力，通過這種方式提高凝汽器的壓力，獲得節(jié)能的效果。 這首先可以通過低溫的工作水提高凝汽器真空效果，空氣是主要的凝汽器傳熱熱阻來源，凝汽器中空氣量的增加會(huì)涉及到不凝結(jié)氣體的換熱，從而使換熱性能極具的降低， 所以控制凝汽器中空氣的分壓力可以有效的保證凝器的真空度。要實(shí)現(xiàn)對(duì)凝汽器中空氣分壓的控制，一方面要適時(shí)的檢查真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，凝汽器的嚴(yán)密性保持的越好就可以盡量減少空氣等不凝結(jié)氣體的進(jìn)入，減少空氣在凝汽器中的分壓；另一方面，要合理提升真空泵的工作效率，增大對(duì)空氣的排出量，降低空氣的分壓。 其次，可以將冷端系統(tǒng)的冷源統(tǒng)一協(xié)調(diào)，更加合理的控制凝汽器的真空度。 對(duì)于某些大型機(jī)組來說，凝器系統(tǒng)的真空泵通常不止一臺(tái)，所以在多數(shù)真空泵中總會(huì)存在開始啟用和停止啟用的狀況。而不同的真空泵之間的負(fù)荷和工作水量也不盡相同。如果我們能夠做到冷端系統(tǒng)的冷源統(tǒng)一協(xié)調(diào)的話，就可以降低凝汽機(jī)的分壓力。最后，可以合理利用廢蒸汽及低品位的熱水。真空系統(tǒng)可以選擇多種方式，比如電力驅(qū)動(dòng)方式、低品位熱水驅(qū)動(dòng)，不過這個(gè)要根據(jù)各發(fā)電廠的要求來確定使用哪種方式。 在多個(gè)方式中，低品位水驅(qū)動(dòng)效率是最高的，它不僅增加了凝汽機(jī)的真空效率，也降低了能源的需求。 （2）設(shè)計(jì)時(shí)采用雙背壓式凝汽器，雙倍壓式凝汽器相對(duì)于普通凝器來說有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。 首先對(duì)于大容量機(jī)組，低壓缸一般設(shè)計(jì)為多排汽口，這就為制造雙壓式（或者更多壓式）凝汽器創(chuàng)造了條件。其次，在同樣的凝汽器熱負(fù)荷下，雙壓凝汽器的折合壓力要低于單壓凝汽器的折合壓力， 因此循環(huán)的熱效率可以提高。就一般而言，多壓凝汽器的氣室數(shù)目越多，折合壓力也就越低。實(shí)踐中的結(jié)果顯示，當(dāng)機(jī)組采用多壓凝汽器后，凝汽器的效率一般可以提高0.15%～0.25%。

4 汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化

汽輪機(jī)的閥門調(diào)節(jié)一般有兩種方式。 一種為單閥調(diào)節(jié)，即通過調(diào)整汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，這種調(diào)節(jié)方式難免在調(diào)節(jié)閥門過程中產(chǎn)生節(jié)流損失，造成能量的損失；另一種為順序閥調(diào)節(jié)，即通過噴嘴來實(shí)現(xiàn)蒸汽閥門的開關(guān)，這樣做一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是當(dāng)一個(gè)閥門全開時(shí)將不會(huì)存在節(jié)流損失，相對(duì)于單閥調(diào)節(jié)來說可以有效提升機(jī)組在非額定工況下的運(yùn)行效率。 當(dāng)前汽輪機(jī)的配汽方式主要是復(fù)合型的配汽方式，這種方式在啟動(dòng)或者低負(fù)荷階段，都可以通過單閥的方式來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的運(yùn)行，也可以在額定負(fù)荷下，通過順序閥來實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)的配汽運(yùn)行。但是，這種復(fù)合型的配汽方式在高負(fù)荷作用時(shí)，可以有著相對(duì)較高的效率，然而在低負(fù)荷作用時(shí)，這種配汽方式的弊端逐漸凸顯，即節(jié)流的損失很大。 為了實(shí)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行的優(yōu)化，故對(duì)汽輪機(jī)的配汽方式進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、提升經(jīng)濟(jì)性的目的。

當(dāng)前運(yùn)行的汽輪機(jī)大多采用復(fù)合配汽的方式來實(shí)現(xiàn)，汽輪機(jī)在較低的負(fù)荷作用下啟動(dòng)時(shí)，通常采用的是節(jié)流調(diào)節(jié)方式，此時(shí)的四個(gè)閥門同時(shí)啟動(dòng)，在一定負(fù)荷作用時(shí)，關(guān)閉部分閥門，轉(zhuǎn)化為順序閥調(diào)節(jié)方式。 傳統(tǒng)的復(fù)合型配汽方式的最優(yōu)負(fù)荷點(diǎn)為90%以上負(fù)荷，然而汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，為了有效的提升部分負(fù)荷的運(yùn)行效率，減小閥門調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)變所帶來的損失， 很多的負(fù)荷都是通過滑行參數(shù)來進(jìn)行控制，即保持閥門開度不變，通過蒸汽壓力來實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的轉(zhuǎn)變，由于存在瞬間的負(fù)荷轉(zhuǎn)變，為此導(dǎo)致調(diào)節(jié)閥門的順序閥調(diào)節(jié)方式損失較大。

傳統(tǒng)汽輪機(jī)的復(fù)合型配汽方式會(huì)導(dǎo)致負(fù)荷作用改變時(shí)，由于蒸汽壓力的轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致瞬間的熱損失較大。 為此將傳統(tǒng)的復(fù)合型配汽方式進(jìn)行優(yōu)化，通過單閥調(diào)節(jié)方式向順序閥調(diào)節(jié)方式轉(zhuǎn)變的“兩閥式”運(yùn)行過程優(yōu)化為單閥式—順序閥式—單閥式的“三閥式”調(diào)節(jié)過程。 這種“三閥式”調(diào)節(jié)具有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)。第一，調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度的優(yōu)化。通過汽輪機(jī)配汽方式的轉(zhuǎn)變，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)荷作用的有效調(diào)節(jié)，為此需要對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度進(jìn)行重新校核。 對(duì)于“兩閥式”運(yùn)行方式，由于瞬間的負(fù)荷作用相對(duì)較大，對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度的要求相對(duì)較大，進(jìn)而增大對(duì)機(jī)械的一種負(fù)擔(dān)，同時(shí)提高了能耗。 “三閥式”調(diào)節(jié)由于可以有效的適應(yīng)汽輪機(jī)的負(fù)荷轉(zhuǎn)變方式，且需要通過三閥進(jìn)行負(fù)荷的分擔(dān)，其調(diào)節(jié)效果明顯優(yōu)于“兩閥式”。 且調(diào)節(jié)級(jí)強(qiáng)度會(huì)相對(duì)較低，實(shí)現(xiàn)能耗的減小。 第二，滑壓運(yùn)行曲線的優(yōu)化。 三閥的流通能力會(huì)明顯高于兩閥，為此“三閥式”方案的最佳運(yùn)行方式會(huì)有所不同。 由于三閥調(diào)節(jié)能力的增強(qiáng)，其不同負(fù)荷的最佳運(yùn)行方式將可以實(shí)現(xiàn)更加圓滑的轉(zhuǎn)變，轉(zhuǎn)變瞬間的能耗會(huì)明顯降低。

5 總結(jié)

實(shí)現(xiàn)燃煤電廠汽輪機(jī)的節(jié)能減排是實(shí)現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能降耗提高其運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的重要途徑和方法，汽輪機(jī)屬于燃煤電廠中的大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備，了解并熟悉燃煤電廠中常見的能源浪費(fèi)問題是實(shí)現(xiàn)電廠節(jié)能減排的前提。 本文從燃煤電廠汽輪機(jī)能源浪費(fèi)常見問題出發(fā)，從汽輪機(jī)本體改造、汽輪機(jī)冷端優(yōu)化以及汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化三個(gè)方面討論了汽輪機(jī)節(jié)能降耗的可行措施和方案。本文的分析結(jié)果可以為燃煤電廠汽輪機(jī)節(jié)能改造提供一些可行的建議。

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