汽輪機(jī)輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化和節(jié)能技術(shù)探討

摘要：隨著火力發(fā)電機(jī)組的不斷發(fā)展，汽輪機(jī)組在設(shè)計(jì)和制造上的技術(shù)不斷的完善與進(jìn)步，汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性受到人們廣泛重視。因此，如何對(duì)現(xiàn)有的機(jī)組進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過合理的運(yùn)行方式，在保證火力發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，尋求最為經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行工況，這已經(jīng)成為電力行業(yè)繼續(xù)發(fā)展壯大下去的不變趨勢(shì)。而汽輪機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況對(duì)汽輪機(jī)系統(tǒng)有著重要的影響，無論在安全性還是經(jīng)濟(jì)性上都是不容忽視的因素，故而如何通過對(duì)汽輪機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)一步提升汽輪機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性則是目前繼續(xù)探討的關(guān)鍵所在。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);輔機(jī)系統(tǒng);運(yùn)行優(yōu)化;節(jié)能

汽輪機(jī)組的優(yōu)化方式是一項(xiàng)龐大而又復(fù)雜的工作，從其設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行工況等的各個(gè)環(huán)節(jié)上，都可以著手進(jìn)行優(yōu)化。而針對(duì)目前企業(yè)來講，最為合適的方法即是在運(yùn)行工況上進(jìn)行合理的優(yōu)化，使其具有經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式。這主要是取決于實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)和理想運(yùn)行狀態(tài)的匹配程度，在正常工作時(shí)，汽輪機(jī)組的各個(gè)參數(shù)都保持在額定功率范圍內(nèi)，很難對(duì)整體進(jìn)行優(yōu)化，但是當(dāng)發(fā)生意外狀況時(shí)，很容易發(fā)生安全事故，因此對(duì)汽輪機(jī)組的運(yùn)行優(yōu)化需要進(jìn)行嚴(yán)密的論證和實(shí)時(shí)監(jiān)視，以此保證在安全性的前提下提高其經(jīng)濟(jì)性?？偟膩碇v，在運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的能量消耗和損失有兩大類：其一是由于能量直接逃逸造成的損失，例如換熱器的自身散熱，蒸汽泄漏，冷凝器效果不佳等，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)需要額外能量補(bǔ)充來平衡逃逸能量。其二是由于額外能量做功導(dǎo)致的能量流失，例如傳熱性能不佳、蒸汽阻力過大、冷凝水阻力過大等。需要額外能量來抵抗因工況不佳產(chǎn)生的阻力。這些都會(huì)引起汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性能的降低，甚至?xí)鸢踩缘牟环€(wěn)定。

1.凝汽器系統(tǒng)

輔機(jī)系統(tǒng)中的凝汽器普遍存在真空度低、密封性差等問題，使電煤消耗率增加。因此，對(duì)凝汽器的真空系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，保證在其他工況不變的情況下，每提高1%的真空度，可見通過優(yōu)化凝汽器的真空系統(tǒng)可以有效的提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。治理真空度的方法就是檢漏、包括有停機(jī)水壓檢漏和運(yùn)行中的示蹤氣體檢漏。工作要求和方法并不復(fù)雜，關(guān)鍵在于細(xì)致認(rèn)真的排查漏點(diǎn)、根據(jù)漏點(diǎn)的大小和部位進(jìn)行反反復(fù)復(fù)多次的檢漏。在嚴(yán)格堵漏后，可以有效的提高凝汽器的真空度，以此來提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。

凝汽器的熱負(fù)荷問題也是汽輪機(jī)工況惡化的主要原因之一，過高的熱負(fù)荷會(huì)導(dǎo)致冷卻水溫大幅增加，傳熱器兩段溫差急劇增加使機(jī)組真空度降低。這也是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的因素。通常熱負(fù)荷增加有兩個(gè)因素：其一是機(jī)組低壓缸壓入凝汽器的熱流量增加，其二是疏水系統(tǒng)漏水導(dǎo)致。同時(shí)凝汽器的清潔度也會(huì)因傳熱不穩(wěn)定加速能量消耗。

為了降低這些因素導(dǎo)致的能耗升高，要選用合理的密封結(jié)構(gòu)控制好升降負(fù)荷率，特別在控制開機(jī)、停機(jī)的過程中要降低機(jī)組震動(dòng)，調(diào)整合適的汽封間隙來保證流通率的穩(wěn)定性。對(duì)疏水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，消除內(nèi)部漏水的問題，通過調(diào)整加熱器的水位保護(hù)器和調(diào)節(jié)閥來保證正常的加熱器疏水。

2.給水加熱器

目前給水加熱器的問題存在于端差呈現(xiàn)出無規(guī)律狀態(tài)，對(duì)于同樣配置的機(jī)組和加熱器其性能差異很大。這也說明了在相同的工況條件下，加熱器端差的增加與殼側(cè)水位有著必然的聯(lián)系，如果殼側(cè)水位過高會(huì)導(dǎo)致有效傳熱面積減少，在加熱器中能量吸收則會(huì)減少，降低了給水溫度，使得加熱器給水端差增大。如果殼側(cè)水位降低，則不能浸沒疏水冷卻端口，則加熱蒸汽就會(huì)進(jìn)去疏水段，導(dǎo)致疏水段的冷卻作用失效。

為了保持回?zé)峒訜崞鞯臒崃π阅?，殼?cè)不凝結(jié)氣體需要及時(shí)排放，為了有效排放需要確定一個(gè)合理的流向。在加熱器內(nèi)部通常設(shè)置有放空管，通過放空管中的孔板來控制氣體排放量，放空系統(tǒng)不能逐級(jí)串聯(lián)，否則會(huì)導(dǎo)致壓力低的加熱器中氣體濃縮影響傳熱性能。由不同額定壓力的加熱器引出的排放管也不能連接到一起，否則會(huì)引起氣體回流問題，并要保證放空管路的通暢。

例如：某電廠的供熱就高壓加熱器進(jìn)行水位優(yōu)化調(diào)整，水位設(shè)定值從120mm變成20mm，給水端差從0.99℃變?yōu)椹?.04℃，有效減少了0.02%的煤耗;將疏水端差從3.28℃變?yōu)?.68℃，增加了0.003%的煤耗;綜合各方面因素后，該加熱器的煤耗降低了0.017%，折合成電能為0.056g/kw·h，節(jié)能效果明顯。

3.循環(huán)水系統(tǒng)及凝結(jié)泵系統(tǒng)

循環(huán)水系統(tǒng)通常存在的問題是流量不足、設(shè)計(jì)阻力偏小、揚(yáng)程選擇不恰當(dāng)導(dǎo)致泵效率偏低，這也是影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的因素之一。造成循環(huán)水流量偏低的原因有多種，因依據(jù)不同的原因作出選擇性優(yōu)化。目前一般600MW大容量機(jī)組的循環(huán)水配備采用單元制運(yùn)行，各個(gè)單元之間通過連通管鏈接，可以單獨(dú)的使用配套水泵來運(yùn)行，又可以通過連通管有效的分配機(jī)組的循環(huán)水泵數(shù)量和循環(huán)水量。通常情況下為了節(jié)能優(yōu)化，對(duì)循環(huán)水泵的改進(jìn)主要有以下三個(gè)方面：一是提高循環(huán)水泵的工作效率，二是增加循環(huán)水泵的有效流量，三是適當(dāng)降低循環(huán)水泵的揚(yáng)程。針對(duì)這三個(gè)方面可以通過車削其葉輪外徑、更換大葉輪、變頻或是調(diào)速電機(jī)控制循環(huán)水泵工況來實(shí)現(xiàn)。

凝結(jié)水泵也會(huì)出現(xiàn)同樣的問題，通常凝結(jié)水泵的揚(yáng)程偏高是影響機(jī)組經(jīng)濟(jì)效能的因素之一，凝結(jié)水在通過加熱器進(jìn)入到除氧器后，除氧器一般的最大工作壓力約為0.8MPa，進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水最大的工作壓力約為1.2MPa。凝結(jié)泵將凝結(jié)水送入到除氧器中，通常需要2Mpa的壓力即可，即使加上管道阻力和其他阻力因素的影響也不會(huì)偏離過大，而目前大多數(shù)凝水泵的泵頭壓力普遍為3Mpa或以上，這對(duì)于額外能量的消耗非常大，針對(duì)此應(yīng)該通過上述的方式來對(duì)泵進(jìn)行改造，滿足其在適當(dāng)?shù)墓r下工作，過多的余量只會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性的降低，徒增成本。

例如：某電廠對(duì)300MW機(jī)組的真空泵運(yùn)行方式進(jìn)行的優(yōu)化分析，將其工作的冷卻水換為循環(huán)水。夏季工況運(yùn)行時(shí)機(jī)組的循環(huán)水溫度為31℃，優(yōu)化前得真空泵工作液出口溫度位45℃，而優(yōu)化后則僅為35℃;同時(shí)，循環(huán)冷卻水出口溫度也比優(yōu)化前略有下降，真空泵的耗功與凝汽器的壓力則比優(yōu)化前有顯著下降，取得顯著節(jié)能效果。

4.抽氣設(shè)備

對(duì)于大型機(jī)組來講抽氣設(shè)備一般是循環(huán)水真空泵，這類型的真空泵內(nèi)泵液的工作溫度一般都低于常溫，故而在實(shí)際的運(yùn)行過程中的實(shí)際溫度會(huì)遠(yuǎn)高于額定溫度，根據(jù)真空泵的特性如果工作液的溫度上升10度，真空度要下降20%。其工作液的溫度高是因?yàn)檎婵毡美鋮s水溫度高，造成真空泵抽真空能力下降，這會(huì)導(dǎo)致真空度不足引起的能量損耗。

對(duì)真空泵的優(yōu)化措施是：通過采用地下水、冷卻水等低溫的水對(duì)工作液進(jìn)行冷卻以提高真空泵的抽真空能力，還可以改善凝汽器換熱問題，提高凝汽器的真空度。將換熱過后的出水排入到循環(huán)水系統(tǒng)中相當(dāng)于補(bǔ)充循環(huán)水消耗量，不會(huì)浪費(fèi)水資源。該方式對(duì)射水抽氣器同樣有效果，用低溫的工業(yè)用水作為射水抽氣器的工作用水，改變其水循環(huán)系統(tǒng)利用直流系統(tǒng)可以有效的提高抽氣器的效率和出力;設(shè)法降低射水抽氣器的冷卻水也能起到相同的效果。

5.給水泵運(yùn)行優(yōu)化分析

給水泵的耗電量極大，是電廠能耗最大的輔機(jī)之一，直接影響到了汽輪機(jī)輔機(jī)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。在機(jī)組負(fù)荷一定時(shí)，給水泵的耗電量與主汽壓力有關(guān)，主汽壓力小則給水泵耗電量小。為起到良好的節(jié)能效果，筆者認(rèn)為在給水泵的運(yùn)行優(yōu)化上可以采用如下方式：就是在主汽輪機(jī)滑壓運(yùn)行模式下，最大限度的開大給水調(diào)節(jié)閥開度，給水泵則通過自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)來適應(yīng)給水系統(tǒng)的阻力和流量要求，有效減少給水調(diào)節(jié)閥的流量損傷，降低主汽的壓力，減少給水泵耗電量。例如：某電廠137.5MW機(jī)組電動(dòng)給水泵通過優(yōu)化分析，在負(fù)荷為85MW實(shí)現(xiàn)滑壓運(yùn)行，與定壓運(yùn)行相比，無論是在主蒸汽壓力、給水泵出口壓力、給水泵處理流量，還是在給水泵轉(zhuǎn)速以及給水泵電功耗上，滑壓運(yùn)行的功耗均較低，能節(jié)省約520kW的電功率，取得顯著節(jié)能效果。

6.結(jié)語

隨著我國(guó)的大型火力發(fā)電機(jī)組的增加和不斷投入使用，大部分的煤炭能源將用來維持發(fā)電。通過對(duì)汽輪機(jī)主要輔機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化，尋求最具有安全性和經(jīng)濟(jì)性的運(yùn)行方式來提高輔機(jī)設(shè)備的效率和能量轉(zhuǎn)化率，提升總體的發(fā)電能力，降低成本，節(jié)約能源。本文針對(duì)目前大型火力發(fā)電機(jī)組輔機(jī)的主要設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行方式分析，提出對(duì)火力發(fā)電機(jī)組節(jié)能措施，提高機(jī)組的運(yùn)行效率具有一定的積極作用和意義，值得參考。

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作者簡(jiǎn)介：劉振盛（1979.3-），男，寧夏銀川市人，大專學(xué)歷，工程師，研究方向：電力工程。