發(fā)電廠汽輪機(jī)運行節(jié)能降耗策略研究

鄭錫開

摘要：汽輪機(jī)節(jié)能降耗對提升發(fā)電廠運行效益有著重要意義，亦符合未來環(huán)境影響企業(yè)的發(fā)展趨勢。文章以當(dāng)前國際能源形勢與環(huán)境問題為背景，以某電廠600MW汽輪機(jī)組為例，分析了造成發(fā)電廠汽輪機(jī)組能耗的主要因素，闡述了電廠汽輪機(jī)組節(jié)能降耗的原理，并提出了多種汽輪機(jī)節(jié)能降耗策略與措施，希望對類似電廠汽輪機(jī)節(jié)能改造有所助益。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；汽輪機(jī)；節(jié)能降耗；國際能源形勢；環(huán)境問題 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）20-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.040

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，實現(xiàn)機(jī)組效率提升的同時降低能耗應(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 機(jī)組概況

我廠共有4臺機(jī)組，兩臺600MW和另兩臺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)計值之間的差距就決定著機(jī)組的真實運行狀況。

2 引起汽輪機(jī)能耗的主要因素

2.1 汽輪機(jī)本體方面

在進(jìn)行上述機(jī)組的診斷試驗中，工作人員發(fā)現(xiàn)了問題：汽輪機(jī)各氣缸均無法實現(xiàn)內(nèi)效率的達(dá)標(biāo)，其中尤以低壓缸最為明顯；汽輪機(jī)通流時的溫度與壓力值相對較高；軸端、平衡盤及各級通流汽封性不佳。得出了該機(jī)組在額定參數(shù)和600MW銘牌功率下，熱耗率和設(shè)計值存在一定的差距，也就是汽輪機(jī)本體的一個重要性能指標(biāo)——汽輪機(jī)缸效率低，對整個機(jī)組的煤耗造成了極大影響。

2.2 熱力系統(tǒng)方面

熱力系統(tǒng)與輔助設(shè)施存有的故障不僅會威脅機(jī)組運行安全，還會影響其經(jīng)濟(jì)效益的充分發(fā)揮。其主要問題可歸納如下：一是冷卻端設(shè)備配置不齊，凝汽器真空度不足；二是回?zé)嵯到y(tǒng)存在加熱差值大、加熱器運行水文異常；三是疏水系統(tǒng)設(shè)計不合理，閥門內(nèi)漏明顯；四是熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，冗余過多，易出現(xiàn)內(nèi)漏事故。

3 電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗應(yīng)對措施

3.1 汽輪機(jī)組本體優(yōu)化

3.1.1 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。

3.1.2 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行安全。

3.1.3 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，縮減漏氣量的同時提升各級效率。

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

3.1.5 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。

3.2 對汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)進(jìn)行完善

熱力系統(tǒng)設(shè)計的合理與否直接影響著機(jī)組運行的安全與可靠。針對該系統(tǒng)開展合理的優(yōu)化升級既有助于提升系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，還能夠減小能耗，節(jié)約成本，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。可以說，只有確保整個熱力系統(tǒng)長時間維持穩(wěn)定且優(yōu)良的運行狀態(tài)，才可以真正確保汽輪機(jī)整體經(jīng)濟(jì)功能的全面發(fā)揮，因此針對熱力系統(tǒng)的改進(jìn)應(yīng)從下述三個方面著手：

3.2.1 在熱力系統(tǒng)的設(shè)計和使用中，針對其存在的工質(zhì)利用率不足現(xiàn)象，應(yīng)當(dāng)最大化保障工質(zhì)的回收再利用比率，全力規(guī)避工質(zhì)的無端浪費，從設(shè)計層次提升能量使用水平，從而提升機(jī)組運行效率和經(jīng)濟(jì)性效益。

3.2.2 閥門泄漏問題的治理。熱力系統(tǒng)存在的泄漏問題對于機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能的發(fā)揮亦有著巨大影響。根據(jù)國內(nèi)外各電廠實踐表明這一問題對機(jī)組效能的影響雖大，但只需進(jìn)行一定的小比例投入即可獲得良好改善。可以說很多時候這一改進(jìn)的產(chǎn)出比遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于對通流環(huán)節(jié)的改造。有鑒于此，在節(jié)能降耗中應(yīng)首先加強對閥門密閉性的管理。

3.2.3 合理調(diào)控加熱器端差。加熱器端差過大表明設(shè)備運行水文相對不足，其原因在于疏水閥門的調(diào)節(jié)不過關(guān)。通常來說，加熱器水位的不足會引發(fā)串氣現(xiàn)象，這會導(dǎo)致?lián)Q熱管道的振動，進(jìn)而引發(fā)閥門泄漏，對加熱器疏水管路造成損傷。鑒于加熱裝置水文控制精度的不足，在實際使用中應(yīng)以下端差為控制標(biāo)準(zhǔn)，并適當(dāng)上調(diào)報警警戒值。

4 工程實例分析

4.1 工程概述

2013年1月我門廠委托西安熱工院對1、2號機(jī)組進(jìn)行節(jié)能診斷試驗，試驗結(jié)果明確了汽輪機(jī)本體熱耗方面存在的主要問題為：汽輪機(jī)汽軸封間隙大，造成級間損失，導(dǎo)致汽輪機(jī)缸效偏低、熱耗偏大。為更好的提升汽輪機(jī)的工作效率，公司成立汽軸封改造項目小組，對2號機(jī)組汽輪機(jī)本體原有汽軸封部件進(jìn)行升級優(yōu)化節(jié)能

改造。

4.2 改造實施

汽軸封改造項目小組除了抽派專業(yè)人員到具有相關(guān)改造經(jīng)驗的國內(nèi)電廠進(jìn)行調(diào)研外，還多次邀請國內(nèi)知名汽輪機(jī)汽軸封改造專家到場，就汽軸封改造技術(shù)的關(guān)鍵點及汽軸封的選型進(jìn)行了充分分析、比較、探討，最后在選型方面決定選用東汽廠的DAS汽封、大連華鴻的側(cè)齒汽封、哈爾濱布萊登汽封混合改造。

此外改造項目小組還對汽軸封間隙值進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整。為了使汽封間隙調(diào)整更合理，保證機(jī)組在改造后能順利成功啟動，項目組與東汽廠家取得聯(lián)系，由廠家專門針對本次改造汽封間隙調(diào)整制定了優(yōu)化調(diào)整方案，對原有汽軸封間隙值進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，并要求施工隊伍在施工中嚴(yán)格按照新的優(yōu)化間隙值進(jìn)行汽軸封的安裝間隙調(diào)整，調(diào)整好后執(zhí)行三級把關(guān)驗收制度，現(xiàn)場測量核實，簽字驗收，確保調(diào)整數(shù)值的準(zhǔn)確性。

4.3 效果分析

改造后通過實際運行顯示：2號汽輪機(jī)組大修后汽輪機(jī)本體高壓缸效率為84.46%，較大修前83.86%提高0.6個百分點，比設(shè)計值86.73%低2.27個百分點；中壓缸實際效率為90.84%，較修前89.89%提高0.95個百分點，比設(shè)計值92.92%低2.08個百分點；高、中壓缸間漏汽率為2.3%，較大修前3.18%下降0.88個百分點；低壓缸效率為90.13%，較大修前86.51%提高3.62個百分點，比設(shè)計值93.19%低3.06個百分點。根據(jù)缸效率變化對機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響估算，汽輪機(jī)汽軸封改進(jìn)使機(jī)組熱耗下降70kJ/kWh，發(fā)電煤耗率下降2.62g/kWh。數(shù)據(jù)充分證明2號機(jī)汽軸封改造取得了圓滿成功。

5 結(jié)語

汽輪機(jī)節(jié)能降耗是當(dāng)下發(fā)電廠運行管理的重要內(nèi)容，其對提升電廠運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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