現(xiàn)代熱電廠汽輪機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備節(jié)能降耗的研究

(中機(jī)國能江山熱電有限公司，江蘇 324123)

0 引 言

對于火力發(fā)電廠而言，汽輪機(jī)組及其輔機(jī)設(shè)備給水泵是生產(chǎn)過程中能源消耗最主要的一部分，所以想要實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗減排的目標(biāo)，就必須對汽輪機(jī)組及其附屬設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多的電力生產(chǎn)技術(shù)也投入了使用，對于很多老舊的電廠已經(jīng)開始關(guān)停，目前國家正鼓勵(lì)采用背壓式汽輪機(jī)組的熱電廠進(jìn)行城市及工業(yè)供熱。但是對這些熱電廠來說也是機(jī)遇。下面文中對傳統(tǒng)的熱電廠提出的一些技術(shù)改造的建議，希望對這些電廠的節(jié)能降耗減排積極和推動(dòng)的作用。

1 對給水泵系統(tǒng)的節(jié)能改造

目前大部分熱電廠均采用電動(dòng)給水泵，電動(dòng)給水泵的耗電量約占機(jī)組發(fā)電量的3.1%左右，占廠用電的四分之一。是電廠耗電最大的輔機(jī)設(shè)備，降低其耗電量對降低廠用電率有重要意義，并且對背壓機(jī)組而言電動(dòng)給水泵改造的空間也非常大。

目前所有火力發(fā)電廠給鍋爐上水采用的方式有三種，用工頻電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)給水泵的叫做定速給水泵，使用變頻器改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速從而改變給水流量的給水泵叫做變頻給水泵，使用小汽輪機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的給水泵叫汽動(dòng)給水泵。定速給水泵的能量損失是最大的，因?yàn)橐ＷC鍋爐給水又無法調(diào)節(jié)給水流量，因此采用這種方式無一例外的都會(huì)出現(xiàn)“大馬拉小車”的現(xiàn)象，造成能源浪費(fèi)。變頻給水泵的優(yōu)點(diǎn)是利用頻率的變化來調(diào)節(jié)給水泵的轉(zhuǎn)速，從而保證給水壓力和流量在合理的范圍內(nèi)，避免的能源的浪費(fèi)同時(shí)也降低了給水泵的功率，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。汽動(dòng)泵較電動(dòng)給水泵的優(yōu)點(diǎn)是直接使用蒸汽將熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，電動(dòng)給水泵的能量轉(zhuǎn)化過程時(shí)熱能-電能-機(jī)械能，所以避免了能源中間損耗，汽動(dòng)給水泵同樣可以通過改變進(jìn)氣流量來實(shí)現(xiàn)給水流量的調(diào)節(jié)。

以75 t/h高溫高壓鍋爐帶背壓式汽機(jī)發(fā)電機(jī)組電廠中的汽動(dòng)給水泵為例，由于熱電廠采用背壓機(jī)組，鍋爐縫合實(shí)施，鍋爐負(fù)荷根據(jù)使用一臺(tái)630 kVA的變頻器來控制給水泵的給水流量時(shí)，其能夠給鍋爐提供85 m3/h的給水流量，當(dāng)給水母管壓力為13 MPa時(shí)，計(jì)算出的汽使用的電量為每小時(shí)560°。如果改用440 kW的汽動(dòng)給水泵，同樣把鍋爐給水母管壓力調(diào)整為6.9 MPa，把汽動(dòng)給水泵、定速泵及除氧器設(shè)備設(shè)定成M組，把定速泵、變頻泵及除氧器設(shè)為N組，使除氧器水位壓力穩(wěn)定，汽動(dòng)給水泵的排氣能夠被除氧器再次使用。經(jīng)過精確計(jì)算和比對，最后的結(jié)果為M組耗氣是5.7 m3/h，N組耗電為350 kW·h，耗氣量為5.4 m3/h。而且以改造兩臺(tái)定速給水泵為例，如果改造成變頻給水泵投入的成本可能需要90萬元左右，如果改造成一臺(tái)44 kW的汽動(dòng)給水泵投入的成本低于30萬元。由此看來汽動(dòng)給水泵在用電量和投入成本方面都有巨大的優(yōu)勢，所以我建議火力發(fā)電廠特別是小型供暖熱電廠應(yīng)該在保證給水壓力的前提下將一部分定速給水泵改造成汽動(dòng)給水泵。

2 嚴(yán)格控制水汽品質(zhì)，減少汽輪機(jī)葉片積鹽結(jié)垢提高運(yùn)行效率

火電廠汽輪機(jī)、鍋爐、電氣等專業(yè)出現(xiàn)問題，可能會(huì)使機(jī)組短期、甚至瞬間出現(xiàn)停機(jī)事故，因此，各電廠都很重視這些專業(yè)；而水汽品質(zhì)出現(xiàn)問題時(shí)，短期內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)任何異常，因此發(fā)電廠普遍不太重視水汽品質(zhì)的監(jiān)督。但如果水汽品質(zhì)出現(xiàn)問題，積累到一定時(shí)間后，會(huì)降低鍋爐和汽輪機(jī)效率，影響電廠經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，甚至?xí)斐深l繁爆管事故。下面來通過一個(gè)具體的例子來看看水汽品質(zhì)出現(xiàn)問題造成的后果有多嚴(yán)重。

山西某電廠2*600 MW汽輪機(jī)組汽包汽水分離器故障導(dǎo)致汽水不能正常分離，致使飽和蒸汽大量帶水。因?yàn)橹髡羝c表和比電導(dǎo)表長期沒有維護(hù)，導(dǎo)致測量值偏差大，所以一直都沒有察覺蒸汽帶水的問題，使汽輪機(jī)高壓缸大量積鹽。剛剛運(yùn)行2年多后由于嚴(yán)重積鹽的原因，使汽輪機(jī)帶滿負(fù)荷的蒸汽流量從剛投產(chǎn)時(shí)的1 760 m3/h，上漲至1 890 m3/h 左右，噸煤產(chǎn)汽量按照16∶1計(jì)算，兩臺(tái)汽輪機(jī)組一年多消耗140 000 t煤。發(fā)現(xiàn)問題后，該電廠總結(jié)的原因?yàn)?，化學(xué)專業(yè)對儀表的維護(hù)不到位，導(dǎo)致水汽指標(biāo)長期超標(biāo)而沒有發(fā)現(xiàn)造成短短兩年間汽輪機(jī)高壓缸就嚴(yán)重積鹽。由上可見，化學(xué)在線分析儀表的在火力發(fā)電廠中的確發(fā)揮很大的作用，但還存在不足。原因有以下幾點(diǎn)： (1)在線儀表日常維護(hù)差，缺少必要的儀表校驗(yàn)制度；(2) 對化學(xué)儀表不重視，如果要設(shè)備安全運(yùn)行必須保證化學(xué)儀表測量的穩(wěn)定和可靠。時(shí)刻保證汽水品質(zhì)在合格的范圍內(nèi)，對火力發(fā)電廠的節(jié)能降耗有著重要的意義。

3 對除氧器排氣門的回收利用

目前火電廠中鍋爐給水的除氧工藝采用的幾乎都是熱力除氧法，區(qū)別只是除氧器的額定壓力及除氧流量不同。熱力除氧的優(yōu)點(diǎn)是既能除掉給水中的氧氣，也能除掉給水中的其他氣體，而且沒有其他產(chǎn)物。使除氧器工作達(dá)到理想效果必須滿足兩個(gè)條件：(1)給水要加熱到其工作壓力下的飽和溫度，這是氣體在給水中溢出的必要條件；(2)要及時(shí)把溢出的氣體排至設(shè)備外。一般來說排氧門開度越大除氧效果越好，但是同時(shí)也增加了工質(zhì)和熱量的損失。所以合理的排氧門開度具有保證好的除氧效果和減少工質(zhì)和熱量浪費(fèi)的雙重意義，但是從節(jié)能降耗的角度來講，即使保證了合理的排氣門開度，扔不可避免的損失掉一部分工質(zhì)和熱量。同時(shí)對于在城市中心建設(shè)的熱電廠還帶來了噪音污染，其產(chǎn)生的噪音可高達(dá)125分貝，對周圍環(huán)境的影響極大。

3.1 余熱回收系統(tǒng)的改造方案及原理

通過加裝余熱回收裝置既可以解決噪音污染，還可以回收大量工質(zhì)和熱能。設(shè)計(jì)方案是：對高壓除氧器的排氣回收采用FYW噴射式混合加熱器一臺(tái)，從除鹽水母管中改造一條支路到用低溫除鹽水將除氧器排出的低壓乏汽抽吸到混合加熱器中，與低溫除鹽水完全混合加熱，再打入疏水箱中。從疏水箱中回收的氧氣通過疏水箱排空直接排向大氣，根據(jù)氧氣溶解度定理可知，氧氣的溶解度和溫度與壓力有關(guān)，這套余熱回收系統(tǒng)不會(huì)降低除氧器的除氧效果。下圖是余熱回收系統(tǒng)的改在系統(tǒng)圖。

3.2 余熱回收后的經(jīng)濟(jì)效益分析

按照位于城市中心的小熱電廠改造，除氧器出力為100 m3/h，除氧器壓力為0.49 MP，溫度為150 ℃。為了達(dá)到合格的溶氧量，一般除氧器都要保證0.8%-1.2%的排氣量。按照除氧器排氣量0.8 m3/h計(jì)算，兩臺(tái)除氧器的排氣量應(yīng)該在1.6 m3/h左右，按照除鹽水的成本架5元每噸計(jì)算，系統(tǒng)每年運(yùn)行8 000 h，節(jié)約的用水量折合人民幣約1.6×5×8 000=6.4萬元。按照廠燃燒用煤熱量3800大卡/千克，廠用煤價(jià)格為500元/t，每噸蒸汽的熱量約為66萬大卡，回收的熱量折合標(biāo)煤大概為1.6×8000×66÷380=2 223 t每年，折合成人民幣約為111.2萬，兩項(xiàng)合計(jì)每年可節(jié)約人民幣約117.6萬元。

4 熱電廠背壓汽輪機(jī)在使用中的局限性及解決方案

4.1 用背壓排氣直接加熱補(bǔ)給水不經(jīng)濟(jì)及改造方案

背壓汽輪機(jī)向外供汽時(shí)很少有凝結(jié)水返回，常常需要加熱大量低溫的化學(xué)補(bǔ)給水，為確保軸向推力在額定范圍內(nèi)也不可能增加過多的回?zé)岢闅?，因此只有用背壓排氣來加熱補(bǔ)給水再直接導(dǎo)入除氧器，加熱補(bǔ)給水需要的蒸汽量非常大，占機(jī)組排氣量的四分之一左右，加熱補(bǔ)給水所用的蒸汽如果能夠繼續(xù)在低壓機(jī)組中做功，能額節(jié)約很多耗電量，由此可見用其加熱補(bǔ)給水是很大的一筆浪費(fèi)。我建議的解決方案是把背壓汽輪機(jī)的高壓排氣作為汽動(dòng)給水泵的汽源，補(bǔ)給水的加熱使用氣動(dòng)給水泵的抽氣和排氣作為熱源來提高經(jīng)濟(jì)性。這樣就相當(dāng)于在原來背壓汽輪機(jī)的后面又增加了一臺(tái)背壓式汽輪機(jī)，這樣既節(jié)約了熱源損失同時(shí)也減少了給水泵的耗電量。

4.2 軸封漏氣的損失及解決方案

因?yàn)楸硥簷C(jī)組無凝汽器，所以其前后軸封壓差是背壓與大氣壓之差，這個(gè)壓力很大。若使用增加軸封齒數(shù)來減少漏氣量，會(huì)受到結(jié)構(gòu)尺寸和制造成本的限制，而且如果軸封齒數(shù)本來就很多，再用這種方法的效果會(huì)漸漸降低。所以增加齒數(shù)的方法比較容易被限制，背壓汽輪機(jī)和凝汽式汽輪機(jī)相比除了壓差較大外，還沒有低壓回?zé)岢闅庀到y(tǒng)，不能引出并利用軸封漏氣，汽輪機(jī)組都設(shè)有軸封冷卻器，為了防止軸封漏氣流向軸承，寧可讓軸封外端有少量空氣漏入。所以還有軸封抽氣器的運(yùn)行來維護(hù)冷卻器內(nèi)的微負(fù)壓。微負(fù)壓使得軸封冷卻器的凝結(jié)水不能自動(dòng)流出，還需要增加疏水泵來把凝結(jié)水打入除氧器。這樣就使得軸封系統(tǒng)復(fù)雜并且功耗大。我給出的解決方案是重新設(shè)計(jì)套筒表面采用凹凸結(jié)構(gòu)，加工汽輪機(jī)主軸上汽封套筒，對原來的套筒更換，汽封環(huán)背面與軸封體之間裝NCr13彈簧片，利用其彈性使套筒與汽封環(huán)上汽封齒碰撞時(shí)有退讓余地，加裝全套軸封體、汽封環(huán)。為減少漏氣量，應(yīng)調(diào)整汽封間隙0.15～02 mm。同時(shí)放棄受用軸封加熱器，設(shè)置除鹽水加熱器，用軸封漏氣加熱除鹽水。將疏水導(dǎo)入疏水箱，這樣疏水泵的功率會(huì)大大的降低。

5 結(jié)束語

汽輪機(jī)系統(tǒng)及其輔機(jī)設(shè)備的節(jié)能降耗有很多方法，因此我們要具體問題具體分析，不能盲目的對號(hào)入座，要選擇最合適的技術(shù)整改措施來對火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組進(jìn)行改造。 這就要求我們管理人員和技術(shù)人員在實(shí)際工作中細(xì)致耐心的鉆研和現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。并希望火力發(fā)電廠的技術(shù)工作人員能都得到啟發(fā)，把火力發(fā)電廠節(jié)能降耗的工作做到更好。