鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能及運行管理初探

吳傳善

（中外合資合肥第二發(fā)電廠，安徽 合肥 230000）

1 鍋爐汽輪機(jī)引發(fā)的環(huán)境問題

鍋爐熱效率偏低。實踐生產(chǎn)中的鍋爐汽輪機(jī)以小容量為主，這類鍋爐汽輪機(jī)難以開展完全燃燒，損失較多的熱量，難以實現(xiàn)最佳工況下的設(shè)備運行。而大容量的鍋爐汽輪機(jī)大都處于低負(fù)荷狀態(tài)，能源損耗問題嚴(yán)重。

排煙溫度偏高。燃料燃燒是鍋爐汽輪機(jī)的運行基礎(chǔ)，目前，鍋爐汽輪機(jī)的燃燒為層燃狀態(tài)，屬于不完全燃燒，排煙溫度可達(dá)300～350 ℃，排煙的成分包括一氧化氮、二氧化碳及二氧化硫，會對環(huán)境造成較大污染。

控制系統(tǒng)不足。鍋爐汽輪機(jī)的控制系統(tǒng)不夠完善，操作人員難以掌握設(shè)備運行的實時參數(shù)，使鍋爐汽輪機(jī)長期處于非最佳工況運行狀態(tài)，不僅浪費電能與熱能，還會對設(shè)備內(nèi)部部件造成損傷，縮短鍋爐汽輪機(jī)的使用壽命。

2 鍋爐汽輪機(jī)的節(jié)能技術(shù)措施

2.1 改進(jìn)鍋爐汽輪機(jī)設(shè)備

2.1.1 鍋爐汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

針對鍋爐設(shè)備，制造企業(yè)可以從鍋爐爐拱結(jié)構(gòu)入手，通過尺寸和形狀的改進(jìn)，擴(kuò)大鍋爐的內(nèi)部空間，避免鍋爐出現(xiàn)配風(fēng)不合理或者漏煤等問題，加大運行能耗。同時，鍋爐結(jié)構(gòu)中保溫巖棉材料的應(yīng)用，可以增強(qiáng)鍋爐的保溫性能，減少熱量損失。

針對汽輪機(jī)設(shè)備，制造企業(yè)可以從高壓缸或者低壓缸入手，改進(jìn)其構(gòu)造，實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。在高壓缸改進(jìn)中，制造企業(yè)需降低高壓缸的運行阻力，提升高壓缸的運行效率，以此降低能耗。對于動葉型汽輪機(jī)，制造企業(yè)可整體固定動葉片，增強(qiáng)其動力強(qiáng)度，并加大隔板氣軸間的縫隙；對于靜葉型汽輪機(jī)，制造企業(yè)可去除靜葉片中的加強(qiáng)筋，降低汽輪機(jī)的運行阻力。在低壓缸改進(jìn)中，制造企業(yè)需要延長其工作時長，避免低壓缸出現(xiàn)運行疲勞問題。以200 MW機(jī)組的低壓缸為例，制造企業(yè)在生產(chǎn)中提高根莖的參數(shù)數(shù)值，并加固動葉片。在低壓缸投入運行后，抗疲勞性能和耐腐蝕性能有較大提升，可減少能耗。

2.1.2 鍋爐汽輪機(jī)的運行方式改進(jìn)

在結(jié)構(gòu)改造的同時，運行方式的改進(jìn)也能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排的目的。針對鍋爐設(shè)備，制造企業(yè)可通過鍋爐進(jìn)風(fēng)和出風(fēng)方式的改進(jìn)、煙氣余熱的利用和分層燃燒技術(shù)的引進(jìn)，保障鍋爐的完全燃燒，實現(xiàn)鍋爐燃料的最大化利用，降低能耗。同時，制造企業(yè)可在鍋爐中應(yīng)用變頻技術(shù)，控制鍋爐運行中的煤量與風(fēng)量，減少煤炭的使用量。

循環(huán)水泵。企業(yè)可通過機(jī)組負(fù)荷的控制，加大該設(shè)備的運行效率，減少能源損耗。大量生產(chǎn)實踐表明，在同樣的壓力條件下，循環(huán)水量的提升，可以加大機(jī)組的作用力，增加能源損耗。因此，企業(yè)需要調(diào)節(jié)機(jī)組負(fù)荷，將機(jī)組的作用力控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，確保機(jī)組出力增加值和循環(huán)水泵增加值間的差值最大，將機(jī)組的能源損耗降到最低。

加熱器。水位和溫度聯(lián)系密切，在端差處于最低值時，加熱器的水位為最佳工況水位，熱量損失最低。企業(yè)需在加熱器中安裝溫度傳感器和溫度調(diào)控裝置，傳感器可以實時采集加熱器不同部位的溫度，獲得加熱器的端差。結(jié)合PLC控制系統(tǒng)，調(diào)節(jié)加熱器的溫度，將端差控制在最低值，實現(xiàn)降低能源損耗的目標(biāo)。

抽氣設(shè)備。該設(shè)備負(fù)責(zé)汽輪機(jī)真空工況的創(chuàng)造，運行效率與液體溫度、環(huán)境溫度與壓力相關(guān)。夏季溫度偏高時，抽氣設(shè)備的工作效率偏低，能源損耗較大。因此，企業(yè)需注重抽氣設(shè)備液體溫度和環(huán)境溫度的控制，利用低溫冷卻水降低工作液的溫度，利用空調(diào)系統(tǒng)降低環(huán)境溫度[1]。

2.2 引進(jìn)多元化節(jié)能技術(shù)

在鍋爐汽輪機(jī)應(yīng)用中，設(shè)備制造和使用中的節(jié)能技術(shù)引進(jìn)，可以優(yōu)化設(shè)備的運行工況，實現(xiàn)節(jié)能減排。在設(shè)備制造領(lǐng)域，制造企業(yè)可引進(jìn)多齒蜂窩狀汽封技術(shù) （見圖1），增強(qiáng)鍋爐汽輪機(jī)的流通性能，降低部件運行阻力，提升設(shè)備運行效率。濰坊特鋼集團(tuán)在12 MW汽輪機(jī)中，應(yīng)用多齒蜂窩狀汽封技術(shù)，將其額定進(jìn)氣壓力控制在3.14 MPa、額定排氣壓力控制在0.007 3 MPa。結(jié)合生產(chǎn)數(shù)據(jù)，節(jié)能技術(shù)在濰坊特鋼集團(tuán)的應(yīng)用，可使企業(yè)生產(chǎn)能源節(jié)約近9 428噸標(biāo)準(zhǔn)煤，二氧化碳的年排放量減少24 701 t，約節(jié)約成本528 萬元。在設(shè)備使用中，工業(yè)企業(yè)可引進(jìn)干冰清洗技術(shù)及工業(yè)鍋爐水處理技術(shù)。前者利用干冰的低溫收縮功能，清除鍋爐汽輪機(jī)中的煤垢與油垢；后者利用低溫廢熱產(chǎn)生的能量，帶動設(shè)備運行，減少電能損耗。

圖1 多齒蜂窩狀汽封示意圖

3 鍋爐汽輪機(jī)的運行管理建議

企業(yè)需要通過鍋爐汽輪機(jī)的運行管理，使其長期保持最佳工況，提升設(shè)備運行效率，降低設(shè)備能耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

3.1 加強(qiáng)鍋爐汽輪機(jī)參數(shù)的控制

基于鍋爐汽輪機(jī)的能耗影響因素，企業(yè)需要加強(qiáng)汽輪機(jī)給水溫度的控制，定期開展加熱器的檢修，確保加熱器中的高加鋼管等部件在密封性方面，符合鍋爐汽輪機(jī)的運行需求，保障設(shè)備的高效換熱與傳熱。一旦檢修中發(fā)現(xiàn)高加鋼管存在泄漏點，立即采取修補(bǔ)措施，嚴(yán)重時可更換全新的鋼管，避免能源損耗不斷擴(kuò)大。為了避免水垢沉積過多，影響高加鋼管換熱效果，檢修人員需采用化學(xué)清洗或噴射清洗方式，清潔高加鋼管。其中，噴射清洗是指通過礦物質(zhì)、鋼砂或鐵絲段等磨料，對高加鋼管內(nèi)部進(jìn)行全面清潔，將管內(nèi)存在的氧化物及雜物清理干凈[2]。

同時，企業(yè)需要確保凝結(jié)器始終處于真空狀態(tài)，使鍋爐汽輪機(jī)保持較高的工作功率，減少鍋爐汽輪機(jī)運行的耗煤量。首先，運維人員需定期開展凝結(jié)器的檢修工作，每月進(jìn)行一次真空嚴(yán)密性試驗，確保凝結(jié)器的真空狀態(tài)與最佳工況要求相符；然后，運維人員需定期檢測循環(huán)水的水質(zhì)，并做好凝結(jié)器內(nèi)部器件的清潔工作，避免凝結(jié)器內(nèi)部管道積聚水垢，降低設(shè)備的換熱效果，加大能源損耗。

3.2 加強(qiáng)鍋爐汽輪機(jī)的日常管理

企業(yè)需安排專業(yè)人員負(fù)責(zé)鍋爐汽輪機(jī)的啟動和停止操作，避免鍋爐汽輪機(jī)出現(xiàn)緊急停機(jī)狀態(tài)，對設(shè)備造成破壞。

鍋爐汽輪機(jī)的啟動過程為逐漸加熱過程，在操作人員點火操作完成后，需要較長時間完成機(jī)組并網(wǎng)，并網(wǎng)過程將會消耗較多能源。因此，啟動人員需要在保障汽輪機(jī)安全運行的基礎(chǔ)上，減少啟動時長，從而減少電能及熱能的損耗。首先打開旁壓，將汽輪機(jī)的壓力控制在4 MPa左右，再手動開啟真空破門，將汽輪機(jī)的真空控制在-60～-50 kPa左右；然后加大蒸汽量，增加汽輪機(jī)啟動的速度，減少啟動過程的能耗。

鍋爐汽輪機(jī)的停機(jī)時，停機(jī)人員需采用滑參數(shù)停機(jī)方式，降低汽輪機(jī)與鍋爐的溫度，為鍋爐余熱利用提供條件，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。同時，企業(yè)需利用停機(jī)機(jī)會，開展設(shè)備的部件檢修及大修。在部件檢修中，對凝汽器進(jìn)行灌水查漏，及時發(fā)現(xiàn)真空系統(tǒng)存在的漏點，確保鍋爐汽輪機(jī)在規(guī)范的真空狀態(tài)運行；在設(shè)備大修中，優(yōu)化機(jī)組軸封裝置、隔板和葉片等部件，軸封裝置的優(yōu)化通過器件更換來實現(xiàn)；隔板與葉片的優(yōu)化由噴砂除垢來實現(xiàn)。

另外，企業(yè)需將閥門內(nèi)漏管理納入日常管理工作，在鍋爐汽輪機(jī)投入運行之前，檢測疏水閥門的密封性，必要時可閥門更換為可靠性更強(qiáng)的高壓閥門，避免疏水閥門出現(xiàn)內(nèi)漏問題，減少鍋爐汽輪機(jī)系統(tǒng)熱量的損失，降低鍋爐汽輪機(jī)運行所需的煤量。

3.3 制定完善的運行管理制度

在鍋爐汽輪機(jī)運行管理中，完善的管理制度能夠約束工作人員的行為，使鍋爐汽輪機(jī)保持最佳工況運行。企業(yè)需要根據(jù)鍋爐汽輪機(jī)的運行狀況，結(jié)合崗位需求，制定責(zé)任到人制，將鍋爐汽輪機(jī)的運行責(zé)任、環(huán)保責(zé)任落實到具體工作人員，并對工作人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其掌握鍋爐汽輪機(jī)的參數(shù)控制與日常管理要點，確保鍋爐汽輪機(jī)長期處于最佳工況。以某火電廠為例，在運行管理制度中，明確鍋爐汽輪機(jī)的運行參數(shù)要求、運行管理要點、運維管理要點等內(nèi)容，將相應(yīng)工作崗位的管理責(zé)任落實于工作人員，提升工作人員的責(zé)任意識，保障鍋爐汽輪機(jī)的穩(wěn)定可持續(xù)運行[3]。

該火電廠組建了汽輪機(jī)監(jiān)測小組，組長負(fù)責(zé)鍋爐汽輪機(jī)監(jiān)督管理的協(xié)調(diào)調(diào)度；副組長負(fù)責(zé)督促監(jiān)督工作；監(jiān)督人員聽從組長及副組長指揮，開展汽輪機(jī)監(jiān)測工作。制度規(guī)定的監(jiān)測內(nèi)容如下：振動監(jiān)測、葉片監(jiān)測、負(fù)荷監(jiān)測、閥門監(jiān)測等。以振動監(jiān)測為例，針對鍋爐汽輪機(jī)出現(xiàn)的突發(fā)性強(qiáng)烈振動，一旦振動數(shù)值過大，超過緊急停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，需立即采取緊急停機(jī)處理，查找振動來源，處理振動故障后方可啟動鍋爐汽輪機(jī)；針對數(shù)值逐漸加大，但并未超過緊急停機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的異常振動，監(jiān)督人員需全面檢查鍋爐汽輪機(jī)的真空狀態(tài)、工作液溫度、膨脹及膨差、潤滑油溫度等參數(shù)，將異常參數(shù)調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)范圍，恢復(fù)鍋爐汽輪機(jī)組的正常運行。同時，監(jiān)督人員需將上述工作內(nèi)容匯報給上級領(lǐng)導(dǎo)，為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行振動故障預(yù)防決策提供資料參考。

4 結(jié)語

綜上所述，鍋爐汽輪機(jī)的節(jié)能及運行管理，是降低鍋爐汽輪機(jī)能耗、 控制環(huán)境污染的關(guān)鍵。 通過本文的分析可知，制造企業(yè)需要改進(jìn)鍋爐汽輪機(jī)的器件，應(yīng)用企業(yè)需要引進(jìn)多元化節(jié)能技術(shù)，并加強(qiáng)鍋爐汽輪機(jī)的參數(shù)控制及日常管理，制定完善的運行管理制度，保障鍋爐汽輪機(jī)的低能耗運行。