電廠汽機(jī)熱力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化研究

范超

【摘 要】進(jìn)行汽機(jī)熱力系統(tǒng)優(yōu)化的前提是確定好計(jì)算系統(tǒng)熱力的方法，其中應(yīng)用最廣泛的方法為等效熱降法，熱工理論廣泛應(yīng)用于汽機(jī)熱力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性診斷中。該方法具有簡(jiǎn)便、快捷的優(yōu)勢(shì)，在進(jìn)行熱力系統(tǒng)節(jié)能潛力分析和節(jié)能改造時(shí)，首先計(jì)算各級(jí)回?zé)岢槠某槠屎统槠刃峤?；其次?jì)算新蒸汽的等效熱降。不僅實(shí)現(xiàn)了整體熱力系統(tǒng)的計(jì)算，同時(shí)也可以對(duì)熱力系統(tǒng)進(jìn)行局部定量分析。

【關(guān)鍵詞】電廠汽機(jī)；熱力系統(tǒng)；運(yùn)行優(yōu)化

引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗量不斷的增加，電廠為了實(shí)現(xiàn)利益最大化，對(duì)熱電廠系統(tǒng)不斷的改造與優(yōu)化調(diào)度，熱電廠熱力系統(tǒng)的改造與優(yōu)化調(diào)度是對(duì)熱電廠節(jié)能提效的有效措施?；诖?，本文主要對(duì)電廠汽機(jī)熱力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討。

1電廠汽機(jī)熱力系統(tǒng)故障分析

1.1水沖擊事故的影響

對(duì)于汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)而言，水沖擊事故的影響嚴(yán)重。由于熱力系統(tǒng)中的蒸汽溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)功能失效，導(dǎo)致蒸汽溫度急劇下降；一旦汽輪機(jī)啟動(dòng)，隨之而來的是減溫水壓力突然上漲，造成減溫水調(diào)節(jié)功能失靈，從而帶來了水沖洗事故。

1.2無法維持凝汽器的真空值

凝汽器真空值無法持續(xù)的主要表現(xiàn)包括排氣溫度的上升、真空值下降以及凝結(jié)水溫度的升高。導(dǎo)致該類故障的主要原因?yàn)椋貉h(huán)水泵出口閥門出現(xiàn)損壞，引起循環(huán)水量的減少，甚至是丟失循環(huán)水；凝汽器等部件損壞；真空系統(tǒng)管道等設(shè)備損壞等。

1.3高壓加熱器故障

高壓加熱器故障主要是指高壓加熱器的解列。造成這類故障的原因主要是高壓加熱器閥門或者水管等部件出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)p壞，例如泄露或者裂縫等，從而引起高壓加熱器的自動(dòng)報(bào)警，造成高水位自動(dòng)啟動(dòng)停用操作。

2電廠汽機(jī)熱力系統(tǒng)運(yùn)行優(yōu)化

2.1熱力系統(tǒng)故障優(yōu)化

①蒸汽溫度不穩(wěn)定，在常規(guī)處理方式之余，還需對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行監(jiān)視，定期記錄其運(yùn)行情況的詳細(xì)信息；②凝汽器真空值不能持續(xù)，需要與真空表詳細(xì)核對(duì)，確定變化范圍，采取有效處理措施，例如真空值下降，應(yīng)當(dāng)對(duì)其進(jìn)行減負(fù)處理，并且開啟備用真空泵；③泵出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，需首先確定故障嚴(yán)重程度，自動(dòng)或手動(dòng)開啟備用泵，開啟后，強(qiáng)行啟動(dòng)原泵，如若不成功，確定為嚴(yán)重故障，則需要適當(dāng)降低當(dāng)前負(fù)荷，并且通知專業(yè)檢修人員進(jìn)行處理。

2.2汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化

（1）汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化利用汽輪機(jī)高壓缸補(bǔ)汽閥倒抽蒸汽，設(shè)置70%容量的0號(hào)高壓加熱器，增加汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)總級(jí)數(shù)，提高機(jī)組部分負(fù)荷工況的給水溫度，改善蒸汽動(dòng)力循環(huán)，降低汽輪機(jī)熱耗。經(jīng)工程實(shí)踐驗(yàn)證，低負(fù)荷工況汽輪機(jī)熱耗下降值可達(dá)11.6kJ/kW，機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性有一定提升。但是機(jī)組實(shí)際節(jié)能效果與理論測(cè)算值存在較大的差距，尤其在高負(fù)荷工況，建議0號(hào)高壓加熱器的投用和切除點(diǎn)下調(diào)至75%THA負(fù)荷工況。（2）機(jī)組給水溫度提高后，低負(fù)荷工況鍋爐SCR脫硝裝置入口煙氣溫度提升至310℃以上，可保證SCR在全負(fù)荷范圍內(nèi)處于催化劑的高效區(qū)運(yùn)行。（3）回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化成果顯示，隨著機(jī)組負(fù)荷率的下降，汽輪機(jī)熱耗和供電煤耗下降值隨之?dāng)U大，說明基于0號(hào)高壓加熱器的回?zé)嵯到y(tǒng)適合大容量高參數(shù)機(jī)組的調(diào)峰需求。（4）采用補(bǔ)汽閥倒抽蒸汽作為0號(hào)高壓加熱器高壓汽源，不影響汽輪機(jī)本體結(jié)構(gòu)，回?zé)嵯到y(tǒng)優(yōu)化方案技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較低。

2.3給水溫度優(yōu)化

給水溫度對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性有較大影響。圖8為350MW空冷機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)按等溫升分配時(shí)的熱耗相對(duì)變化與給水溫度的關(guān)系曲線?？梢钥闯?，隨著給水溫度的提高，熱力系統(tǒng)的熱耗降低，存在一個(gè)最佳給水溫度，使熱耗最低，并且在最佳給水溫度附近，熱耗的變化趨勢(shì)比較平緩。在工程設(shè)計(jì)時(shí)，給水溫度的選取還需考慮鍋爐的造價(jià)以及設(shè)計(jì)難度。故實(shí)際工程中一般沒有嚴(yán)格地去追求最佳給水溫度。對(duì)于超臨界機(jī)組給水溫度一般選取在285℃左右。

2.4疏水系統(tǒng)能效優(yōu)化

①機(jī)組有較多的疏水閥閥門，且頻繁出現(xiàn)閥門內(nèi)漏問題，從而導(dǎo)致系統(tǒng)熱能損失。實(shí)際上，汽機(jī)機(jī)組閥門內(nèi)漏量較多，外漏量較少，給系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性造成較大影響的是高溫高壓管道上的疏水閥門的泄漏。閥門前后差壓大、工作條件惡劣和機(jī)組啟停時(shí)的蒸汽沖刷是導(dǎo)致系統(tǒng)部門疏水閥門泄漏的主要原因，同時(shí)不同原因造成的內(nèi)漏程度不同，對(duì)系統(tǒng)造成的影響程度也不同?？梢酝ㄟ^定期檢查機(jī)組的各類疏、放水閥，及時(shí)修理和更換泄漏閥門，解決汽機(jī)閥門內(nèi)漏問題。主蒸汽、再熱汽和抽汽系統(tǒng)的管道和閥門對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)行至關(guān)重要，一旦其存在內(nèi)漏問題那么影響嚴(yán)重，因此必須加以重視，對(duì)這些部位進(jìn)行重點(diǎn)檢修；②在部分汽機(jī)設(shè)備中，中壓缸的啟動(dòng)需要使用高壓缸上的排氣通風(fēng)閥。但系統(tǒng)進(jìn)行倒缸操作的前提是汽機(jī)轉(zhuǎn)速務(wù)必達(dá)到每分鐘2650轉(zhuǎn)，該狀況下的汽輪機(jī)中壓缸啟動(dòng)功能是無效功能。為了提高系統(tǒng)能效，可適當(dāng)減少通風(fēng)閥[2]。

2.5汽泵啟動(dòng)優(yōu)化

汽泵啟動(dòng)過程中其耗電量巨大，花費(fèi)時(shí)間長達(dá)20小時(shí)，因此在機(jī)組啟停過程中優(yōu)化汽泵啟動(dòng)過程，可以有效減少汽機(jī)耗電量，提升汽機(jī)熱力系統(tǒng)的能效。①只有利用輔汽汽源，才能實(shí)現(xiàn)機(jī)組啟動(dòng)時(shí)汽泵的全程啟動(dòng)。具體流程為：先利用高輔汽源沖動(dòng)小機(jī)給鍋爐供水，再給鍋爐點(diǎn)火。但保證汽泵再循環(huán)門在鍋爐上水的過程中保持全開的狀態(tài)，并在機(jī)組冷態(tài)啟動(dòng)點(diǎn)火后，務(wù)必對(duì)其振動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并全程通過汽泵給水；②除了在機(jī)組破壞真空前將汽泵運(yùn)行停止外，從機(jī)組開始滑停直至結(jié)束全程均需汽泵給水。

3熱力系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型的建立

熱力系統(tǒng)由于所配備的汽輪機(jī)的類型和數(shù)量的不同導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的不同，建立的優(yōu)化調(diào)度計(jì)算模型也是不同的，設(shè)備之間的這種并聯(lián)特征簡(jiǎn)化連接關(guān)系，在自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度中，應(yīng)優(yōu)化調(diào)度計(jì)算對(duì)熱力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性，根據(jù)用戶提供的信息建立合適的優(yōu)化調(diào)度計(jì)算模型。

3.1熱力系統(tǒng)規(guī)模的確定

熱力系統(tǒng)的規(guī)模包括各種壓力等級(jí)的母管數(shù)目，熱力系統(tǒng)中的汽輪機(jī)數(shù)目，過來的數(shù)目、減壓器的數(shù)目，實(shí)現(xiàn)熱力系統(tǒng)的自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度，采用母管制熱系統(tǒng)企業(yè)中，用汽條件十分復(fù)雜，需要很多壓力等級(jí)蒸汽。然后確定設(shè)備的數(shù)目，就可以建立優(yōu)化調(diào)度的標(biāo)準(zhǔn)模型和優(yōu)化計(jì)算。

3.2決策變量的設(shè)置

熱力系統(tǒng)最大規(guī)模確定以后，還應(yīng)將汽輪機(jī)的進(jìn)氣量、向各個(gè)壓力等級(jí)母管的排汽量、發(fā)電機(jī)功率、表征設(shè)備啟停的整數(shù)變量作為決策變量。當(dāng)實(shí)際的熱力系統(tǒng)蒸汽母管和汽輪機(jī)數(shù)量小于最大標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，對(duì)實(shí)際的熱力系統(tǒng)情況，將相應(yīng)的蒸汽管中沒有蒸汽流量設(shè)置為零，使用自適應(yīng)熱力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度有限的解決各種實(shí)際熱力系統(tǒng)單獨(dú)建立優(yōu)化調(diào)度用數(shù)學(xué)模型的難題。

3.3各種約束關(guān)系的建立

通過建立熱力系統(tǒng)自適應(yīng)優(yōu)化調(diào)度模型，在輔以汽輪機(jī)的各種約束條件，如最小流量約束、調(diào)節(jié)抽汽量的約束、最大進(jìn)汽量約束、最大功率約束、等，尋找好的計(jì)算方法，以便于獲得此熱電負(fù)荷下的最優(yōu)解，實(shí)施運(yùn)行調(diào)度，獲得汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的最佳節(jié)能效果。

結(jié)束語

綜上所述，要實(shí)現(xiàn)電廠熱力系統(tǒng)運(yùn)行的優(yōu)化，可分別通過優(yōu)化機(jī)組能效、疏水系統(tǒng)能效、軸封系統(tǒng)能效的途徑實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)的能效優(yōu)化。同時(shí)通過優(yōu)化氣泵啟動(dòng)和機(jī)組啟動(dòng)工作實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行操作優(yōu)化，從而促進(jìn)了燃煤火電行業(yè)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]武順，李魯寧.電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗運(yùn)行分析[J].科技風(fēng)，2018（26）：143.

[2]劉鈺林.汽輪機(jī)及其熱力系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2018（13）：70-71.

[3]黃濤.汽輪機(jī)回?zé)岢槠到y(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].南方能源建設(shè)，2018，5（01）：68-72.

[4]陳厚釵.熱電廠汽機(jī)熱力性能測(cè)試分析及性能評(píng)價(jià)[J].低碳世界，2016（20）：41-42.

[5]張啟林，楊雁，葉東平.大型冷凝機(jī)組供熱改造的相關(guān)供熱系統(tǒng)及布置[J].機(jī)械工程師，2011（07）：69-71.

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