電廠汽輪機(jī)輔機(jī)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行優(yōu)化

劉嬌 張梁 李鵬飛

摘 要：電力行業(yè)的發(fā)展影響著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力行業(yè)的發(fā)展水平是決定工業(yè)、農(nóng)業(yè)及互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的基礎(chǔ)水平。電廠必須在保證供電質(zhì)量的同時(shí)，提高供電供應(yīng)效率，減少發(fā)電能耗，提高熱經(jīng)濟(jì)性。為了進(jìn)一步的提升電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益，不只是對汽輪機(jī)及鍋爐等設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且更要對汽輪機(jī)的輔機(jī)開展各項(xiàng)優(yōu)化工作，減少不必要的能源消耗，提高輔機(jī)工作效率，從而提高整個(gè)電廠的熱效率。本文僅是對汽機(jī)輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化探討。

關(guān)鍵詞：電廠;汽輪機(jī);輔機(jī);優(yōu)化;改進(jìn)

1 電廠汽機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成

在電廠發(fā)電的系統(tǒng)中，主要的熱力設(shè)備包含鍋爐及汽輪發(fā)電機(jī)，除此以外還有各種輔助設(shè)備將主機(jī)設(shè)備與水系統(tǒng)、蒸汽系統(tǒng)、輸送電系統(tǒng)連接起來，形成整個(gè)的電廠系統(tǒng)。

汽機(jī)部分的輔助系統(tǒng)包含水系統(tǒng)、油系統(tǒng)及蒸汽系統(tǒng)三大部分。水系統(tǒng)：包含循環(huán)水冷卻水系統(tǒng)、凝結(jié)水及給水系統(tǒng)、除鹽水系統(tǒng)。油系統(tǒng)：潤滑油系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)（若設(shè)計(jì)需要）及抗燃油系統(tǒng)。蒸汽系統(tǒng)：四大管道系統(tǒng)、高低壓旁路系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)及軸封系統(tǒng)。汽機(jī)部分的輔助設(shè)備包含凝汽設(shè)備、低壓加熱器、高壓加熱器、除氧器、給水泵及冷卻塔等設(shè)備。

2 電廠汽輪機(jī)部分輔機(jī)系統(tǒng)實(shí)際優(yōu)化方案

2.1 以凝汽設(shè)備為對象開展優(yōu)化工作

凝汽設(shè)備是凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組一組很重要的設(shè)備。凝汽器的主要作用是在汽輪機(jī)的排汽口建立并保持高度真空。將低壓缸排出的蒸汽凝結(jié)成水，然后回收到給水系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。凝汽設(shè)備主要包括：凝汽器、真空泵（或抽汽器）、凝結(jié)水泵。影響凝汽器真空度的原因有很多：如循環(huán)水入口水溫、凝汽器端差、循環(huán)水的溫升、換熱面積、冷卻水量、蒸汽負(fù)荷、真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性等。在設(shè)計(jì)階段，凝汽器真空度的最佳選擇設(shè)計(jì)。循環(huán)冷卻水溫取決于環(huán)境溫度，相對穩(wěn)定。蒸汽負(fù)荷是根據(jù)鍋爐來汽及抽汽系統(tǒng)決定的，一般汽機(jī)及鍋爐選好后，這些數(shù)值都是比較確定的數(shù)據(jù)。而當(dāng)換熱面積一定的情況下，只有增加冷卻水量才能是提高凝汽器的真空度，冷卻水量的增加會導(dǎo)致循環(huán)水泵的流量增大，則導(dǎo)致循環(huán)水泵的能耗增加。故設(shè)計(jì)階段考慮的真空最佳數(shù)值，則是提高真空度可以使汽機(jī)能耗的減小與增加水量使循環(huán)水泵能耗的增加的比較最佳值。在運(yùn)行階段，提高凝汽器真空度的方式分析。在機(jī)組運(yùn)行階段，凝汽器真空度的緩慢及快速下降，則分析一下原因：

（1）真空系統(tǒng)嚴(yán)密性。真空系統(tǒng)不嚴(yán)密，導(dǎo)致空氣從外部漏入，使系統(tǒng)內(nèi)不飽和蒸汽量變多，真空度下降。具體表現(xiàn)出來的現(xiàn)象是：汽輪機(jī)的排汽溫度與循冷卻水出口的溫差變大。

（2）循環(huán)水量減少或者暫時(shí)中斷。循環(huán)水量減少會使冷卻不及時(shí)，也會導(dǎo)致真空度下降。

（3）循環(huán)水的水溫增高。循環(huán)水的水溫是根據(jù)室外溫度及冷卻塔的冷卻效果而改變，若電廠所在地區(qū)的氣候溫度升高或者冷卻塔故障會導(dǎo)致冷卻水溫升高，進(jìn)而導(dǎo)致真空度下降。

（4）真空泵或者射水抽氣器故障。工業(yè)水水溫升高，使抽氣室壓力升高，降低了抽氣器的效率。

根據(jù)以上分析，在設(shè)計(jì)階段要考慮好最佳的循環(huán)水量及冷卻塔的冷卻面積，要選取好換熱的最佳端差，使我們設(shè)計(jì)的真空度為最佳。在設(shè)備采購階段，要選取減少泄露真空，質(zhì)量好點(diǎn)的設(shè)備。在運(yùn)行階段，真空系統(tǒng)的安全閥、法蘭及疏水門等處要常檢查，定期維修;夏季工況，可以補(bǔ)充冷卻水方式及增加冷卻塔的冷卻風(fēng)量，使循環(huán)水溫增加的少些。循環(huán)水泵、冷卻塔、真空泵等設(shè)備也要定期維護(hù)，做到少出故障，安全正常運(yùn)行。

2.2 以高壓加熱器為對象開展優(yōu)化工作

高壓加熱器是汽機(jī)熱力循環(huán)系統(tǒng)最重要設(shè)備之一，它的工作原理是利用汽輪機(jī)的抽汽來加熱進(jìn)入鍋爐的給水的溫度。此設(shè)備跟低壓加熱器及除氧器等設(shè)備構(gòu)成了汽輪機(jī)的給水加熱系統(tǒng)，它在系統(tǒng)中起到了換熱器的作用。一般情況下，高壓加熱器設(shè)計(jì)為表面式換熱器，蒸汽跟水通過管板等介質(zhì)來交換熱量。高加設(shè)備若發(fā)生故障造成停運(yùn)，則會使輸送到鍋爐的給水溫度大大降低。鍋爐內(nèi)水的吸熱量增加，水的蒸發(fā)量相對減少，熱經(jīng)濟(jì)性降低，煤耗增加。蒸汽在鍋爐中的加熱度提高，引起過熱蒸汽溫度提高，會燒壞鍋爐過熱器。高加設(shè)備運(yùn)行的好壞也直接影響汽輪機(jī)組的安全運(yùn)行，高壓加熱器管束泄漏輕則影響汽輪機(jī)組跳閘，重則會發(fā)生汽輪機(jī)水擊，對汽輪機(jī)設(shè)備造成損壞。高壓加熱器的損壞原因大部分是由于高加管束泄漏。而造成管束泄漏的原因有以下方面：

（1）機(jī)組運(yùn)行時(shí)，暖管時(shí)間不充足。進(jìn)入高加的給水與蒸汽對管束產(chǎn)生很大沖擊力，管束兩側(cè)的溫差對材質(zhì)的屈服強(qiáng)度產(chǎn)生很大影響。沖擊力的累加超過了管束材料的屈服強(qiáng)度，管束變形，造成了管束泄漏。

（2）給水中的溶氧量超標(biāo)。溶氧量超標(biāo)會對管束造成腐蝕，長時(shí)間運(yùn)行。

（3）設(shè)備管束結(jié)垢，不及時(shí)清理，使管束應(yīng)力變小，長時(shí)間運(yùn)行造成管道泄漏。

針對以上問題，高壓加熱器優(yōu)化運(yùn)行措施如下：

（1）運(yùn)行之前、停機(jī)之后要暖機(jī)，減少管束兩側(cè)端差的數(shù)值，減少管束兩次的熱沖擊，緩解管道變形。

（2）運(yùn)行中加強(qiáng)對給水水質(zhì)的監(jiān)督，嚴(yán)格控制給水的PH值。

（3）及時(shí)清理水垢，通過大小修機(jī)會，增加對水垢的清理次數(shù)及化學(xué)清洗次數(shù)。長時(shí)間停運(yùn)，要進(jìn)行充氮保護(hù)。

2.3 以冷卻塔為對象開展優(yōu)化工作

冷卻塔根據(jù)冷卻介質(zhì)分為空冷塔和濕冷塔。本文只講空冷塔的優(yōu)化設(shè)計(jì)?？绽渌某跏级瞬钍怯绊懣绽錂C(jī)組經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行最重要的指標(biāo)之一。初始端差簡稱ITD，指熱交換前空冷凝汽器入口設(shè)計(jì)點(diǎn)排汽溫度與冷卻空氣入口設(shè)計(jì)點(diǎn)溫度的差值。影響初始端差的因素有很多：廠址氣象條件、空冷系統(tǒng)的總投資額度、不同排汽參數(shù)的汽機(jī)設(shè)備費(fèi)與年少發(fā)電量的差值比較等。在設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)需要冷卻的蒸汽量及熱負(fù)荷、設(shè)計(jì)溫度、海拔等溫度，選擇，初步選取幾種不同ITD參數(shù)時(shí)的風(fēng)扇數(shù)及冷卻塔大小等參數(shù)，計(jì)算每種方案下的運(yùn)行費(fèi)用及投資費(fèi)用，然后作對比，選取最佳方案。

3 結(jié)語

目前，保證電廠主要輔機(jī)系統(tǒng)維持良好運(yùn)行狀態(tài)的最主要方法就是進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化改進(jìn)。在通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高設(shè)備工作效率的同時(shí)，嚴(yán)格遵守運(yùn)行程序操作，保證系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)配合，從而減少設(shè)備運(yùn)行過程中不必要的能源浪費(fèi)。通過對電廠輔機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化，可以提高電廠的熱效率及熱經(jīng)濟(jì)性。

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