發(fā)電廠汽輪機運行節(jié)能降耗策略研究

丁玲瓏 山西魯能河曲發(fā)電有限公司

汽輪機是目前主流發(fā)電廠中的重要組成設備，汽輪機在運行時因自身設備的功能設計，需要消耗大量的能源，同時也會導致一些污染物的產生。這與我國當前所提倡的節(jié)能減排理念是相沖突的。現(xiàn)代社會對于能源的節(jié)約和環(huán)境的保護都是極為重視的。因此，對于發(fā)電廠汽輪機采取降耗策略是勢在必行的要求。為了有效降低汽輪機的能耗，減少對周邊環(huán)境的影響，需要對汽輪機能耗較大的原因進行綜合分析，才能針對具體的能耗問題，提出最適合的汽輪機降耗策略，進而保證降耗策略的可行性。

一、發(fā)電廠汽輪機的工作原理

在研究發(fā)電廠汽輪機能耗問題之前，需要對汽輪機的工作原理進行深入的了解，才能確保汽輪機節(jié)能降耗研究的科學性，進而在此基礎上提出更加合理的降耗策略。汽輪機是火力發(fā)電廠中的基礎設備之一。火力發(fā)電廠通過鍋爐燃燒煤炭會產生的大量熱量，將這些熱量加熱水會產生大量的水蒸氣，而高溫水蒸氣會驅動汽輪機轉動。當汽輪機快速轉動時，與汽輪機連接在一起的發(fā)電機便可以借助汽輪機產生的機械能進行發(fā)電。所以，在火力發(fā)電廠中，汽輪機是實現(xiàn)機械能轉化電能的關鍵設備，沒有汽輪機，火力發(fā)電廠便無法進行正常發(fā)電。

二、汽輪機高能耗的主要影響因素

（一）汽缸效率的影響

汽缸是汽輪機工作運行的重要組成，其本身具有良好的密閉性，可以完全地阻斷缸內氣體與外界空氣的聯(lián)系。火力發(fā)電廠發(fā)電時，需要先將熱能轉化為機械能。在轉化過程中，通過鍋爐的加熱，汽缸內部會產生大量的蒸汽，高溫蒸汽會帶動葉片進行轉動，而汽缸內部的熱量也會越來越高。汽缸的工作效率在很大程度上決定了汽輪機的能耗水平。如果汽缸工作效率較低，汽輪機在運行時會需要更多的能源，才能保證輸出功率的穩(wěn)定。如果汽缸工作效率較高，汽輪機的能耗水平也會有所下降。

（二）機組流通性的影響

汽輪機的流通性是影響其整體能耗水平的重要因素。在實際發(fā)電的過程中，汽輪機的機械能是由蒸汽熱能轉化而來的。因此，高溫蒸汽的流通性在一定程度上影響了汽輪機機械能的大小，進而影響了機械能轉化為電能。如果整個汽輪機組的流通性受到了影響，汽輪機的能耗情況也會因此而改變。目前，影響汽輪機組流通性主要有兩方面。一是機組的流通面積。如果機組的流通面積無法得到有效的保障，導致流通面積減小，汽輪機獲得的機械能同樣會因此降低，從而降低了汽輪機的整體效率，造成能源的空耗。二是機組的汽流量。汽輪機運行使用的蒸汽是密閉的，不會輕易與外界空氣聯(lián)系。我們可以通過分析汽缸的工作情況，從中得判斷汽缸軸封間是否存在漏氣問題。若發(fā)生漏氣問題，高溫蒸汽的汽流量輸出必然受到影響，從而降低了汽輪機汽缸的工作效率。

（三）蒸汽壓力與溫度的影響

發(fā)電廠汽輪機為了保證其正常的運行狀態(tài)，除了要保證機組的流通面積和汽流量外，還要保證蒸汽的壓力和溫度。一旦蒸汽的壓力和溫度出現(xiàn)大幅變化，會直接導致汽輪機工作效率的降低，從而增加其運行能耗。發(fā)電廠鍋爐產生的熱量會傳遞到汽缸，汽缸在熱能的持續(xù)供給下，內部會產生大量高溫高壓的蒸汽，當蒸汽壓力和溫度處于某一水平時，汽輪機的工作效率會達到最大。此時如果機組內蒸汽的壓力和溫度持續(xù)上升，汽輪機的工作效率反而會出現(xiàn)下降的趨勢。發(fā)生這一情況時，驅動汽輪機運行的能量會出現(xiàn)較為嚴重的損耗。而蒸汽壓力和溫度過低也會導致汽輪機工作效率無法達到最佳。

因此，實際操作汽輪機時，需要根據汽輪機的實際運行情況，對蒸汽壓力和溫度進行合理的調整。而控制蒸汽壓力和溫度變化的因素主要有兩種。首先，是由于水壓和燃燒量的調整工作出現(xiàn)問題，而導致蒸汽壓力和溫度的變化。所以，汽輪機工作時需要調整好鍋爐的燃燒量，并根據汽輪機運行需求調整水量，以保證汽輪機始終保持最佳的工作狀態(tài)。其次，汽輪機冷凝器也是影響蒸汽壓力和溫度一大因素。冷凝器的熱傳遞一旦出現(xiàn)問題會直接影響冷凝器的散熱情況，進而影響汽輪機的汽流量。為此，汽輪機冷凝器需要保持一定的清潔度，此外，鍋爐過熱器的管線線路要保證合理的封閉，以最大限度地控制蒸汽溫度。

三、汽輪機的降耗策略

汽輪機在火力、核能等發(fā)電廠的應用地位是十分重要的，為了進一步控制發(fā)電廠的發(fā)電成本，必須對汽輪機的能耗情況進行有效控制。尤其是火力發(fā)電廠，汽輪機的高能耗意味著消耗更多的煤炭，同時也會因此產生更多的污染問題。所以，我們必須通過采取降耗策略的方式，在保持或提升汽輪機工作效率的同時，實現(xiàn)汽輪機的節(jié)能降耗。

（一）控制冷卻系統(tǒng)的溫度

冷卻裝置是汽輪機運行的保障裝置，若冷卻裝置故障，汽輪機的工作效率將大幅降低。因此，降低汽輪機的能耗要控制好冷卻裝置的溫度。以水冷裝置為例，在眾多冷卻方式中，冷卻水冷卻是最為普遍且成本最低的一種冷卻方式。這種冷卻方式可以有效地對汽輪機進行冷卻降溫，且不會產生較多的冷卻成本。所以，相關管理人員需要定期對水冷裝置進行檢查，檢查冷卻水的循環(huán)情況和水文情況。發(fā)現(xiàn)循環(huán)冷卻水中含有較多雜質時，要立即使用專業(yè)的清潔手段進行清潔，以保證水冷裝置的正常工作效率。管理人員要做好冷卻水輸送過程的監(jiān)控工作，如果在輸送過程中發(fā)生故障，冷卻水的出水口溫度便會出現(xiàn)上升，此時需要對冷卻塔進行巡查和維護。

（二）控制鍋爐水的溫度

鍋爐水的溫度會影響熱能的輸出效率，一旦鍋爐水溫度偏低，則需要燃燒更多的煤炭以保證鍋爐的熱量值。如此不僅會導致煤炭的過量消耗，還會增加燃燒廢氣的排放量，進而帶走更多的熱量，對鍋爐的運轉造成干擾。因此，電廠工作人員要嚴格檢查汽輪機組的密閉性，防止出現(xiàn)漏水漏氣的問題，要對機械內水室隔板進行重點檢查，以保證其密封性，避免因泄漏問題影響到汽輪機組中蒸汽與水的能量交換。如果蒸汽與水的能量交換率降低，水溫便會下降，并增加汽輪機組的能耗。為了確保鍋爐水保持較高的溫度，提高蒸汽和水的熱能轉換效率，需要使用適合汽輪機的疏水器和U型加熱管。

（三）控制汽輪機的運行

控制汽輪機組的運行是降低汽輪機組能耗的關鍵，我們可以對汽輪機組的啟動、運行和停止等三種狀態(tài)進行控制。汽輪機得到能耗主要集中在機組的啟動，在啟動前需要進行長時間的預熱。為了縮短預熱時間，我們可以通過加壓的方式加速汽輪機的預熱，以減少啟動時間內對能源的消耗。在汽輪機組運行的過程中，要保持汽輪機內部氣壓的穩(wěn)定，可通過控制氣門，對汽輪機組的高負荷運行狀態(tài)進行調整，以提高整個機組對能源的利用效率。由于汽輪機組啟動需要消耗的能源過大，所以汽輪機組在運行后物特殊情況時一般不宜停機。在發(fā)電廠中，通常只有檢修汽輪機組時，才會停止汽輪機的運行。

（四）優(yōu)化汽輪機組

優(yōu)化汽輪機組是降低汽輪機組能耗的重要手段。在對汽輪機組進行優(yōu)化時，涉及的方面較多，但主要針對汽輪機組的流通性。優(yōu)化并改善汽輪機組的流通性，首先要優(yōu)化汽輪機葉片，可以改裝扭曲型葉片，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的動靜葉片，從而降低二次流失，提升其熱效率。其次要改善機組的汽封結構，減小高壓葉片的頂部間隙，提高汽封性。第三，要改進汽缸的缸體，可以優(yōu)化內缸結構與靜葉片，對于缸體高壓氣管的改善，要以提升密封性為主，以控制因蒸汽泄漏造成的損失。第四，要改機組的調節(jié)級，可以改裝更加高效的平衡動葉片。

（五）控制凝汽器的熱負荷

降低汽輪機凝汽器的熱負荷可有效地改善汽輪機的能耗情況。目前，主要有兩種方法可控制凝汽器的熱負荷。一是在凝汽器的上部與排汽缸的喉部之間放置表面式加熱器，然后將加熱器的出口與工業(yè)水系統(tǒng)連接起來。二是在凝汽器的喉部安裝霧化噴頭。霧化噴頭可利用自身的換熱方式來減少凝汽器的熱負荷，同時更加便于凝汽器保持真空狀態(tài)。

四、結束語

降低發(fā)電廠汽輪機組的能源消耗可大幅降低發(fā)電廠的發(fā)電成本，這對于發(fā)電廠的可持續(xù)發(fā)展具有重要幫助。汽輪機的節(jié)能降耗，需要根據汽輪機的實際工作情況來選擇最佳的降耗方法，以確保汽輪機在安全性的前提下，真正實現(xiàn)節(jié)能降耗。