汽輪機運行的節(jié)能降耗措施研究

李雪飛，孫 禹

（國家能源集團國電懷安熱電有限公司，河北 張家口 076150）

隨著我國經(jīng)濟水平的不斷提高，為促使電力企業(yè)穩(wěn)定立足于競爭激烈的市場中，應(yīng)確保發(fā)電廠汽輪機運行的穩(wěn)定性、安全性，并且重視節(jié)能降耗問題，這就需要找到汽輪機能源消耗的原因，比如：真空系統(tǒng)密封原因、汽壓、溫度能源原因等。在此之后，選用針對性措施解決問題，促使發(fā)電廠汽輪機運行實現(xiàn)節(jié)能降耗。

1 發(fā)電廠汽輪機的相關(guān)情況淺談

汽輪機屬于可借助蒸汽熱能做功的機械之一，通過沖動、反應(yīng)的作用工作，將鍋爐中帶有溫度和壓力的蒸汽，通過主汽閥、調(diào)節(jié)汽閥進到汽輪機中。然后經(jīng)過環(huán)形安裝噴嘴柵、動葉柵膨脹做功，促使熱能——推動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)變，借助聯(lián)軸器對發(fā)電機進行驅(qū)動發(fā)電出力[1]。膨脹做功好嘔蒸汽通過汽輪機排氣充分排出，排氣到凝汽器凝結(jié)為水后送到加熱器，以給水送到鍋爐加熱為蒸汽，即為蒸汽熱能經(jīng)噴嘴柵向動能發(fā)生轉(zhuǎn)變，在此之后向機械能轉(zhuǎn)變。

2 發(fā)電廠汽輪機運行的價值分析

2.1 技術(shù)方面的價值

實行汽輪機技術(shù)改造后，汽輪機技術(shù)改造能獲得技術(shù)方面的支持，通過實踐證實汽輪機進行技術(shù)方面改造能源轉(zhuǎn)化率、熱效率發(fā)生較大改變，而且能源消耗量降低。汽輪機安全、可行方面的優(yōu)勢也比較突出，可見可獲得技術(shù)方面的支持。

2.2 經(jīng)濟方面的價值

發(fā)電廠汽輪機運行節(jié)能降耗能很好的適應(yīng)國際化發(fā)展需要，促進發(fā)電廠的良好發(fā)展，因而在汽輪機計劃改造前需考慮到發(fā)電廠的經(jīng)濟效益，將發(fā)電廠成本效益、節(jié)能降耗聯(lián)系起來。除此之外，可借鑒國外先進國家發(fā)電廠關(guān)于汽輪機改造方面的經(jīng)驗，及時引進先進的技術(shù)改造汽輪機，如此利于獲得較好的節(jié)能降耗效果，維護發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。

3 發(fā)電廠汽輪機運行過程能源消耗的成因研究

3.1 真空系統(tǒng)密封成因

汽輪機真空系統(tǒng)密封性，直接關(guān)系到整個機組工作質(zhì)量，真空下降蒸汽做功效率則會隨之降低，蒸汽流量提高葉片過負荷的幾率則會增高。與此同時，真空下降條件下機組軸向推力發(fā)生改變，機組軸向位移增加，嚴重情況還會產(chǎn)生推力瓦過負荷的問題，推力軸承溫度過高。由此可見，真空下降不但會增加能源消耗，而且需投入大量的成本，易引發(fā)排氣缸變形狀況，對汽輪機組安全問題構(gòu)成直接影響[2]。需要注意的是，該方面問題的發(fā)生與凝汽器冷卻水不足/中斷、凝汽器水室空氣進入、熱水井水位提高，以及軸封系統(tǒng)運行異常、真空泵無法正常運行、真空系統(tǒng)泄露等因素有緊密聯(lián)系。

3.2 汽壓、溫度能源消耗成因

發(fā)電機電能轉(zhuǎn)化，即為蒸汽在汽輪機動葉中膨脹產(chǎn)生推動汽輪機帶動發(fā)電機高速旋轉(zhuǎn)動能轉(zhuǎn)化的過程，汽輪機做功大小，和進到汽輪機蒸汽焓、凝汽器排氣焓差值，存在緊密的關(guān)聯(lián)性。機組排汽壓力、進汽溫度非常高，需要注意的是進汽焓更高、汽輪機帶有發(fā)電機做功更大、發(fā)電量則會隨之改變；反之，進汽溫度、壓力更低，蒸汽焓下降幅度則更小，這時發(fā)電量汽耗則會比較大，對于汽輪機工作狀況的影響較大。進氣溫度低易引發(fā)蒸汽機后的葉片水蝕，故而會縮短機組實際應(yīng)用的時間。

3.3 空冷系統(tǒng)成因

發(fā)電廠直接空冷系統(tǒng)，為汽機排氣直接用空氣冷卻，汽機排除飽和蒸汽通過排氣管道排到室外空冷凝汽器中，待冷凝后凝結(jié)水，凝結(jié)水泵升壓后送到汽機回?zé)嵯到y(tǒng)、鍋爐。冷凝所需冷空氣通過軸流冷卻風(fēng)機大氣中吸入、吹向換熱器翅片，風(fēng)機使用變頻控制，系統(tǒng)經(jīng)控制器啟停風(fēng)機臺數(shù)、轉(zhuǎn)速，對進風(fēng)量加以控制，以此促使機組變工況運行良好。直接空冷系統(tǒng)為一次冷卻，具有不需中間換熱介質(zhì)、換熱溫差大、冷凝效果佳的特點，而且冬季防凍措施靈活、不會占據(jù)大量的范圍，不足：汽輪機背壓變幅、真空系統(tǒng)、風(fēng)機噪聲等均較大，而且用電量較高，所以需引起重視[3，4]。

4 發(fā)電廠汽輪機運行節(jié)能降耗舉措探討

4.1 關(guān)注凝汽器真空狀態(tài)節(jié)能降耗方法

凝汽器真空狀態(tài)，關(guān)系到排汽的效果，為明確凝汽器是否為真空狀態(tài)，需安排專業(yè)人員加強對所有部件封閉情況的監(jiān)測，確保部件密封性達到相關(guān)標準、冷卻水供應(yīng)充足。同時，應(yīng)該明確冷氣器室內(nèi)部有無存在空氣，嚴格控制熱水井的水位，確保軸封系統(tǒng)和真空泵運行狀態(tài)良好。如此一來，防止發(fā)生凝汽器工作過程真空下降問題的同時，如果發(fā)生冷凝器工作中真空下降狀況，在第一時間針對性處理，降低能源消耗，這個過程中需實時關(guān)注真空泵運行狀態(tài)，若處于高負荷真空系統(tǒng)運行但沒有泄露情況下，需低負荷泄露時立即啟動，適當提高汽輪機真空的程度，進而有效維護發(fā)電廠的經(jīng)濟效益。

4.2 汽輪機運行汽溫節(jié)能降耗方法

汽輪機進汽壓力保持不變條件下，進汽溫度更高、汽輪機進汽焓值則會更大，這時汽輪機的工作效率得以有效保障。進汽溫度過高引發(fā)安全事故的概率會增高，同時在一定程度上會對設(shè)備造成損壞影響，因而進汽溫度需控制在汽輪機設(shè)計允許的范圍內(nèi)。直流爐運行期間主蒸汽溫度控制時，可經(jīng)水煤比粗調(diào)、減溫水方法處理，然后在熱蒸汽控制時通過煙氣擋板加以控制。機爐協(xié)調(diào)質(zhì)量、減溫水調(diào)節(jié)特性，以及再熱煙氣擋板自動調(diào)節(jié)特性等，會對汽輪機進汽溫度、汽輪機工作質(zhì)量構(gòu)成嚴重威脅，所以做好機爐協(xié)調(diào)工作非常關(guān)鍵，這就需要改善減溫水調(diào)節(jié)曲線、煙氣擋板調(diào)節(jié)曲線，以此確保再熱蒸汽額定參數(shù)的穩(wěn)定，并提高汽輪機組的整體工作效率[5]。

4.3 清洗冷凝管節(jié)能降耗方法

為降低汽輪機排汽壓力，需要定期對冷凝管清洗處理，降低內(nèi)部污垢堆積、加強能量交換、減少能量交換期間的能源消耗。與此同時，需確保循環(huán)水供給水質(zhì)、循環(huán)水水質(zhì)，循環(huán)水直接關(guān)系到汽輪機冷凝的效果，故此提供足夠的循環(huán)水利于有效保障汽輪機的整體工作效率。

圖1 定期清洗冷凝管

4.4 嚴格控制汽輪機給水溫度節(jié)能降耗方法

給水溫度關(guān)系到汽輪機燃料數(shù)量，水溫過低為提高溫度，則會燃燒較多的煤，如此會造成能源浪費情況。鍋爐排煙時會排出大量熱量，使得鍋爐的效率下降，因而需定時做好加熱器檢修工作，嚴格觀察水室隔板密封情況，尤其需要做好加熱器鋼管檢查工作、記錄工作，如果這個期間觀察到問題需馬上檢修處理，防止產(chǎn)生嚴重事故問題/水溫不穩(wěn)定問題，以便切實降低能源消耗[6]。此外，應(yīng)該確保高加筒體密封效果，遵循相關(guān)標準進行機組劃?？刂啤潌⒖刂?，定期做好管內(nèi)沉積水垢清理工作，從而提高高加水位、高加筒體運行的效果。

4.5 加強對汽輪機運行情況管理節(jié)能降耗方法

發(fā)電廠汽輪機運行期間，為確保高負荷區(qū)域機組工作的質(zhì)量，可適當調(diào)整流通面積，極低負荷區(qū)域提高給水泵軸臨界轉(zhuǎn)速、燃燒、水循環(huán)的穩(wěn)定性，定壓調(diào)節(jié)低水平。中間負荷區(qū)域結(jié)合具體狀況實行負荷加減處理，確保氣門開關(guān)為滑壓運行，即為經(jīng)定、滑、定的運行方式處理，有效管理發(fā)電廠汽輪機運行狀況。除此之外，為提高給水溫度、高加投入率，并降低熱水器溫差，建議做好加熱水器調(diào)整工作，在高負荷下升高汽輪機主汽溫度、增加汽輪機注氣壓力[7]。

4.6 調(diào)整汽輪機輔機運行、控制軸承溫度節(jié)能降耗方法

通過汽輪機優(yōu)化主機的過程，應(yīng)優(yōu)化輔機防止發(fā)生單一優(yōu)化某一部分，所致工作效率無法提高的問題，經(jīng)調(diào)整輔機運行方式降低配套設(shè)計所構(gòu)成的損失，以此獲得節(jié)能降耗的效果。

汽輪機發(fā)生故障的成因為超負荷運轉(zhuǎn)，軸承負荷時進油阻力加大，軸承中存在氣體、進油所致潤滑效果不理想，這時軸承的溫度會不斷增長，不能確保油的質(zhì)量并會對設(shè)備構(gòu)成不良影響。針對于此，需促使汽輪機工作時處于允許的負荷范圍，借助設(shè)備的作用有效控制設(shè)備的溫度。

4.7 優(yōu)化汽輪機組節(jié)能降耗方法

以安裝質(zhì)量的角度觀察發(fā)現(xiàn)，流通部分存在間隙，因此企業(yè)方面需正確看待該方面的問題，經(jīng)調(diào)整和維修工作方面出發(fā)加以改進。首先需改良葉片，使用扭曲型取代動靜葉片，目的為降低二次流的損失、提高熱效率；其次，應(yīng)對汽封結(jié)構(gòu)、缸體、調(diào)節(jié)級進行優(yōu)化，以便降低漏氣所致?lián)p失、減小葉頂部間隔、優(yōu)化高壓氣管、內(nèi)缸和靜葉等，并合理使用高效平衡動葉、完善四周的結(jié)構(gòu)，使得汽封齒的數(shù)量增長，減少造成的損失。

圖2 優(yōu)化汽輪機組

4.8 汽輪機熱力系統(tǒng)的改進節(jié)能降耗方法

發(fā)電廠汽輪機運行期間為實現(xiàn)節(jié)能降耗的效果，應(yīng)不斷改進熱力系統(tǒng)，因這個過程自身經(jīng)濟性能、熱力系統(tǒng)間的聯(lián)系緊密，所以應(yīng)對熱力系統(tǒng)加以改進，提高汽輪機整體性能，降低日常能量損耗[8]。同時對部分中高壓外下缸疏水系統(tǒng)作以改造處理，進而實現(xiàn)節(jié)能降耗的同時提高整體工作質(zhì)量。

5 結(jié)語

為確保發(fā)電廠汽輪機運行良好，應(yīng)重視汽輪機能源消耗問題，及時找到能源消耗的原因，然后通過對應(yīng)措施處理實現(xiàn)能源消耗的效果，比如：優(yōu)化汽輪機組、加強對汽輪機運行的管理、定期清洗冷凝管等措施，進而降低汽輪機的能源消耗。