發(fā)電廠技改工程熱機(jī)專業(yè)的優(yōu)化設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)探討

吉威寧 焦靈燕

（內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司）

0 引言

隨著技術(shù)的發(fā)展，工藝設(shè)計(jì)的進(jìn)步，人們對發(fā)電廠中的熱機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)更高，老式的熱機(jī)系統(tǒng)由于設(shè)備陳舊、設(shè)計(jì)不完善，生產(chǎn)方式落后等原因，已不能適應(yīng)一些發(fā)電廠的需求。良好的熱機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)可以大幅降低能源的損耗，提升機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率，減少意外事故的發(fā)生，對發(fā)電廠的平穩(wěn)運(yùn)作起到支持作用。

1 關(guān)于發(fā)電廠技術(shù)優(yōu)化的要求

工業(yè)的發(fā)展離不開技術(shù)的支持，隨著我國改革的深化，各個(gè)行業(yè)生產(chǎn)力水平穩(wěn)步上升，運(yùn)行效率也大大增加，這都需要完善的技術(shù)與之匹配，一些傳統(tǒng)的工藝技術(shù)已不能滿足先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展需求，逐漸被淘汰。新型機(jī)械設(shè)備、新型原料以及先進(jìn)技術(shù)層出不窮，給工業(yè)生產(chǎn)注入新鮮活力，增加了更多的可能性。在這樣的大趨勢下，發(fā)電行業(yè)也將技術(shù)改造工程作為重點(diǎn)項(xiàng)目，提倡將新型技術(shù)設(shè)備投入到發(fā)電廠的運(yùn)營中。發(fā)電廠技術(shù)改造工程主要按照分析運(yùn)行模式、注重節(jié)能降耗、提升人員技能這三方面的要求來實(shí)施，全面深化技術(shù)改造。第一，應(yīng)先充分掌握發(fā)電廠的現(xiàn)有規(guī)模和運(yùn)行模式，以擴(kuò)大再生產(chǎn)、提高生產(chǎn)效率為原則，分析研究各種新型工藝技術(shù)對于發(fā)電廠的可行性和適用性，根據(jù)實(shí)際情況來系統(tǒng)、整體地制定技術(shù)改造計(jì)劃方案，保障發(fā)電廠技術(shù)改造工程在穩(wěn)中求進(jìn)。第二，為了緩解全球資源減少、大氣污染等嚴(yán)重問題，防止發(fā)電廠在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)能源浪費(fèi)，排放過量廢棄物破壞生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)象，發(fā)電廠的技術(shù)改造應(yīng)該加強(qiáng)對節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的探索，在發(fā)揮技術(shù)提高運(yùn)行效率的同時(shí)，突顯新設(shè)計(jì)工藝在節(jié)能環(huán)保上的優(yōu)勢，減少能源損耗，開發(fā)清潔發(fā)電方式。第三，伴隨本國電力工業(yè)的成長，發(fā)電廠自動(dòng)化生產(chǎn)水準(zhǔn)也在上升，這就需要專業(yè)人具有更高的素質(zhì)、水平，技術(shù)改造工程需要專業(yè)的人員來設(shè)計(jì)實(shí)施。因此，發(fā)電領(lǐng)域?qū)Ω咚刭|(zhì)的專業(yè)技術(shù)人才培養(yǎng)勢在必行。專業(yè)技術(shù)人員在實(shí)施技術(shù)改造項(xiàng)目前必須經(jīng)過系統(tǒng)的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，了解我國電力發(fā)展行業(yè)的現(xiàn)狀和趨勢，提升對技術(shù)改造的分析判斷能力、事故處理能力等，為技術(shù)改造項(xiàng)目保駕護(hù)航。

2 發(fā)電廠熱機(jī)技術(shù)改造原理及內(nèi)涵

熱機(jī)系統(tǒng)是發(fā)電廠的核心生產(chǎn)部分。熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)與發(fā)電廠技術(shù)改造工程關(guān)系密切，對技改工程的實(shí)施具有促進(jìn)作用。發(fā)電廠在開展熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要掌握一些基本信息，比如熱機(jī)的工作原理，熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的具體內(nèi)容，對存在的問題進(jìn)行分析，進(jìn)而按照標(biāo)準(zhǔn)對熱機(jī)專業(yè)進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，滿足技術(shù)改造工程的現(xiàn)實(shí)要求。

2.1 熱機(jī)的工作原理

熱機(jī)的工作機(jī)理是靠能量的相互轉(zhuǎn)換。例如在火電廠的實(shí)際生產(chǎn)中，燃燒燃料將熱水轉(zhuǎn)化成溫度和壓力都較高的水蒸氣，助力汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)做功，進(jìn)而帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)能到機(jī)械能再到電能之間的轉(zhuǎn)換。燃料燃燒釋放的熱能與通過做功獲得的機(jī)械能兩者之間的比率，屬于衡量熱機(jī)性能的主要參數(shù)，也是發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要研究方向。但除了要考慮、衡量熱機(jī)的工作性能，還要判斷是否會(huì)對環(huán)境造成危害，提升其環(huán)保功能［1］。

2.2 熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

隨著電子技術(shù)出現(xiàn)在生活的各個(gè)方面，人們的用電需求逐漸增大。發(fā)電行業(yè)發(fā)展迅速，新的發(fā)電方式也開始在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中使用。雖然有一些新能源的產(chǎn)生，且在發(fā)電領(lǐng)域取得了一定成效，但我國還是以燃煤的火力發(fā)電為主要手段。因此利用燃燒煤來進(jìn)行發(fā)電的方法在電力行業(yè)有著舉足輕重的作用，對燃煤發(fā)電熱力系統(tǒng)的研究是十分必要的，當(dāng)然也包括研究技術(shù)改造的基礎(chǔ)內(nèi)容及提高熱機(jī)經(jīng)濟(jì)效能的可行技術(shù)。在發(fā)電廠熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)過程中，從它的實(shí)用性和技術(shù)性著手，依照熱量平衡定律，用數(shù)學(xué)工具來羅列解決問題，可以更加直觀、清晰地反映熱機(jī)系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù)因素，再結(jié)合多方面的情況，比如電廠方位的布局、原有熱機(jī)系統(tǒng)的性能，發(fā)電廠實(shí)際運(yùn)行模式等，通過綜合考量來進(jìn)行技術(shù)改造，從而降低耗能，促使熱機(jī)工作達(dá)到事半功倍的效果。

3 熱機(jī)專業(yè)設(shè)計(jì)改造中涉及的重要技術(shù)

發(fā)電廠熱力改造工程中的重要環(huán)節(jié)在于優(yōu)化設(shè)計(jì)熱力系統(tǒng)、燃燒制粉系統(tǒng)、以及對相應(yīng)廠房的改造。本文采用某發(fā)電廠的實(shí)例，分析它在工藝優(yōu)化上采取的措施，通過對其新增供熱設(shè)備的研究，探討熱力改造工程中的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 廠房的設(shè)計(jì)改造

對于發(fā)電廠汽機(jī)車間的設(shè)計(jì)改造項(xiàng)目，應(yīng)從車間面積結(jié)構(gòu)來入手，涉及到對其高度和跨度的改造。廠房的跨度，通俗來說，就是在廠房結(jié)構(gòu)方面，兩排立柱之間的距離。在本文的案例中，發(fā)電廠原定汽機(jī)房設(shè)計(jì)跨度為30m，這是由于原定機(jī)組為200MW，回?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)包含的設(shè)備較多，相應(yīng)的需要加設(shè)安全閥排氣管等各種功能的管道。為了配合這套機(jī)組則需要的廠房跨度區(qū)間為30～33m，總體要求較大空間，建設(shè)成本較高。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)，更換使用100MW的高壓機(jī)組，跨度縮小了3m，改為27m，減小廠房的面積，緩解了場地限制的問題，還能節(jié)省近200萬元的建設(shè)成本和管道安裝費(fèi)用。在廠房高度優(yōu)化設(shè)計(jì)上，該發(fā)電廠根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高加設(shè)備的使用頻率較低，且需要以加高汽機(jī)房為代價(jià)，如果替換為卷揚(yáng)機(jī)附帶20T的小鉤來進(jìn)行維修起吊等操作，同樣可以保證汽機(jī)房的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還能減少汽機(jī)房的高度，縮小整個(gè)汽機(jī)房的面積和高度，從而降低建設(shè)成本。因此經(jīng)過精確計(jì)算設(shè)計(jì)，該汽機(jī)房由原來的設(shè)計(jì)高度24.1m降為22.45m［2］。

3.2 熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造

熱力系統(tǒng)主要包括回?zé)嵯到y(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、加熱器空氣系統(tǒng)以及汽封系統(tǒng)。首先，回?zé)嵯到y(tǒng)屬于整個(gè)系統(tǒng)中最重要的部分，汽輪機(jī)主要就是依靠回?zé)嵫h(huán)功能來進(jìn)行生產(chǎn)制造，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。該發(fā)電廠通過對回?zé)嵯到y(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇了“兩高四低一除氧”的安裝方式，即兩級高壓加熱器和蒸汽冷卻器、四級低壓加熱器、一級除氧和疏水冷卻器，通過實(shí)際運(yùn)用檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)不但耗能低，每年能節(jié)省19.38萬元的耗能費(fèi)用，還能高度適應(yīng)啟停調(diào)峰，解決了原設(shè)計(jì)中存在的問題缺陷。

加熱器在疏水管道上需要安裝一種調(diào)節(jié)疏水流量的裝置，通常采用浮球式液位調(diào)節(jié)器或者電動(dòng)式液位調(diào)節(jié)器這兩種控制方式。經(jīng)過大量的應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的液位調(diào)節(jié)器經(jīng)過長時(shí)間的使用操作，容易被磨損腐蝕，產(chǎn)生液位失控、卡澀等現(xiàn)象，導(dǎo)致調(diào)節(jié)器性能變差，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了解決這一難題，該發(fā)電廠在加熱器疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，通常選用汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位調(diào)節(jié)器，這是一種新型設(shè)備，通過采集液相信號和氣相信號，獲得阻攔疏水的效果。它的制作技術(shù)先進(jìn)，能準(zhǔn)確控制水位且運(yùn)行維護(hù)方便，耗能低、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)，具有極佳的性能。汽液兩相流自調(diào)節(jié)水位調(diào)節(jié)器擯棄了傳統(tǒng)液位控制器的缺點(diǎn)，是近年來被普遍推廣的新型設(shè)備。

在對加熱器空氣系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的時(shí)候，該發(fā)電廠從系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)方面出發(fā)，以提升換熱效果為主要目的來進(jìn)行優(yōu)化。該廠先分析了一般的加熱器空氣系統(tǒng)的缺陷：主要是用一根母管合并連接所有空氣管路，這在實(shí)際工作中就會(huì)因壓力的不同而導(dǎo)致一部分本級蒸汽流入低一級抽汽中，高壓抽汽排斥低壓抽汽，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行不暢，再以解決這一缺陷為重點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)空氣管路，將高壓抽汽系統(tǒng)和低壓抽汽系統(tǒng)分別接入凝汽器，單獨(dú)的管路防止排擠現(xiàn)象的發(fā)生，從而提高了加熱器的換熱效果。

汽封系統(tǒng)的漏氣現(xiàn)象在一些發(fā)電廠普遍存在，這是由于汽封的冷卻器設(shè)備與抽汽口之間壓差偏小，導(dǎo)致抽汽管在高速度的情況下更難以實(shí)現(xiàn)自如流動(dòng)，抽汽口壓力升高，出現(xiàn)蒸汽外漏現(xiàn)象，不但會(huì)被軸承箱吸收，影響油質(zhì)，引發(fā)安全問題，而且導(dǎo)致大量的能量損失。針對這種情況，該發(fā)電廠采用了加大汽管徑的方式，降低抽汽管的流動(dòng)速度，弱化對流動(dòng)的抵抗力，避免汽封系統(tǒng)出現(xiàn)外漏的情況［3］。

3.3 燃燒制粉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)改造

汽輪機(jī)機(jī)組中鍋爐主要影響機(jī)組的最小載荷，材料燃燒不穩(wěn)定時(shí)又會(huì)對鍋爐運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響，這是由于低載荷時(shí)鍋爐溫度下降，煤粉起火難，火焰不好控制，如果操作失誤，容易帶來安全事故。所以在對燃燒制粉系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化時(shí)，首先需要考慮燃燒煤的穩(wěn)定性。該發(fā)電廠選擇的是雙通道自穩(wěn)式燃燒器，通過高溫?zé)煔饣亓鲄^(qū)來為煤粉氣流提供熱源，形成穩(wěn)定的煤粉燃燒狀態(tài)。這種自穩(wěn)式燃燒器還可適應(yīng)多種類型的煤粉，有效解決了低負(fù)荷狀態(tài)下煤粉燃燒不穩(wěn)定的問題。

為了實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)降耗環(huán)保目標(biāo)，提升運(yùn)行效率，該發(fā)電廠在制粉管道系統(tǒng)中選擇使用新型鎖氣器，它具有密封性好、調(diào)節(jié)能力強(qiáng)的優(yōu)勢，在防止粉塵泄露方面效果明顯，具有節(jié)能環(huán)保功效。落粉交叉管的改造設(shè)計(jì)可以降低磨煤機(jī)的啟動(dòng)停止頻率，它安裝在兩個(gè)細(xì)粉分離器之間，可以減小輸粉機(jī)的尺寸，不僅降低了資金投入，還具有節(jié)能作用。當(dāng)原材料品質(zhì)不佳時(shí)，材料中的雜質(zhì)可能會(huì)損傷設(shè)備，產(chǎn)生磨損的情況。在對防磨技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，通常測試各種關(guān)鍵制粉管道，采用性能優(yōu)良的新型材料可以增加管道的綜合性能。該發(fā)電廠通過在管道粘貼耐磨陶瓷，提升其耐用性。

傳統(tǒng)的送粉管道通常采用雙托板混合器，這種混合器容易造成粉質(zhì)混合不均，會(huì)增加能耗，不符合節(jié)能環(huán)保要求。該發(fā)電廠對送粉管道進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，選擇了一種新型混合器，給粉均勻，沒有托粉現(xiàn)象，加強(qiáng)送粉管道的經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能。

4 結(jié)束語

發(fā)電廠技術(shù)改造工程涉及的內(nèi)容廣泛、專業(yè)性高，特別是其中的熱機(jī)專業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)，需要考慮多方面的因素，對熱機(jī)工作中各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行技術(shù)改造，多角度、全面推動(dòng)發(fā)電廠的進(jìn)步。