發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行節(jié)能降耗策略分析

華電電力科學(xué)研究院有限公司 董 洋 宋 昂 康艷昌

2021年4月國家能源局研究制定了《2021年能源工作指導(dǎo)意見》，指出到2022年全部在用燃煤發(fā)電機(jī)組的煤資源損耗不得超過310g/kWh，600MW 以上機(jī)組的煤資源損耗不得超過300g/kWh，其他功率比較小的機(jī)組改造后能滿足空氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)。為保證這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，火電廠有必要對(duì)機(jī)組進(jìn)行性能測試和診斷，找出節(jié)能的突破點(diǎn)，并對(duì)相關(guān)改造技術(shù)進(jìn)行比較，從而在有限的投資下選擇最佳的節(jié)能減排改造方案。

目在節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境下如何提高汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行水平、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是各電廠面臨的問題。如何實(shí)現(xiàn)電廠汽輪機(jī)的有效節(jié)能降耗，是電廠的重要課題之一。但在實(shí)際操作運(yùn)行過程中，為了最大限度摸索節(jié)能減排的突破口，須對(duì)汽輪機(jī)的整體性能進(jìn)行相應(yīng)的測試和診斷，才能實(shí)現(xiàn)電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗的目標(biāo)。并有必要在針對(duì)實(shí)際情況的基礎(chǔ)上，測試和分析電廠汽輪機(jī)的技術(shù)及其自身性能，從而實(shí)現(xiàn)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)節(jié)能降耗總體目標(biāo)。

1 發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀分析

電力對(duì)促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)正常發(fā)展具有重要作用。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會(huì)對(duì)電力的需求逐漸增加。當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主要形式是節(jié)能降耗，這就要求企業(yè)從技術(shù)、人才、管理等方面降低設(shè)備能耗，根據(jù)自身實(shí)際情況，結(jié)合實(shí)際工作需要，在發(fā)展過程中降低設(shè)備能耗，提高設(shè)備利用效率，帶來更大的社會(huì)效益，企業(yè)可合理控制整體成本。

中國是個(gè)能源消耗大國。但由于世界環(huán)境的日趨變化，為了環(huán)保已刻不容緩，而不可再生資源的損耗也不可避免，所以減少能源、提高效率才是中國目前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的首要目標(biāo)。同時(shí)國家又投資了大批的物資和人力與海外協(xié)作，以利用中國巨大的市場換取其他發(fā)達(dá)國家的先進(jìn)科技。汽車動(dòng)力設(shè)備中的汽輪與風(fēng)力發(fā)電設(shè)備耗費(fèi)了大量電力資源，是中國節(jié)能降耗工作的重心。但同時(shí)也因?yàn)榭萍假Y金等因素，這也是一個(gè)相當(dāng)繁重的任務(wù)，盡管在這方面已經(jīng)取得了好一些的成績，但中國汽輪機(jī)總體技術(shù)水平和國外仍有很大差距。我國有相當(dāng)大一部分電廠的設(shè)備運(yùn)行時(shí)的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要提高節(jié)能降耗水平，積極向世界發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)節(jié)能降耗技術(shù)、進(jìn)而提高國內(nèi)技術(shù)水平。

電廠節(jié)能減排創(chuàng)新能力的先進(jìn)與否與它的汽輪發(fā)電機(jī)組能耗高的現(xiàn)狀是息息相關(guān)的。廠方高層普遍不重視節(jié)能減排方面的創(chuàng)新工作，這導(dǎo)致解決汽輪機(jī)節(jié)能降耗問題相對(duì)困難，這是致使一些電廠出現(xiàn)瓶頸的重要原因之一。同時(shí)電廠管理體制不夠嚴(yán)格也導(dǎo)致汽輪機(jī)能耗稍高。中國電廠普遍存在的一個(gè)問題是：沒有一個(gè)統(tǒng)一的、能嚴(yán)格去執(zhí)行的管理體制，但卻過分注重于經(jīng)濟(jì)效益，從而使電廠工作人員缺乏提高創(chuàng)新能力的動(dòng)力，以至于無法對(duì)汽輪機(jī)的設(shè)備運(yùn)行狀況去進(jìn)行生產(chǎn)改革[1]。

2 發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行原理和主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

發(fā)電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行原理。汽輪機(jī)是指一類完全靠蒸發(fā)熱量工作的機(jī)器，它所采取的科學(xué)原理是在充分利用沖擊作用與反作用的基礎(chǔ)上，對(duì)經(jīng)過鍋爐溫度區(qū)加熱后帶有高溫和高壓的蒸汽進(jìn)行做功，并通過主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥后流入汽輪機(jī)，再經(jīng)過一個(gè)環(huán)形的噴嘴烤架和動(dòng)葉格柵膨脹做功，使其將熱量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并帶動(dòng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最后利用齒輪聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。汽輪機(jī)排氣部分會(huì)流出一些膨脹后的蒸氣，這些蒸汽經(jīng)過凝汽器后變成水，再通過高溫的加熱器，最后送入鍋爐被超高的溫度加熱成蒸汽。這樣，蒸汽的熱能首先在噴嘴格柵中轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，然后在動(dòng)葉格柵中轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。

發(fā)電廠汽輪機(jī)主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。發(fā)電廠汽輪機(jī)熱耗率計(jì)算公式為HR=[G0×H0-Gfw×Hfw+GR(Hr-Hi)+Gj(Hr-Hj)]/Ni，式中，G0為主蒸汽流量，kg/h；Gfw為鍋爐給水流量，kg/h；GR為高壓缸排汽流量，kg/h；Gj為再熱減溫水流量，kg/h；H0為主蒸汽焓值，kJ/kg；Hfw為給水焓值，kJ/kg；Hr為再熱蒸汽焓值，kJ/kg；Hi為高壓缸排汽焓值，kJ/kg；Hj為再熱減溫水焓值，kJ/kg；Nt為實(shí)測發(fā)電機(jī)端功率，kW。

3 發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行能耗的影響因素

3.1 蒸汽壓力和溫度

汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)不僅要保證氣體本身的流動(dòng)性，且蒸汽壓力和溫度也是直接影響汽輪機(jī)節(jié)能降耗的主要原因之一。怎么對(duì)發(fā)電機(jī)的電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中蘊(yùn)含的原理是：首先動(dòng)能通過進(jìn)入汽輪機(jī)葉片中的蒸汽膨脹產(chǎn)生，這種動(dòng)能可通過推動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)作，從而使發(fā)電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)。進(jìn)入凝汽器的排汽焓和進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽焓的差值就可決定汽輪機(jī)做功能力的大小。一般而言，排氣焓的大小由機(jī)組的排汽濕度和壓力決定，因此要想使汽輪機(jī)帶著發(fā)電機(jī)的做功（轉(zhuǎn)化為電能）越多、發(fā)電量越多，就要讓汽輪機(jī)的進(jìn)汽壓力和濕度越多，產(chǎn)生高的進(jìn)汽焓。熱能消耗在一定程度上受蒸汽壓力和溫度的實(shí)際變化的影響，其自身的變化也會(huì)引起能耗的變化[2]。

因此在實(shí)際操作過程中，需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理的改進(jìn)和調(diào)整：首先，水壓調(diào)整或燃燒沒有做好會(huì)導(dǎo)致主蒸汽壓力的變化。因此在這種情況下，為從根本上使汽輪機(jī)正常運(yùn)行，就須改善相應(yīng)的燃燒量或增加一定的水量；其次，風(fēng)量、換熱面積等多方面的原因會(huì)造成主蒸汽溫度的變化。因此，在實(shí)際檢修維護(hù)過程中，有必要清潔鍋爐水冷壁和過熱器內(nèi)部，從而最大限度地保證汽溫的有效控制，從而達(dá)到電廠汽輪機(jī)運(yùn)行中節(jié)能降耗的目的。

3.2 凝汽器冷凝系統(tǒng)結(jié)垢或者循環(huán)供水流量不足

凝汽器管束是在整個(gè)生產(chǎn)過程中負(fù)責(zé)工作的主要部件，水質(zhì)較差的循環(huán)水在汽輪機(jī)組運(yùn)行過程中會(huì)沉積污垢，這將減小凝汽器管道的內(nèi)部流動(dòng)面積，降低凝汽器管道的冷卻效果，增加汽輪機(jī)排汽壓力，降低汽輪機(jī)效率。最終當(dāng)排汽壓力達(dá)到一定極限時(shí)，整臺(tái)機(jī)組也需要被迫停運(yùn)。

3.3 機(jī)組流通性

在火力發(fā)電廠的汽輪機(jī)運(yùn)行中，影響能耗的主要因素之一是蒸汽的流通性，而在實(shí)際運(yùn)行過程中，汽輪機(jī)中的熱能通過一定量的蒸汽逐漸轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從一定程度來講，蒸汽的流通性是有效保證汽輪機(jī)正常運(yùn)行的重要因素之一。機(jī)組的流通性如果被物體阻礙，就會(huì)使能量的形成耗損，從而影響發(fā)電廠汽輪機(jī)的整體運(yùn)行能源耗損。在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，流通性的保證分為兩個(gè)主要方面：一是流通面積，二是蒸汽流量。汽輪機(jī)中的蒸汽在一定程度上是封閉的，這也是影響電廠汽輪機(jī)正常運(yùn)行的主要因素之一，因此在實(shí)際運(yùn)行過程中，通過對(duì)汽缸動(dòng)、靜葉片的軸向間隙和覆蓋度的分析，可得出汽缸與軸封之間是否存在大量的漏汽，及時(shí)調(diào)整、設(shè)置科學(xué)合理的間隙和覆蓋度，使流通性得到及時(shí)恢復(fù)，既能保證各缸本身的工作效率，又能從根本上保證其流通面積，從而保證汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。

4 發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行節(jié)能降耗的策略

4.1 對(duì)鍋爐給水進(jìn)行嚴(yán)格的控制

鍋爐內(nèi)燃料燃燒是否充分，燃料量決定蒸汽溫度。一般來說，如蒸汽溫度較低會(huì)增加鍋爐的煤耗，增加排煙過程中的熱損失，降低汽輪發(fā)電機(jī)組的整體運(yùn)行效率。因此，在運(yùn)行過程中須合理控制鍋爐內(nèi)的燃料量和加燃料的速度，特別是汽輪機(jī)停止和開始工作時(shí)的蒸汽溫度，以確保其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。具體而言，現(xiàn)階段節(jié)能降耗的策略包括：加強(qiáng)高壓加熱器的運(yùn)行維護(hù)，防止因操作不當(dāng)導(dǎo)致高壓加熱器停運(yùn)；定期清理高壓加熱器加熱系統(tǒng)的管道，在一定程度上提高加熱效率，避免管道內(nèi)結(jié)垢造成熱能損失。

4.2 對(duì)凝汽器冷凝管進(jìn)行定期清潔

有如下方法對(duì)汽輪機(jī)排汽壓力進(jìn)行降低：一是對(duì)凝汽器管道進(jìn)行定期清潔，減少污垢在其中的積聚，提高凝汽器換熱系數(shù)；二是在提高循環(huán)水的質(zhì)量的基礎(chǔ)上，去保證循環(huán)水冷卻的流量。因?yàn)檠h(huán)水對(duì)汽輪機(jī)排汽凝結(jié)效果有重要的影響，所以為了汽輪機(jī)保持好的工作效率，一定保證要在循環(huán)水的冷卻流量的同時(shí)，提高循環(huán)水的水質(zhì)。

4.3 優(yōu)化汽輪機(jī)流通性

提高汽輪機(jī)的流通性是電廠汽輪機(jī)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的主要策略之一。在實(shí)際操作中可從多方面提高汽輪機(jī)的流通性，包括葉片、汽封結(jié)構(gòu)、缸體、調(diào)節(jié)級(jí)等。只有這些方面才能得到相應(yīng)的改進(jìn)，這樣才能保證汽輪機(jī)的整體流通性得到一定程度的提高。首先是葉片的改進(jìn)。對(duì)于葉片來說，由于各級(jí)動(dòng)、靜葉片都會(huì)在一定程度上選擇一些比較新穎、高效的變截面扭曲葉片，這可在一定程度上降低二次損失或損耗，從而有效地提高熱效率。此外，將低壓二級(jí)末級(jí)拉筋葉片更換為能自動(dòng)鎖定整圈的長葉片，為其自身安全合理運(yùn)行提供相應(yīng)保障。

二是對(duì)汽封的結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)。在實(shí)際運(yùn)行過程中，應(yīng)將高壓葉片頂部的兩齒平汽封逐漸改為四齒高低齒汽封，以有效減少漏汽造成的損失。在低壓末級(jí)和第二末級(jí)動(dòng)葉頂部增加相應(yīng)汽封的過程中，必須在一定程度上縮短動(dòng)葉頂部的間隔，從根本上減少漏汽，從而有效提高各階段的工作效率，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。對(duì)于缸體的改進(jìn)，在實(shí)際操作過程中，需要對(duì)內(nèi)缸和靜葉擋圈進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)，可有效提高各缸的工作效率，而對(duì)于高壓進(jìn)汽管，要實(shí)施相應(yīng)的密封改造，從根本上增加自身密封圈的數(shù)量，這樣可有效減少漏汽現(xiàn)象，從而有效降低損耗。

4.4 強(qiáng)化人才培養(yǎng)的汽輪機(jī)管理制度

怎樣去強(qiáng)化人才培養(yǎng)的汽輪機(jī)管理制度是一個(gè)非常根本的問題：一方面，首先是針對(duì)發(fā)電廠的工作人員，應(yīng)想辦法提高其工作質(zhì)量。通過定期的專業(yè)培訓(xùn)，從國家、工廠和個(gè)人三方面去說明節(jié)能效益，從而最大程度的提高個(gè)人節(jié)能減排的積極性。加大考核力度，將汽輪機(jī)能耗作為考核指標(biāo)。改進(jìn)發(fā)電廠管理制度，懲罰紀(jì)律松懈、工作不認(rèn)真的員工，指派專人對(duì)現(xiàn)場安全和設(shè)備使用標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查教育，既能提高現(xiàn)場工作人員的自覺性，又能提高設(shè)備的使用壽命，節(jié)約能源，降低能耗；在另一方面，國家應(yīng)加強(qiáng)節(jié)能降耗人才的培養(yǎng)，只有祖國未來的中流砥柱意識(shí)到節(jié)能減排的重要性，國人才能真正的理解節(jié)能減耗的益處，所以應(yīng)把重點(diǎn)放在高校這一領(lǐng)域的人才培養(yǎng)上，這樣將來就可擁有大量節(jié)能降耗的人才，為發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

綜上，節(jié)能降耗是社會(huì)發(fā)展的趨勢，也是企業(yè)工作的發(fā)展方向。企業(yè)自身應(yīng)積極適應(yīng)環(huán)境的變化，并根據(jù)實(shí)際情況采取積極的變革措施，從而降低設(shè)備能耗，提高效率和利潤空間。在實(shí)際運(yùn)行過程中，由于多種原因會(huì)造成汽輪機(jī)能量損失，包括汽缸本身的效率、機(jī)組循環(huán)等，這些問題都會(huì)直接影響運(yùn)行。因此在汽輪機(jī)運(yùn)行節(jié)能降耗的過程中，有必要制定相應(yīng)的改進(jìn)管理內(nèi)容，以降低汽輪機(jī)本身的能耗。