鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能及運行管理分析

崔志成

（國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司）

0 引言

鍋爐制造業(yè)隨著我國經(jīng)濟(jì)與工業(yè)的快速發(fā)展也進(jìn)入了鼎盛時期。在此過程中，隨之而產(chǎn)生的環(huán)境與能源問題也日益嚴(yán)重，已成為世界性問題。人類的生活水平受環(huán)境與能源因素所影響，為了保障人類的生活就必須發(fā)展環(huán)保、節(jié)能、污染低的工業(yè)。所以作為工業(yè)污染源之一的鍋爐汽輪機(jī)，企業(yè)應(yīng)該重視降低其運行過程中的能耗與對環(huán)境的污染，并做好設(shè)備運行管理，落實可持續(xù)發(fā)展政策的要求，保護(hù)好我國生態(tài)環(huán)境。為此，企業(yè)需要從鍋爐汽輪機(jī)運行的現(xiàn)存問題出發(fā)，分析問題產(chǎn)生的主因，繼而提出有效的解決辦法，并優(yōu)化設(shè)備運行管理模式，從而最大程度地降低鍋爐汽輪機(jī)的污染性和高能耗性。

1 鍋爐汽輪機(jī)運行現(xiàn)狀

1.1 鍋爐熱效率有待提高

自工業(yè)革命開始，創(chuàng)造了各種類型與用途的機(jī)械設(shè)備并運用在各行各業(yè)中，促進(jìn)行業(yè)與產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，但同時機(jī)械設(shè)備的通病，如消耗能源極高，排放物會污染環(huán)境等問題也逐漸顯露出來。鍋爐汽輪機(jī)作為工業(yè)與電力領(lǐng)域常見的設(shè)備，其高能耗、高污染性一直是阻礙我國工業(yè)與電力行業(yè)深入發(fā)展的原因之一。目前，行業(yè)內(nèi)普遍使用的是小容量鍋爐汽輪機(jī)，它的缺點是容量偏小導(dǎo)致燃燒不充分，沒有達(dá)到良好的熱效率，使得排放的煙霧中仍含有較高的熱量，熱量利用率過低。而大容量的鍋爐汽輪機(jī)也同樣存在燃料燃燒不充分的問題，主要原因是由于其運作載荷偏低造成能源浪費。

1.2 自動化程度不高

隨著我國科技水平的提升，設(shè)備自動化已成為工業(yè)設(shè)備迭代發(fā)展的新方向，也為工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效能的進(jìn)一步提升提供了重要的支撐。從現(xiàn)狀看，我國鍋爐汽輪機(jī)的自動化程度仍相對滯后，設(shè)備沒有安裝相應(yīng)的運行監(jiān)測裝置，造成設(shè)備的實時運行狀態(tài)數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確地、及時地反饋給操作人員，導(dǎo)致操作人員不能適時地調(diào)整設(shè)備運行狀態(tài)。另外，設(shè)備電機(jī)的運作能力不能完全發(fā)揮，也是能源被浪費的原因之一。

1.3 對環(huán)境具有高污染性

煙霧是鍋爐汽輪機(jī)燃燒運行過程中的主要排放物。當(dāng)前，層燃模式是鍋爐汽輪機(jī)燃燒的主要形式，該形式的燃燒效率低下，無法充分燃燒燃料，導(dǎo)致煙霧中帶有高濃度的二氧化碳等污染環(huán)境的危害氣體。同時，以煤炭作為燃料的鍋爐汽輪機(jī)，會在燃燒過程中產(chǎn)生二氧化硫、二氧化碳等污染氣體，并隨煙霧排放到環(huán)境中造成環(huán)境污染。

2 鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能及運行管理的必要性

鍋爐汽輪機(jī)運作功率強(qiáng)大，具有高效的能源轉(zhuǎn)換能力，同時使用期限較長，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)與電力領(lǐng)域，但同時，它也受各種因素影響而使得能源有效利用率一直偏低。隨著社會的發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性越來越明確，全球都十分注重對生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)、保護(hù)與減少污染物排放，特別是減少能源消耗這方面更是世界各國重點研究的課題。因此，節(jié)能成為世界各國保護(hù)環(huán)境，減少污染，降低能源消耗的重要手段。為了解決鍋爐汽輪機(jī)高能耗，高污染性的缺點，企業(yè)必須重視對其節(jié)能降耗與設(shè)備運行管理方面的方法研究，可以從結(jié)構(gòu)優(yōu)化、日常管理、強(qiáng)化運行穩(wěn)定性與提高運行安全等多個層面，多措并舉地進(jìn)行設(shè)備節(jié)能與運作管理，從而達(dá)到減污增效，提高經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

3 鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能措施

3.1 優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)與運行方式

第一，改良鍋爐汽輪機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)。通過改良鍋爐爐拱結(jié)構(gòu)的尺寸與形狀，可以讓鍋爐的容量變得更大，有效地解決鍋爐配風(fēng)不合理和煤炭泄露等運行缺陷，從而滿足設(shè)備節(jié)能的要求。另外，提高鍋爐保溫能力，減少熱量散失也是節(jié)能的關(guān)鍵措施，因此在制作鍋爐汽輪機(jī)時應(yīng)用石棉材料，可以提高鍋爐的保溫能力，減少熱能散失，讓熱能得到充分的利用。對汽輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)改造，可以通過提高高壓缸運行平滑度或者避免低壓缸疲勞現(xiàn)象，實現(xiàn)設(shè)備的節(jié)能要求。若是葉片型汽輪機(jī)組，則主要考慮對葉片進(jìn)行改良，如動葉型汽輪機(jī)組可以通過強(qiáng)化動葉片的牢固度，提高動力強(qiáng)度，又或者對隔板氣軸間的縫隙進(jìn)行擴(kuò)大，實現(xiàn)降耗的效果。若是靜葉型汽輪機(jī)則可以拆除靜葉片中的加強(qiáng)筋，減少其運行阻力，實現(xiàn)節(jié)能目的［1］。

第二，優(yōu)化鍋爐汽輪機(jī)的運行方式。關(guān)于鍋爐汽輪機(jī)的節(jié)能舉措，不僅要對設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行改良，還需要結(jié)合運行方式的調(diào)整，才能達(dá)到理想的效果。首先可以通過優(yōu)化進(jìn)風(fēng)與出風(fēng)方式，充分利用煙霧的余熱與層燃模式的特點，讓燃料可以完全燃燒，達(dá)到最大化利用能源的目的。其次，利用變頻技術(shù)控制煤量和風(fēng)量，提高煤炭的使用率。還有是調(diào)整循環(huán)水泵運行方式，通過調(diào)整機(jī)組負(fù)荷實現(xiàn)降耗增效的效果。循環(huán)水泵運作過程中，機(jī)組作用力隨循環(huán)水量的增大而增大，隨之能耗也增大。因此企業(yè)在設(shè)備的實際運作過程中，要調(diào)節(jié)設(shè)備載荷，讓機(jī)組作用力始終維持在適宜的水平，將機(jī)組作用力增值與循環(huán)水量增值之間的差維持在最大的水平，從而有效控制機(jī)組的能耗。另外，加熱器的水位也直接影響水的溫度，要減少熱量的散失，實現(xiàn)能源的有效利用，就必須將端差保持在最低值。因此，為加熱器增添溫度傳感功能以及溫度控制功能，可以滿足以上要求。傳感器應(yīng)與PLC控制器連通，然后由傳感器探測不同水位的溫度，通過PLC控制加熱器對水進(jìn)行加溫，從而保證端差值處于最小值，實現(xiàn)降耗的目標(biāo)。最后是優(yōu)化抽氣設(shè)備的運行方式，每當(dāng)夏季環(huán)境溫度較高時，都會造成設(shè)備的運行效率下降，能源消耗劇增。因此應(yīng)該利用冷卻水極低溫度的特點，冷卻抽氣設(shè)備的液體溫度以及通過空調(diào)降溫降低環(huán)境溫度［2］。

3.2 綜合利用各種節(jié)能技術(shù)

制造鍋爐汽輪機(jī)以及其運作過程中，可以綜合利用多種節(jié)能技術(shù)，讓鍋爐汽輪機(jī)更加節(jié)能。例如多齒蜂窩狀汽封技術(shù)是制造過程中的節(jié)能技術(shù)，它可以提升鍋爐的流通性，減少阻力影響，強(qiáng)化機(jī)組運行效率。又比如鍋爐干冰清洗技術(shù)和水處理技術(shù)，則是設(shè)備運作過程中的節(jié)能技術(shù)。干冰清洗技術(shù)利用干冰低溫收縮的特性，對設(shè)備中的煤殘留物與油污進(jìn)行清洗。而鍋爐水處理技術(shù)則是對能源的再利用，將廢熱中的能量重新用回設(shè)備的運作中，達(dá)到降低能耗的效果。

4 鍋爐汽輪機(jī)良好運行管理的要點

4.1 做好汽輪機(jī)組運行關(guān)鍵點的控制

首先，控制好汽輪機(jī)組的給水溫度非常重要，還要定期維護(hù)加熱器，確保各部件良好的密封性能，保障其性能滿足鍋爐汽輪機(jī)的運行要求，讓鍋爐的換熱和傳熱過程能高效進(jìn)行。其次，要及時修補(bǔ)高加筋管的滲漏點，如滲漏嚴(yán)重必須更換。另外還要避免過厚的水垢影響高加筋管的換熱效率，因此需要定期用噴射法或者化學(xué)劑清除水垢。最后是確保凝結(jié)器的真空性能，保障設(shè)備的工作效率和減少煤炭的使用量。通過定期檢修工作，保證凝結(jié)器的真空性能符合設(shè)備的運行要求，并且定期清洗凝結(jié)器里的水垢，防止換熱效能被沉積的水垢影響。

4.2 強(qiáng)化日常設(shè)備管理

鍋爐汽輪機(jī)的使用應(yīng)該由專業(yè)人員專職負(fù)責(zé)，例如機(jī)組的啟動與停機(jī)操作，此過程中如果出現(xiàn)緊急停機(jī)，極易造成設(shè)備故障。鍋爐的溫度在啟動后會逐漸上升，而隨后的機(jī)組并網(wǎng)過程則會耗費較長的時間和消耗較大的能源。所以為了降低耗能，啟動人員在不影響設(shè)備安全運行的狀況下，應(yīng)該降低啟動的時間。首先，設(shè)置壓力值為4MPa的旁壓并打開，然后手動方式開啟真空破門，將真空度維持在-60～-50kPa之間，這樣既可以加快啟動的速度，增大蒸汽輸出量，也可以降低啟動過程中能源的消耗。當(dāng)設(shè)備停機(jī)操作時，應(yīng)采用滑動參數(shù)停機(jī)模式，這樣既可以降低鍋爐汽輪機(jī)的溫度，也可以充分利用余熱，實現(xiàn)節(jié)能的效果。其次是設(shè)備停機(jī)后，對設(shè)備部件、凝結(jié)器等進(jìn)行檢修，對灌水漏水、真空密封性等問題進(jìn)行檢查確認(rèn)，保證設(shè)備能安全運作。最后是拓展日常設(shè)備管理范圍，如將閥門內(nèi)漏作為日常檢修點。每次設(shè)備啟動前應(yīng)該檢查疏水閥門的密封性，確保狀態(tài)良好［3］。

4.3 結(jié)合實際情況進(jìn)行運行管理

對鍋爐汽輪機(jī)的運行管理，可以參考鋼爐汽輪機(jī)，從而獲得科學(xué)有效的改造升級方法，實現(xiàn)能源的最大化利用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。例如鍋爐汽輪機(jī)的凝結(jié)器是機(jī)組的重要部件，它支撐著設(shè)備的正常運作。針對該部件的改進(jìn)，可以從端差和真空度等方面進(jìn)行，同時強(qiáng)化對其的監(jiān)控，這樣既可以降低汽輪機(jī)組的大修概率，也保證設(shè)備的高效運作，為節(jié)能和降耗提供有力的支持。又如汽輪機(jī)的汽封系統(tǒng)，它的主要作用是為了防止蒸汽沿軸線滲出，導(dǎo)致軸承底座的油混入水分，影響了油的性質(zhì)，以及避免蒸汽外露對環(huán)境和其他設(shè)備造成影響，因此該系統(tǒng)可以保障汽輪機(jī)的能源利用率。除此以外，汽輪機(jī)的工作效率正比于機(jī)組的氣流流動性，氣流量隨流動面積的增大而增大，因此對葉片或隔板上的污垢進(jìn)行噴砂清除，可以改善機(jī)組的氣流通過性，從而提高設(shè)備的效率，降低耗能。

4.4 健全相關(guān)管理制度

完善的制度可以有效地對操作人員的操作進(jìn)行約束，因此企業(yè)要制定健全的鍋爐汽輪機(jī)運行管理制度，保障設(shè)備持續(xù)處于良好的運行狀態(tài)。企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身情況和設(shè)備情況，制定與落實責(zé)任制，明確各相關(guān)人員的具體責(zé)任。同時提高人員培訓(xùn)的投入，強(qiáng)化人員對設(shè)備性能、參數(shù)以及日常管理關(guān)鍵點的掌握能力，為鍋爐汽輪機(jī)持續(xù)、高效的運作奠定強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。另一方面，連帶責(zé)任制也是相關(guān)管理制度的重要組成部分。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)問題時，不僅操作人員需要承擔(dān)責(zé)任，各級領(lǐng)導(dǎo)也需承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。建立全面的鍋爐汽輪機(jī)運行管理制度，才能保證設(shè)備的正常運作，滿足節(jié)能、降耗的要求。

4.5 持續(xù)優(yōu)化節(jié)能技術(shù)

除了完善的運行管理制度，相應(yīng)的技術(shù)管理與技術(shù)對鍋爐汽輪機(jī)的節(jié)能與運作管理也十分重要。質(zhì)量監(jiān)督管理部門要主動引入節(jié)能技術(shù)和裝備，為提高鍋爐汽輪機(jī)效能和能源利用率提供技術(shù)上的支持。例如針對鍋爐汽輪機(jī)運行過程熱量散失的問題，可以通過安裝余熱回收裝置，實現(xiàn)對煙霧熱量的再利用，降低排放煙氣的溫度，提升設(shè)備的工作效率以及提高節(jié)能效果。工藝設(shè)計技術(shù)和日常運行參數(shù)調(diào)整是鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能技術(shù)的兩大方面。對于工藝設(shè)計，應(yīng)該選擇科學(xué)、適宜的工藝，從而減少能源的消耗。還有，借助鍋爐汽輪機(jī)廢水處理技術(shù)，對設(shè)備產(chǎn)運行中產(chǎn)生的大量冷凝水進(jìn)行處理，也同樣可以實現(xiàn)能源消耗減少的效果。至于調(diào)整運行參數(shù)，實質(zhì)就是找出鍋爐溫度、壓力、膛負(fù)壓等的平衡點，并將這些參數(shù)維持在標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，保證設(shè)備的端差、真空度等指標(biāo)均達(dá)到理想的狀態(tài)，從而減少能量的散失。

4.6 借助政策促進(jìn)節(jié)能降耗目標(biāo)的達(dá)成

政策對于鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能目標(biāo)的實現(xiàn)也有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)前，絕大部分鍋爐企業(yè)仍然是被動地進(jìn)行節(jié)能增效的工作。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排號召，落實可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略大計，同時為企業(yè)發(fā)展打開新的局面，鍋爐行業(yè)需要盡快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，以行業(yè)發(fā)展重點為切入點，促進(jìn)行業(yè)朝節(jié)能環(huán)保方向轉(zhuǎn)變。另一方面，在鍋爐汽輪機(jī)運作中，要以節(jié)能為核心，以可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略為方向，努力改進(jìn)設(shè)備并完善相關(guān)管理制度。同時還要在節(jié)能減排指標(biāo)體系與聯(lián)動發(fā)展機(jī)制的共同作用下，聚集社會力量，發(fā)揮企業(yè)節(jié)能增效的主體作用，促進(jìn)群眾的節(jié)能意識的提高。另外，政府部門要鼓勵企業(yè)實施節(jié)能舉措，并為企業(yè)提供相關(guān)工作培訓(xùn)與人才培養(yǎng)的機(jī)會，促進(jìn)企業(yè)在該方面的專業(yè)能力提升。

5 結(jié)束語

鍋爐汽輪機(jī)是工業(yè)與電力領(lǐng)域常見且重要的機(jī)械設(shè)備，但其能耗高、污染大的弊端也違背了當(dāng)前國家節(jié)能減排、保護(hù)生態(tài)以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等方面的要求，嚴(yán)重影響了行業(yè)的發(fā)展。為了實現(xiàn)鍋爐汽輪機(jī)節(jié)能增效的目標(biāo)，企業(yè)應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際企業(yè)狀況和設(shè)備狀態(tài)，通過科學(xué)手段與技術(shù)，優(yōu)化鍋爐汽輪機(jī)的構(gòu)造與運行方式，并綜合多種節(jié)能技術(shù)進(jìn)行日常設(shè)備管理，讓鍋爐汽輪機(jī)保持良好的設(shè)備狀態(tài)，從而提升能源利用率，減少危害氣體的排放，提高設(shè)備工作的效率，進(jìn)而更好地推動工業(yè)和電力行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，滿足國家節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求。