關(guān)于優(yōu)化發(fā)電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行效率的思考

李效奎

中海油東營港有限責(zé)任公司 山東 東營 257299

引言

支持社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的條件之一便是能源，基于當(dāng)前能源緊缺的現(xiàn)實(shí)，實(shí)施節(jié)能降耗無疑更利于推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。在發(fā)電廠中，汽輪機(jī)以水蒸氣為重要工質(zhì)，其工作原理為將熱能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。汽輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中對(duì)水與燃料的消耗極大，因此，在汽輪機(jī)組的具體運(yùn)行過程中，如何節(jié)省水和燃料無疑成為一個(gè)重要的研究課題。研究表明，有效提升汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率可以在一定程度上促進(jìn)電廠節(jié)能增效的發(fā)展。

1 火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的特點(diǎn)

在對(duì)火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組進(jìn)行節(jié)能降耗措施前，需相關(guān)人員明確火力發(fā)電廠汽輪機(jī)的特點(diǎn)和運(yùn)行狀態(tài)，從而為后續(xù)工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。汽輪機(jī)是借助蒸汽熱能完成做功操作的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，可利用沖動(dòng)作用原理和反應(yīng)作用原理保證設(shè)備的正常運(yùn)行，并在設(shè)備運(yùn)行時(shí)還可實(shí)現(xiàn)熱能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，發(fā)揮設(shè)備的功能及作用。在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中，蒸汽會(huì)流動(dòng)到凍液中，形成蒸汽通道的膨脹狀態(tài)，通過膨脹狀態(tài)的不斷加深會(huì)加速蒸汽的流動(dòng)，使得葉片產(chǎn)生一定的抗動(dòng)力，在此作用下，葉輪機(jī)會(huì)不斷旋轉(zhuǎn)，形成完整性的機(jī)械工作。在實(shí)際工作過程中，還需明確火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組的主要特征，從而方便工作人員提出有效的解決措施和節(jié)能降耗的方案，提升火力發(fā)電廠的整體效益。從整體上看，火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組的特點(diǎn)主要分為以下幾方面：首先是高熱效率，由于汽輪機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中，主要是將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能來進(jìn)行日常工作，根據(jù)這一原理可以了解汽輪機(jī)在運(yùn)行過程會(huì)產(chǎn)生較大的熱能量，隨著實(shí)際工作需求的不斷提升這些熱能量在不斷增多，因此對(duì)于汽輪機(jī)組來說高熱效率性能是非常明顯的；其次汽輪機(jī)組的單機(jī)功率較大，在汽輪機(jī)中屬于回旋工作的范疇，在汽輪機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)會(huì)增加功率的消耗量，使得汽輪機(jī)的功率在不斷增加，這在一定程度上使單機(jī)功率在不斷提升。再次，火力發(fā)電廠汽輪機(jī)組使用壽命較長，可最大限度滿足實(shí)際工作需求及工作要求，耐久性也非常好，在實(shí)際使用中能充分考慮到成本方面的因素，選擇較低廉燃料也可進(jìn)行實(shí)際工作，從而實(shí)現(xiàn)整體效益的提升；最后在汽輪機(jī)組運(yùn)行的過程中，穩(wěn)定性特征較明顯，其在運(yùn)行時(shí)故障發(fā)生概率較低，但在實(shí)際工作中還需加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)組的有效維修及管理，通常需在兩年左右進(jìn)行徹底的維修，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)在設(shè)備運(yùn)行過程中所存在的問題，也在一定程度上使設(shè)備的利用率能夠得到有效的提升。

2 發(fā)電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行系統(tǒng)中存在的問題分析

在發(fā)電廠運(yùn)行過程中主要的影響設(shè)備就是汽輪機(jī)組，汽輪機(jī)組需要能量做支持和推動(dòng)，所以對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率進(jìn)行優(yōu)化，會(huì)使整個(gè)發(fā)電廠的運(yùn)行效率和質(zhì)量得到有效提升[1]。發(fā)電廠汽輪機(jī)組的運(yùn)行在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成方面比較復(fù)雜，在實(shí)際的運(yùn)行過程中可能產(chǎn)生的影響因素也很多，這在很大程度上對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率產(chǎn)生了不良的影響，也是運(yùn)行效率難以提升的重要因素之一。在發(fā)電廠汽輪機(jī)組的組成當(dāng)中，機(jī)組的性能、軸封輔助系統(tǒng)以及疏水系統(tǒng)等與運(yùn)行效率有直接的關(guān)系，但是在具體的運(yùn)用過程中還存在一定的問題，尤其是在能量的消耗、資源的損失等方面產(chǎn)生了非常大的影響，以下對(duì)這些問題進(jìn)行具體分析：①發(fā)電廠汽輪機(jī)組本身存在的問題分析。在發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，最常見的問題是高壓缸的排氣量與相關(guān)設(shè)計(jì)并不符合，實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)了數(shù)值偏高的情況，這樣就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過程中消耗出去大量能量，進(jìn)而影響到高壓缸的工作效率，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率和質(zhì)量受到不良的影響。同時(shí)，系統(tǒng)本身在運(yùn)行過程中還存在著運(yùn)行效率低的問題，而這主要是因?yàn)槠啓C(jī)的氣密間隙空間比較大，氣密性的效果會(huì)受到一定的影響，發(fā)電廠的汽輪在這個(gè)過程中出現(xiàn)較為嚴(yán)重的漏氣問題，也會(huì)增加能量的消耗和損失，而當(dāng)實(shí)際運(yùn)行過程中機(jī)械設(shè)備負(fù)荷較高，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定以及效率受到影響。②疏水系統(tǒng)存在的問題分析。發(fā)電廠汽輪機(jī)組自身的構(gòu)建十分的復(fù)雜，這就在很大程度上增加大了系統(tǒng)控制的難度，導(dǎo)致系統(tǒng)在管理方面難點(diǎn)重重。輸水管道的閥門在整個(gè)發(fā)電廠汽輪機(jī)組疏水系統(tǒng)當(dāng)中具有非常重要的作用，但是疏水管道很容易出現(xiàn)泄露，所以在系統(tǒng)運(yùn)行中蒸汽高溫不斷地提升凝汽器就會(huì)出現(xiàn)泄露的情況，這樣不僅不能有效地節(jié)約資源，提高資源的利用效率，還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)在運(yùn)行過程中導(dǎo)致凝汽器的負(fù)荷不斷地加重，導(dǎo)致凝汽器的性能受到不良的影響。在疏水系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，擴(kuò)容器和疏水集管之間會(huì)存在較大的差異，這樣就會(huì)導(dǎo)致連接管發(fā)生破裂的情況。在系統(tǒng)運(yùn)行過程中機(jī)組軸封系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性通常是非常高的，但是該系統(tǒng)在運(yùn)行過程中還存在一定的問題，主要體現(xiàn)在發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)當(dāng)中的軸封系統(tǒng)比較簡單，在運(yùn)行中會(huì)導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)期和停機(jī)時(shí)期的軸封壓力逐漸地降低，進(jìn)而造成高壓軸封氣密性逐漸地降低，大量的蒸汽泄露出來，影響到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的效率和質(zhì)量。而為了防止內(nèi)外漏氣的情況，對(duì)級(jí)與級(jí)之間的內(nèi)漏氣進(jìn)行限制，就設(shè)置了軸封系統(tǒng)，按照軸封系統(tǒng)的運(yùn)行原則及規(guī)律嚴(yán)格執(zhí)行，必然會(huì)提升汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率，還會(huì)在節(jié)能減排上實(shí)現(xiàn)較大的突破。

3 發(fā)電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行效率提升的策略分析

3.1 管控好主蒸汽溫度

①做好汽輪機(jī)管道的保溫工作。如在管道外圍鋪設(shè)保溫層，這樣可以減少溫度外溢，確保汽輪機(jī)中蒸汽溫度的合理性。②降低內(nèi)漏及蒸汽輸送阻力。此項(xiàng)處理的主要目的在于減少蒸汽輸送過程中的額外做功，使蒸汽可以最大限度地運(yùn)輸?shù)狡啓C(jī)設(shè)備當(dāng)中，起到穩(wěn)定作業(yè)溫度的作用。③做好鍋爐內(nèi)燃煤水分的控制。燃煤內(nèi)水分含量過大會(huì)損耗一部分燃煤熱值，結(jié)合以往的作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，將燃煤含水量控制在合理范圍內(nèi)，從而減少燃煤燃燒階段的熱量損耗，提升汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率。

3.2 凝汽器的最佳真空狀態(tài)

在對(duì)火電廠汽輪機(jī)組進(jìn)行節(jié)能降耗時(shí)，需相關(guān)人員加強(qiáng)對(duì)實(shí)際工作的了解及認(rèn)識(shí)，從多方面入手提出有效的解決措施，從而減少不必要的能源消耗。首先在實(shí)際工作過程中需進(jìn)行凝汽器真空狀態(tài)的有效處理。冷凝器屬于汽輪機(jī)的重要組成部分，影響汽輪機(jī)的平穩(wěn)性和安全性，因此要加強(qiáng)對(duì)冷凝器的有效了解，使其能夠處于真空的狀態(tài)中，防止出現(xiàn)不必要的能源消耗。在實(shí)際工作過程中，可通過清洗冷卻面、降低凝汽器的熱負(fù)荷、提升真空系統(tǒng)嚴(yán)密性等多方面來開展日常的工作。①清洗冷卻面。在實(shí)施清洗冷卻面的工作中需進(jìn)行干洗法的實(shí)施，通過比較的方式獲取冷凝器在運(yùn)行后的一些數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)和實(shí)際存在偏差表明冷卻表面存在較大污垢，在大多數(shù)情況下一些冷卻表面的早期結(jié)構(gòu)很容易出現(xiàn)松散的問題，在表面上顯示泥沙淤積的現(xiàn)象，在這一背景下可采用干洗的方法對(duì)冷卻表面進(jìn)行精處理。還可通過酸洗法清洗，利用5%的氨基磺酸作為主要的清洗劑，需根據(jù)實(shí)際運(yùn)行速率加入一定濃度的氫氟酸給實(shí)際工作起到一個(gè)重要的支撐作用[2]。在實(shí)際工作過程中需加入適量滲透劑，嚴(yán)格控制清洗的水溫，使水溫保持在39℃左右，且需對(duì)水流速度進(jìn)行科學(xué)控制，采用循環(huán)沖刷的方法來保證實(shí)際工作的有序?qū)嵤?。②降低凝汽器的熱?fù)荷。在具體實(shí)施工作中，可先將表面加熱器加到凝汽器上部的空間中，這樣可將表面式的加熱器入口位置和水系統(tǒng)進(jìn)行充分連接。表面式的加熱器要和化學(xué)供水系統(tǒng)進(jìn)行緊密的連接，這樣可使能量利用率得到有效提高，降低熱負(fù)荷。在實(shí)際工作過程中，還可將霧化噴頭安裝在凝汽器的后部，通過霧化噴嘴來對(duì)冷凝蒸汽進(jìn)行吸收性換熱，從而使得水能夠形成混合型的凝汽，促進(jìn)凝汽器的熱負(fù)荷能夠得到有效降低。③提升真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。在提升過程中需將監(jiān)控系統(tǒng)保持在一個(gè)范圍中，加強(qiáng)對(duì)真空系統(tǒng)的有效防護(hù)，保證整個(gè)真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。在實(shí)際工作過程中需定期對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行檢查，查看是否存在泄露，如出現(xiàn)泄漏要采取必要措施進(jìn)行解決，這樣才可提升真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。在日常工作過程中需對(duì)噴嘴運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全方位監(jiān)督及觀察，保證噴嘴沒有出現(xiàn)變形現(xiàn)象。還需對(duì)閥門負(fù)壓系統(tǒng)進(jìn)行嚴(yán)格測試和控制，防止在任何狀態(tài)下出現(xiàn)松動(dòng)問題，保證實(shí)際工作效率的提高。

3.3 發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化

經(jīng)過對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的情況來看，通過對(duì)運(yùn)行方式的優(yōu)化可以很好地改變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而提升系統(tǒng)運(yùn)行的效率和質(zhì)量，具體可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中要定期做好清潔工作，主要是對(duì)各級(jí)的壓缸通流部門的葉片進(jìn)行清理，這其中包括對(duì)靜動(dòng)葉片的清理，做好表面污垢的有效處理。在清潔處理方面可以采取水力噴砂的方法，以此來提升清潔處理的效果。在對(duì)冷凝管內(nèi)壁污垢進(jìn)行清理過程中，想要保障清洗的效果可以利用高壓清洗機(jī)。在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中還需要對(duì)各級(jí)壓缸通流部分的軸封問題以及各級(jí)的隔板問題等進(jìn)行處理和優(yōu)化，重要的是可以將其整改為蜂窩式的汽封，這樣的處理效果會(huì)更好。采取這樣有效的方法，可以對(duì)外部的空氣做好隔絕與處理，避免外部空氣直接進(jìn)入到凝結(jié)器中。在處理中采取蜂窩式汽封的方法，是利用合金的蜂窩帶構(gòu)建而成，所以密封性能比較好，還可以起到耐高溫和耐摩擦的效果。

3.4 調(diào)整再熱器減溫水量

在對(duì)再熱器減溫水量進(jìn)行調(diào)整時(shí)，首要任務(wù)便是適當(dāng)減少再熱器減溫水的使用量。結(jié)合目前的設(shè)備使用情況，再熱器的汽溫大都采用以煙氣側(cè)調(diào)節(jié)為主、以減溫水調(diào)節(jié)為輔的方式?；诖祟惽闆r進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可以根據(jù)不同狀態(tài)下燃煤的燃燒情況進(jìn)行調(diào)整，以確保再熱汽溫保持在既定的溫度范圍內(nèi)，從而起到減少減溫水使用總量的作用。

3.5 對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組整體性的優(yōu)化

第一，在效率優(yōu)化上要考慮到機(jī)組的使用性能問題，做好維修與養(yǎng)護(hù)的工作，強(qiáng)化運(yùn)維管理的重要性。首先，要嚴(yán)格地按照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組的操作情況進(jìn)行執(zhí)行，這樣可以很好地降低操作方面的失誤性問題[3]。其次，要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中的加熱管道做好定期地處理工作，最重要的在于減少能源的消耗，提升供熱的效率和質(zhì)量。第二，在發(fā)電廠汽輪機(jī)組的整體運(yùn)行過程中，對(duì)于管道的應(yīng)用也需要做好檢查與維修的工作，最重要的就是要避免管道泄露問題的出現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)于燃料的添加量、速度等都要進(jìn)行科學(xué)的控制。第三，在發(fā)電廠汽輪機(jī)組停止工作和啟動(dòng)工作的過程中，都要對(duì)水蒸氣的溫度問題高度重視，合理地控制水蒸氣的溫度是十分必要。

3.6 加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)組運(yùn)行過程的管理

3.6.1 做好汽輪機(jī)啟動(dòng)環(huán)節(jié)管理工作。根據(jù)操作規(guī)程和制度啟動(dòng)汽輪機(jī)，并且隨時(shí)掌握和了解汽輪機(jī)的啟動(dòng)、沖轉(zhuǎn)等參數(shù)，將主汽壓保持在2.5～3.5MPa范圍內(nèi)，同時(shí)還要保證處于溫度300℃以上，且最高溫度不超過最佳溫度50℃。此外，還要使得凝汽器的真空度不超過60kPa。但是，很多汽輪機(jī)在運(yùn)行中，都無法達(dá)到上述條件的要求，這是普遍存在的現(xiàn)象。有些情況下，真空度會(huì)達(dá)到80～90kPa，汽壓超過2.5～3.5MPa，因此，每一次啟動(dòng)汽輪機(jī)時(shí)，都需要一定的暖機(jī)時(shí)間，這樣就會(huì)導(dǎo)致并網(wǎng)的時(shí)間逐步延長，會(huì)消耗一部分電能而沒有做功，給暖管的運(yùn)行效果帶來不利的影響，誘發(fā)主汽壓增大問題的發(fā)生。基于此，操作人員會(huì)優(yōu)先選擇“開高低旁”的方式，讓主汽壓時(shí)刻處于2.5～3.5Mpa之間，而真空度則為65～70kPa，要想達(dá)到這一要求，最為主要的方法就是做好蒸汽量的控制，以保證汽輪機(jī)暖機(jī)的質(zhì)量與效率，也能夠?qū)⒚洸羁刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，大幅縮短并網(wǎng)時(shí)間，節(jié)能降耗效果明顯。

3.6.2 做好汽輪機(jī)運(yùn)行環(huán)節(jié)管理工作要想保證汽輪機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到要求，操作人員可以選用“定－劃－定”的模式。如果設(shè)備處于低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，為了使得鍋爐內(nèi)燃燒、水循環(huán)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，做好水泵軸臨界轉(zhuǎn)速控制，利用定壓調(diào)節(jié)的方式，通過調(diào)整高負(fù)荷區(qū)域噴嘴以及涌流面積，以確保汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)合格。針對(duì)汽輪機(jī)負(fù)荷中間區(qū)域，一般都會(huì)選擇汽門調(diào)節(jié)方法進(jìn)行控制。這模式使得負(fù)荷發(fā)生變化，確保一次調(diào)試就能夠符合系統(tǒng)運(yùn)行要求，還能夠有效減少流量損失。汽輪機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)行的狀態(tài)，可以適當(dāng)增加主汽壓力與溫度，確保加熱器高校運(yùn)行，還要保證加熱器內(nèi)的水位處于正常的狀態(tài)下，從而可以減少加熱器的工作壓力，讓水溫達(dá)到人們使用的要求，以滿足汽輪機(jī)運(yùn)行的要求，降低能源損耗，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率的全面提升。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文針對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組運(yùn)行問題進(jìn)行了研究，這些常見性的問題對(duì)于發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)的正常運(yùn)行以及運(yùn)行效率的提升等方面產(chǎn)生了非常不利的影響，還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和能源消耗，增加運(yùn)行成本，降低運(yùn)行的效率。因此，在對(duì)發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行效率提升的優(yōu)化方面，應(yīng)該從系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化、凝結(jié)器問題的解決、主汽壓力問題的解決、疏水系統(tǒng)問題的解決方面入手，盡可能高效地解決系統(tǒng)運(yùn)行難度大的問題，確保發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，優(yōu)化發(fā)電廠汽輪機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)行的效率，這對(duì)推動(dòng)我國電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)電力產(chǎn)業(yè)獲取更多的經(jīng)濟(jì)效益等具有非常重要的意義。