集控運行汽輪機運行優(yōu)化措施分析

劉志鵬

（國網(wǎng)能源哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

1 火電廠集控運行綠色生產(chǎn)要求

為了引導(dǎo)火力發(fā)電企業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展，國家制定了“大增小”的方針，明確了火力發(fā)電企業(yè)的節(jié)能減排目標(biāo)。“十三五”期間，我國的火電廠在節(jié)約能源上已取得了一些成績，見表1。

表1 火電廠“十三五”節(jié)能成果

由表1可知，火電廠在節(jié)約能源方面還有很大的空間。為了提高火力發(fā)電廠的能源利用率和節(jié)能降耗，技術(shù)人員要加大對集控運行運行的有關(guān)技術(shù)研究，深入分析其各個環(huán)節(jié)，探索高能耗環(huán)節(jié)，分析高能耗的原因，介紹相關(guān)節(jié)能降耗技術(shù)，提高能耗。

2 集控運行汽輪機分析

火力發(fā)電廠集控運行的汽輪機可以分為脈沖型和反向型兩種。在脈沖裝置中，由于大量的水蒸氣進入氣流通道，產(chǎn)生了驅(qū)動動力，帶動葉片的轉(zhuǎn)動。蒸氣膨脹后，葉片的轉(zhuǎn)速會增加，整個機組的運轉(zhuǎn)速率也會隨之增加。該裝置在運轉(zhuǎn)過程中會產(chǎn)生大量的水蒸氣，從而在氣流中產(chǎn)生葉片反應(yīng)，加快葉片的轉(zhuǎn)動，提高機組的工作效率。汽輪機口內(nèi)的水蒸氣是一種膨脹的過程，其流動方向是連續(xù)的，它會直接影響葉片的轉(zhuǎn)速和整個機組的運轉(zhuǎn)。

3 電廠集控運行汽輪機運行存在的問題

3.1 汽輪機的蒸汽分配方式對能耗有很大影響

當(dāng)前，汽輪機的配汽方式多為復(fù)合，為了確保機組的高效運轉(zhuǎn)，在各個階段都要采取不同的方法。在高負載時，采用連續(xù)閥作為動力源，其工作效率比較高。在汽輪機起動和低載工況下，汽輪機的工作方式多為單閥。但是，在機組啟動、低負載時，其工作效率比較低下，且能量損耗比較大。

3.2 汽輪機組運行能耗過大

在計算機操作過程中，各個機組的性能都會對整個機組的運行效率產(chǎn)生一定的影響。從目前的情況來看，某些電站的機組存在很大的問題。如循環(huán)水泵在使用中存在的能耗高、壓力不足等問題，使其無法充分發(fā)揮其應(yīng)有的功能。再比如，在給水泵裝置的運行中，經(jīng)常會出現(xiàn)不能精確地給水的問題。另外，建立的供水方式也不夠理想，不僅會造成能耗的增加，而且會造成能源的浪費。

3.3 裂縫泄漏

在集控運行的操作管理模式下，各裝置的工作看似有序，而像汽輪機這樣的水力裝置卻始終承受著很大的外壓和振動。另外，渦輪機的澆鑄材料為鑄鐵，所以，鑄造技術(shù)不能精確地檢測出全部的鑄件缺陷。在此基礎(chǔ)上，汽輪機外殼在滿載過程中會逐漸產(chǎn)生砂眼滲漏、裂縫滲漏，從而使整個機組的性能不斷降低，甚至徹底報廢。

4 集控運行汽輪機節(jié)能降耗的具體技術(shù)措施

4.1 減少汽輪機排熱損失

在降低燃煤機組排氣溫度時，需要從以下幾個方面進行考慮：（1）一次風(fēng)量的調(diào)節(jié)能使燃燒曲線得到最優(yōu)化，保證在磨煤機正常運轉(zhuǎn)時保持較低的風(fēng)量，從而進一步減小其燃燒阻力。（2）有效地減小汽輪機燃燒系統(tǒng)的漏風(fēng)，保證汽輪機的底部密封，并能有效地減小汽輪機底部的空氣泄漏，并對進口進行密封，保證在任何時候都能關(guān)閉。在汽輪機主體上有太多的開孔，盡量減小漏風(fēng)。（3）工作人員應(yīng)依據(jù)現(xiàn)場條件，適當(dāng)調(diào)節(jié)含氧量的設(shè)計值，以確保過量空氣系數(shù)。（4）通過在加熱表面上強化除塵操作，會使熱傳遞效率下降，因為在受熱表面上積累了大量的煙塵，從而使排氣溫度進一步升高，能源損耗增大。所以，為了保證其優(yōu)良的換熱效果，工人必須定期吹灰。

4.2 減少再熱器的熱水消耗量

現(xiàn)熱井正常補水方式是：啟動補水泵或輸送泵將凝結(jié)水儲水箱除鹽水輸送至熱井，補水泵及輸送泵一天的啟停次數(shù)達到10次，節(jié)能性差，也加劇了設(shè)備磨損，降低設(shè)備使用周期及加劇設(shè)備備件損耗。現(xiàn)改造構(gòu)思是：利用除鹽水罐液位與熱井的高度差（10m），將除鹽水補水管道改造直接連接在補水泵及輸送泵出口母管，在改造上安裝截止閥與逆止閥實現(xiàn)壓差補水；能持續(xù)為熱井提供0.09MPa的壓力水源；此項改造后，熱井能持續(xù)提供補水，通過原管道調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)熱井液位，補水水量最大可提高至50t/h，完全滿足機組正常情況下的熱井補水量，減少補水泵（59A）、輸送泵(96A)的啟動頻次，具有節(jié)能降耗、熱井液位穩(wěn)定（見表2）。具有節(jié)能降耗，提質(zhì)增效、減少設(shè)備磨損，降低設(shè)備維護周期、減少備件使用率，節(jié)省檢修資源、不影響原系統(tǒng)運行的特點，具備推廣性。投入改造后的補水管路，在正常運行中，不用啟動補水泵即可滿足熱井補水需求，且熱井水位變化擾動明顯降低，水位波動性更小，投入改造后的補水管路，并不影響系統(tǒng)正常運行，也不影響緊急啟動補水泵、輸送泵進行大量補水，減少人為操作，產(chǎn)生經(jīng)濟效益一天約為268元，一年9.8萬元，雙機改造后，一年產(chǎn)生經(jīng)濟效益為19.6萬元（不包含設(shè)備檢修備件、油脂更換、人工等費用）。

表2 工作水溫對排汽壓力和機組功率的影響

4.3 加強汽輪機燃燒調(diào)整

為了進一步提高汽輪機燃燒效率，工作人員需要做以下工作：（1）設(shè)定科學(xué)合理的過?？諝庀禂?shù)，以改善燃燒模式及實際工況。比如，通過改進分配，可以保證過剩的空氣系數(shù)是合理的。若系數(shù)過高或過低，會使汽輪機的燃燒效率大幅下降。（2）要對燃燒費用進行合理的控制，采取科學(xué)、完善的煤種混合燃燒模式，并按煤的熱值進行調(diào)節(jié)。然而，在節(jié)省燃油費用時，應(yīng)從保證汽輪機燃燒的安全性和穩(wěn)定性出發(fā)，從保證汽輪機運行的安全性和穩(wěn)定性出發(fā)，以減少燃燒費用。（3）員工應(yīng)該加強對設(shè)備的保養(yǎng)，以降低燃料消耗量。（4）在實際運行中，為了避免因燃料狀況不理想而需要加油的情況，必須按照煤種的燃燒狀況和煤種狀況來進行分配。（5）對油箱進行改造，尤其是對大容量油槍進行改造，并將其更名為小型油槍。

5 集控運行中汽輪機運行的優(yōu)化措施

5.1 優(yōu)化汽輪機啟停組織

現(xiàn)在，大部分的普通汽輪機都是600MW。該渦輪采用與中壓氣缸共同起動的方法。下面是幾個蒸發(fā)器的起動步驟：在起動前，有關(guān)人員要認(rèn)真地做好充分的準(zhǔn)備工作，包括全面、系統(tǒng)地檢查和試驗潤滑系統(tǒng)，保證潤滑系統(tǒng)的密封，了解潤滑油的含量，保證其含水量不少于最少的一頁，以及由冷凝器的循環(huán)水。在使用過程中，若發(fā)現(xiàn)汽輪機的壓力和溫度有顯著上升，有關(guān)工作人員要立即開啟備用旁通。在實際的高壓缸啟動時，往往會發(fā)生溫升。在高溫下，透平的壽命會隨著溫度的升高而減少。為防止這一現(xiàn)象，減少汽輪機的使用壽命，必須采用以下最優(yōu)的方法：首先，在啟動時設(shè)定適當(dāng)?shù)臒釟鈮毫Γ话悴淮笥?.5MPa；其次，一定要保證渦輪增壓氣缸的排氣閥門總是處于開啟狀態(tài)；在此基礎(chǔ)上，汽輪機的壓力缸應(yīng)該盡量增大。通過采取上述措施，可以有效地改善汽輪機高壓缸的排氣溫度，提高其工作效率。在渦輪機組停機后，機組的大多數(shù)零件會逐步由運行向非運行，或者由動態(tài)向靜止過渡。汽輪機進汽量由高峰逐步降至零，部分主進汽閥會自動關(guān)閉，其他汽缸也會慢慢地從工作溫度下降。一般情況下，渦輪機可分成兩種，一種是滑動式參數(shù)透平，另一種是標(biāo)稱參數(shù)透平機。通常，有關(guān)人員都會選擇第一種渦輪，因為它有許多優(yōu)勢。采用該型式汽輪機，不僅可以有效地減少熱量，而且可以提高機組的工作效率，而且還可以利用汽輪機的預(yù)熱作用來實現(xiàn)發(fā)電，從而提高機組的利用率。

5.2 裝置的最佳運行

（1）機組運行背壓。運行背壓的高低是空冷機組經(jīng)濟安全運行的關(guān)鍵所在，運行背壓的變化直接影響整個機組的安全和經(jīng)濟生產(chǎn)。根據(jù)背壓的變化，背壓在基準(zhǔn)值基礎(chǔ)上增加時，機組的熱耗率和發(fā)電煤耗均為正向增加，反之，則為下降；機組背壓進一步運行優(yōu)化運行方式，可有效機組發(fā)電煤耗。而背壓值作為影響機組正常運行中的最大得影響參數(shù)，根據(jù)300MW直接空冷機組的運行歷史數(shù)據(jù)，火電機組參數(shù)變化對供電煤耗的影響；機組的運行背壓每變化lkPa約影響供電煤耗2.529/kW·h。所有控制機組背壓在合理區(qū)間范圍內(nèi)能有效提高機組經(jīng)濟性，降低機組煤耗。

通過研究冷端系統(tǒng)的冷凝特性，分析引起機組背壓值變化的主要因素，選擇合適的背壓；冬季對空冷防凍系統(tǒng)邏輯進行優(yōu)化，通過整體優(yōu)化系統(tǒng)，經(jīng)過機組背壓優(yōu)化控制2020年1～11月，背壓累計值為11.41kPa，同比下降0.75kPa，1～11月發(fā)電量為26.5億kWh，節(jié)約煤量4969t煤，折算節(jié)約資金約134.16萬元。

（2）汽輪機冷卻液系統(tǒng)的優(yōu)化。在渦輪冷卻液系統(tǒng)中，一般存在排氣口的流量控制薄弱和渦輪運轉(zhuǎn)時的阻力不穩(wěn)定等問題。造成這種現(xiàn)象的主要原因是：冷卻水調(diào)節(jié)閥的開口量過小，造成了高的阻力，增大了渦輪的能量消耗，同時也帶來了一些安全隱患。通過調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速、開啟閥門、控制流量、減小揚程等方法，可以有效地解決以上問題。

（3）優(yōu)化水泵。實施低負荷單臺給水泵運行方式，通過設(shè)定單臺給水泵運行邏輯方案，提高單臺給水泵的運行安全可靠性，項目的實施于8月15日開展，將工程師站給水泵邏輯模塊新增單臺給水泵邏輯，在DCS畫面新增單臺給水泵運行模塊點擊按鈕。項目于從08月16日開始正式實施，并組織各個值學(xué)習(xí)《低負荷運行技術(shù)措施》后開展實展低負荷單臺給水泵運行。

實施的效果對比如下：

當(dāng)負荷145MW時，2臺給水泵運行，給水泵電流平均值總和約520A,1小時耗電為：1.732×520×6×0.916=4949kW/h。

當(dāng)負荷145MW時，單臺給水泵運行，給水泵電流平均值330A，1h耗電為：1.732×330×6×0.916=3141kW/h。1臺給水泵與2臺給水泵運行比較：1h電量節(jié)約1808kW·h。

2017年8月16日～9月30日，共計45天；1#機實施低負荷單臺給水泵運行方案。單泵運行周期時間共計426.5h。平均一天低負荷單臺給水泵運行時間為9.5h。由于本年度執(zhí)行單臺給水泵周期時間短（45天）共計節(jié)約電量：39.87萬kW·h。也就意味著這45天上網(wǎng)電量也就多增加39.87萬kW·h。經(jīng)測算，維持單臺給水泵耗電率可以降低約0.6左右，按上網(wǎng)電價及電泵自用電計算一度電約0.32元/kW·h，單臺給水泵45天節(jié)約金額12.76萬元。如果2臺機組均在低負荷運行階段實施低負荷單臺給水泵運行，預(yù)計2臺機在低負荷區(qū)域（一天低負荷運行8h），低負荷單臺給水泵運行節(jié)約資金17.95萬元，全年可利用月數(shù)為5個月，全年可節(jié)約資金約90萬元。

6 結(jié)語

隨著社會的進步，人們對能源的需求也越來越大。電廠是我國目前最主要的能源基地，必須持續(xù)地提高其發(fā)電效率和發(fā)電容量。盡管在汽輪機實際應(yīng)用中仍有許多問題，但若能有效地進行解決，將會大大延長汽輪機的壽命，降低機組的運行事故，也能提高汽輪機的發(fā)電效能，增加經(jīng)濟效益。同時，也能有效地緩解我國目前的供電問題，推動社會和經(jīng)濟的發(fā)展。