發(fā)電廠汽輪機組的節(jié)能降耗技術分析

華能國際電力股份有限公司濟寧電廠 王偉峰

對于火電廠而言，汽輪機組是將熱能轉化為機械能與電能的關鍵設備，其運轉效率與火電廠整體能源利用率、發(fā)電率之間存在直接聯(lián)系。受火電汽輪機組使用時間較長、運維管理不到位等因素的影響，機組在運轉過程中可能會出現(xiàn)凝汽器真空度下降、汽封間隙增加等問題。上述問題的存在會提高機組運轉的能耗，降低機組運轉經(jīng)濟性。結合汽輪機組運轉情況應用針對性的節(jié)能降耗技術，成為提高汽輪機組運轉效率、滿足社會發(fā)展需要的必然舉措。

某300MW 火電廠共有兩臺哈汽公司生產(chǎn)的熱電聯(lián)產(chǎn)型CN250/300-16.7/538/538.04汽輪機組，機組具體參數(shù)如下：額定功率30×104kW、主汽額定溫度538℃、額定再熱汽門前溫度538℃、主汽額定壓力16.7MPa、再熱額定壓力3.244MPa、額定采暖抽熱量500t/h、最大采暖抽汽量550t/h、工作轉速3000r/min、熱耗7843kJ/kWh、加熱器等級8。在長時間的運轉過程中，汽輪機組運轉效率有所下降，無法滿足當前火電廠的發(fā)電需求，需要采用合適的節(jié)能降耗技術，切實解決上述問題。

1 導致汽輪機組運轉能耗上漲的主要影響因素

1.1 凝汽器真空性不足

在汽輪機組運轉過程中，若機組內(nèi)的排氣冷卻成冷凝水，那么受H2O 比容急劇縮小的影響，冷凝器內(nèi)會出現(xiàn)真空現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的存在是保證汽輪機組完成正常動力循環(huán)的必要條件。但需要注意的是，受冷凝器內(nèi)存在真空現(xiàn)象的影響，外界的空氣極易通過冷凝器的漏點處流入冷凝器內(nèi)部，新流入的空氣與其中不凝結的氣體產(chǎn)量的增長會使冷凝器內(nèi)的壓力值有所升高、真空度有所下降，在減少汽輪機組內(nèi)的有效熵的基礎上，致使機組循環(huán)效率大幅度降低。通過實踐研究可以發(fā)現(xiàn)在額定負荷下，汽輪機組內(nèi)冷凝器的真空度每下降1000帕機組的熱耗將增長70kJ/（kWh），熱效率降低1%左右[1]。

1.2 汽封間隙的增加

汽封間隙會對汽輪機的內(nèi)效率產(chǎn)生直接的影響，通過調查了解到，汽輪機組汽封間隙每增加0.05mm汽輪機組的級效率將下降0.4%～0.6%。參照上述關系，可用公式Δδs=0.5/（0.05（ηoi-ηoi'））表示汽輪機組級效率與汽封間隙之間的關系，式中：ηoi指的是應達到的效率，ηoi'指的是實測的效率。同時，結合汽輪機的運轉原理可了解到汽輪機效率公式為：ηoi=（h1-h2）/（h1-h2t），式中：h1指的是入口處的蒸汽焓；h2指的是出口處的蒸汽焓；h2t指的是出口處的理想蒸汽焓。通過聯(lián)立公式的方式可求出汽封間隙變化值對汽輪機運轉效率產(chǎn)生的影響。在保證機組安全運行的前提下，可通過調整汽封間隙的方式提高機組的運轉效率。

2 節(jié)能降耗技術在某火電廠的應用方法

2.1 提高冷凝器的真空性

2.1.1 真空系統(tǒng)的優(yōu)化方案對于火電廠汽輪機組來說，其真空系統(tǒng)主要由閥門、管道連接進接口、連接設備等部件共同組成，系統(tǒng)的嚴密性與汽輪機組熱效率之間存在著直接的聯(lián)系?，F(xiàn)階段為保證機組真空系統(tǒng)的嚴密性，降低漏氣問題的出現(xiàn)概率，可從以下幾方面開展系統(tǒng)的節(jié)能降耗優(yōu)化工作。

應保證系統(tǒng)法蘭密封面不存在接觸不良問題。具體來說，在開展汽輪機組法蘭件連接工作時，工作人員應仔細檢查接觸面是否密封良好，若檢查過程中發(fā)現(xiàn)接觸面接觸不良，則需要通過對其進行對研、研刮等處理的方式提高接觸面的平整度。同時，為避免外界空氣從法蘭接觸面間的縫隙流入系統(tǒng)內(nèi)，工作人員需要在法蘭接觸面間加裝膠墊，在此過程中應避免膠墊存在老化、變形等問題。

在連接系統(tǒng)時應盡量利用焊接代替管頭連接。具體來說，該火電廠汽輪機組在過去安裝過程中，為降低小管徑管道的拆卸難度，多采用管接接頭將管道連接到一起，這種連接方式在一定程度上使系統(tǒng)整體的漏點有所增加?，F(xiàn)階段在開展汽輪機組結構優(yōu)化工作時，工作人員結合管道的走向通過盡量利用焊接的方式提升管道連接工作的緊密性。同時，對于必須利用管接的管道，工作人員采用了球形接頭的管接頭對其進行連接處理，并且在管道連接后對接頭處的密封性進行了檢查。

由于熱工儀表節(jié)點部位較為隱蔽，容易出現(xiàn)漏點問題，影響汽輪機組的真空性，因此在開展汽輪機組節(jié)能降耗改造工作時，工作人員通過逐一檢查熱工儀表連接點、并在試抽真空時對接點處的真空性進行逐個排查的方式，提高了本次節(jié)能減排改造工作的可靠性。

為保證汽輪機組在后續(xù)運轉過程中有足夠的優(yōu)化改造空間，該火電廠在安裝兩臺汽輪機組時為其布置了一些設備備用口。在火電機組運轉過程中，若存在備用口未曾關閉緊密的情況，將會影響機組的正常運轉。現(xiàn)階段為切實解決上述問題，在改造工作過程中，工作人員參照汽輪機組原有的設計安裝圖紙找出了全部的設備備用口，并在后續(xù)改造工作中，通過嚴密封堵無用口的方式提高了汽輪機組真空系統(tǒng)的嚴密性[2]。

為避免空氣自水封處進入凝汽器影響系統(tǒng)真空性的情況出現(xiàn)，在改造工作中，工作人員在構建汽封加熱器輸水系統(tǒng)時，利用多級水封方式取代了原有的單級水封方式。多級水封方式在應用過程中不僅降低了每級水封的高度，還減少了水封埋入地下的工作量。同時，多級水封系統(tǒng)在運轉過程中不僅不需要大量消耗人力資源即可實現(xiàn)疏水系統(tǒng)的自動調節(jié)，還降低了傳統(tǒng)水封被沖破、軸封冷卻水滿水等問題的出現(xiàn)概率，提高了系統(tǒng)整體的真空性。

2.1.2 真空系統(tǒng)嚴密性的檢查方法

在火電廠汽輪機組的真空系統(tǒng)中連接密封點偏多，若密封點存在輕微漏氣現(xiàn)象，工作人員將很難在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)漏點?，F(xiàn)階段為實現(xiàn)漏點問題的有效管控，在汽輪機組節(jié)能降耗改造工作完成后，工作人員可以通過對真空系統(tǒng)進行灌水處理的方式發(fā)現(xiàn)漏點。相對而言，灌水找漏方式是一種較為直觀的技術方式，但是受真空系統(tǒng)結構較為復雜的影響，這一技術方法無法找出高于軸封洼窩區(qū)域的漏點。

2.2 調整汽封間隙

對火電廠汽輪機組運轉情況加以分析，可以了解到汽輪機流通部分主要由逐級配置的靜、動葉共同組成，受轉子、靜子相對運動的影響，汽輪機組流通部分必然存在間隙，這就增大了漏氣問題的出現(xiàn)概率。現(xiàn)階段，為實現(xiàn)效率的有效管控，在本次機組節(jié)能降耗改造工作中，應用了合適的檢修手段對流通部分的間隙進行了調整，切實提高了機組運轉效率，降低了熱耗。

2.2.1 汽缸定位

氣缸是汽輪機組中的重要組成部分，對其定位方式與運轉狀態(tài)加以監(jiān)測與調整，可以有效降低缸體變形、汽缸中心偏移等問題，對汽缸間隙產(chǎn)生的影響。具體來說，在開展中高壓氣缸調整工作時，工作人員需要在正式連接導氣管并開展試扣操作前，將氣缸定位裝置安裝在相應位置，然后對裝置的精密性加以調整，確保管道連接后汽缸的位置與設計方案保持一致。在開展低壓氣缸調整工作時，工作人員需要先完成氣缸校正工作后利用臨時千斤頂固定氣缸兩側，然后在扣蓋后拆除千斤頂?？紤]到在這一定位操作過程中，千斤頂?shù)膽箽飧壮霈F(xiàn)一定的應力變化，此時為實現(xiàn)應力變化情況的有效管控，在正式連接管道前需要對自然狀態(tài)下的氣缸位置加以測量，然后開展裝配工作。

2.2.2 設備及零部件

在開展隔板及汽缸間隙管控工作時，工作人員不僅需要測定軸向間隙，還需要控制間隙范圍在0.10～0.40mm，并且在間隙調整工作中應保證接觸面的密實度，隔板、隔套板均不存在變形狀況。在開展汽封塊與隔套板或隔板槽的間隙檢查工作時，工作人員需要在自由狀態(tài)下使用0.05塞尺對隔板上下平面間隙加以測定，盡可能避免因間隙過大而導致漏氣問題的出現(xiàn)。在檢查汽封塊端部間隙時，工作人員需要保證汽封徑向間隙尺寸在0.2～0.5mm，若間隙過大可能會導致蒸汽自然從間隙漏入下一級，降低蒸汽的做工效率；若間隙過小則可能使汽封塊受熱膨脹后影響汽封環(huán)整圈間隙的大小，進而影響系統(tǒng)的密封性[3]。

2.2.3 流通部分間隙調整

為保證汽輪機組的運轉效率，工作人員應保證流入汽輪機組的蒸汽盡可能地沖擊葉片，而不會繞過葉片或轉子端部流向外部環(huán)境。為達成上述目標，在開展汽輪機組節(jié)能降耗改造工作時，工作人員應盡可能縮小汽輪機組中動葉與汽缸、靜葉與轉子之間的間隙。同時，考慮到上述間隙之間的公差極小，因此為實現(xiàn)間隙距離的有效管控，工作人員在優(yōu)化過程中不僅需要準確測量間隙距離，還需通過調整動葉與汽缸、靜葉與轉子位置的方式，實現(xiàn)間隙的有效管控[4]。

在節(jié)能降耗改造工作中，工作人員先對汽封塊與轉子間的配合間隙進行測定，然后利用銼刀、修汽封齒專用工具對汽封間隙進行調整，在調整過程中，工作人員保證每一段至少取三個測量點，在發(fā)現(xiàn)汽封齒高度不符合要求后對其進行刮修處理，再對處理后的汽封齒進行了測定，以便在保證汽封間隙準確性的同時，提高轉子與汽封齒間隙的均勻性。

從安裝的角度看，汽輪機組在改造中應保證汽封間隙值為設計上限值，但從節(jié)能降耗的角度上看，盡可能減少汽封間隙可以提高蒸汽的做功效率。因此，在具體操作過程中，工作人員需要結合汽輪機組的運轉條件調整汽封間隙的取值范圍。具體來說，在調整高溫區(qū)的汽封間隙時，工作人員可以使間隙值在設計值的中下限范圍內(nèi)；在調整低溫區(qū)的汽封間隙時，則可以使其適當貼近設計值的下限，但最小不能低于下限值加0.05mm。

在測量頂部、底部的汽封間隙時，為提高測量工作的準確性，工作人員能保證汽輪機組處于全實缸狀態(tài)下，且應保證中分面至少緊固1/3螺栓。并且為避免汽封塊中間弧度縫隙過小，工作人員還需要在測量工作完成后利用膠布在轉子處進行滾動檢查。

2.2.4 進汽短管處的膨脹圈

為提高進汽短管處膨脹圈的密封性，在檢查過程中，工作人員應保證0.03mm 塞尺不入密封環(huán)與相應位置的間隙，減少新蒸汽的泄漏量。在開展脹圈組安裝工作時，需在開口處進行錯位安裝操作，且錯位角度應大于90°。在開展氣缸試扣操作時，工作人員應完成密封環(huán)裝配工作，并對其工作狀況加以檢查，確保密封環(huán)能夠與氣缸緊密結合，減少蒸汽的泄漏量[5]。

3 應用節(jié)能降耗技術取得的成效

如表1所示為火電廠汽輪機組節(jié)能降耗改造前后的效果對比情況，對表中數(shù)據(jù)進行分析可以了解到，經(jīng)過節(jié)能降耗改造，汽輪機組的運行效率有所提高、能耗明顯降低、設備故障率明顯減少、設備運維成本有所下降，火電廠整體運轉水平得到了優(yōu)化升級，達到了預期的綠色發(fā)電目標[6]。

表1 火電廠汽輪機組節(jié)能降耗改造前后的對比效果

4 結語

總而言之，在全球能源結構轉型升級的背景下，人們對發(fā)電廠的環(huán)保要求日漸嚴格，火電廠面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為更好地應對這一挑戰(zhàn)，該廠結合綠色環(huán)保要求，將節(jié)能降耗技術融入汽輪機組改造工作中，在保證汽輪機組生產(chǎn)質量的同時，推動火電廠朝著綠色化、低碳化的方向發(fā)展，為社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠的能源支持。