探析電廠汽輪機節能方法

摘要:降低燃煤機組煤耗是我國節能工作的一項重要任務。作為當前火力發電主力機組的300MW、600MW機組，其經濟性存在很多問題，節能潛力巨大。因此本文對西柏坡電廠4×300MW機組、2×600MW超臨界機存在的問題進行了研究，并提出了相應的節能優化措施。

關鍵詞: 節能;熱力系統;;凝汽器

隨著我國科學技術的發展，能源利用效率雖然近年來有了較大提高，但與世界發達國家相比仍有差距，尚有很大的提高潛力。據統計，我國目前能源效率比國際先進水平低10個百分點，其中火電機組平均效率33.8%，比國標先進水平低6～7個百分點。

一、我國電廠機組運行現狀

河北西柏坡發電有限責任公司一、二期工程經過招標，建設四臺哈爾濱汽輪機公司制造的額定出力300Mw成套汽輪發電機組，三期2×600Mw超臨界機組主設備采用兩臺哈爾濱汽輪機公司和哈爾濱電機公司及北京巴布科克牛威爾科克斯公司制造的600Mw超臨界燃煤發電機組。由于的國產機組各項經濟性指標與同類型進口機組相差甚大，節能潛力大。綜合考慮設計、制造、安裝、運行與維護等方面的因素，火力發電廠節能工作主要歸結有以下兩個方面:一方面針對主設備和主要輔機進行優化改造，提高主機熱效率、降低輔機電耗，以達到節能目的;另一方面是針對熱力系統，著眼于優化和完善熱力系統及其設備，改善運行操作，提高運行效率，以實現節能目標。

隨著熱力系統節能理論在不斷發展，已系統研究和發展了“等效熱降”理論，并用以全面分析熱力系統的結構、設備、參數、負荷特性、環境特性、系統特性、負荷持續時間特性等因素對機組運行經濟性的影響規律。通過對機組熱力系統的試驗和優化改進，充分挖掘熱力系統的節能潛力，為同類型火力發電廠熱力系統優化設計、節能改造、運行診斷和節能管理提供了依據。

二、國產引進型汽輪機組存在的問題

通過對不同電廠同類型機組各種試驗和運行數據，以及大修揭缸過程中檢查的結果綜合分析，目前該類型機組所存在的問題有原機組結構設計、優化設計及加工中的缺陷，也有安裝、運行等方面的因素，可歸納為以下三個主要方面:

1汽輪機本體結構設計方面存在不足

國產引進型汽輪機組，是80年代初我國引進的美國西屋公司汽輪機制造技術，其技術指標是70年代初的國際先進水平。隨著技術的進步，當年引進的西屋機組技術水平已顯得落后，機組技術經濟指標與國際水平有較大差距。為此，在國產化過程中采用不同的技術路線對原型機進行了優化設計和改進。制造廠經采用不同技術路線優化設計后的汽輪機組，投產后共同出現的問題是各監視段存在普遍超壓，如果限制壓力，機組出力偏緊。之后，兩廠分別對出廠機組進行了現場擴大高壓缸通流面積和新制造機組擴大通流面積的設計改進。國產制造的該類型機組實際運行中反映最為普遍的另一個問題是高壓缸排汽溫度高出設計值15～30℃，高壓缸效率偏低3～10個百分點，且高壓缸效率下降速度較快。

分析發現造成高壓缸效率偏低和下降速度較快的主要原因是高壓缸前部和中壓缸中部上、下缸溫差大，汽缸出現變形，通流汽封以及軸封徑向汽封容易被磨損，螺栓松弛或斷裂，內缸結合面出現漏汽等。珠江電廠汽輪機組由于高壓缸前部未設計壁溫測點，無法得知溫差程度，存在的問題沒有暴露。經在同類型機組該處加裝上、下壁溫測點，運行中上、下缸負溫差大的問題得以證實。另外，由于該機組結構的特殊性，對機組安裝、檢修工藝掌握不夠，因此，機組安裝投產后運行效果不很理想，甚至對機組運行中出現的問題，經幾次大修后，仍不能得到改善和徹底解決，影響機組經濟效益的發揮。

2 熱力系統及輔機設備不完善

目前，機組普遍存在試驗結果較為理想，而實際運行結果較差的問題。由此可見，系統及設備的不完善是機組實際運行煤耗率普遍偏高的又一主要原因。熱力系統及輔助設備存在的問題既影響機組運行安全性，又影響機組運行經濟性，珠江電廠1號機組投產后汽輪機組及系統存在的主要問題如下:

(1)冷端系統及設備不完善，凝汽器真空度偏低，年平均～般在91%～93%之間。

(2)回熱系統及設備不盡完善，造成高、低壓加熱器運行水位不正常，疏水管道振動，彎頭吹薄、破裂，加熱器上、下兩端差變大。

(3)本體及熱力管道疏水系統設計龐大，汽機側各類疏水管道有70根左右，閥門易發生內漏，且控制方式設計和管徑設計不合理，甚至存在設計、安裝錯誤。

(4)熱力系統設計復雜，且工質有效能利用不盡合理，冗余系統多，易發生內漏，熱備用系統和設備多采用連續疏水方式，使有效能損失較大，既影響安全和經濟性，又增加檢修、維護工作量及費用;

(5)汽水品質差，通流部分結垢嚴重，甚至高壓缸通流部分亦結垢，影響汽輪機相對內效率。

(6)輔機選型、配套和運行方式不合理，運行單耗大，廠用電率增加。

(7)實際運行軸加熱器熱負荷大，壓力高，溫升高于設計值5℃左右。

3 機組運行方式及參數控制不合理

當前各大電網負荷較低，峰谷差也較大。機組日運行負荷變化幅度較大，且低負荷運行時間較長，是機組目前運行煤耗率普遍較高的主要原因。國產的機組，汽輪機進汽調節方式分為節流調節和噴嘴調節兩種。機組低負荷運行時，采用何種運行方式，經濟性差異較大，而且采用同一種調節方式，選用不同的運行參數，經濟性也存在一定差異，有一個最佳運行參數問題。另外，目前在對機組小指標考核時，如對汽溫、汽壓等參數的考核要求盡可能接近設計值，使機組在低負荷運行時，節流損失急劇增加，也是影響機組經濟性的原因之一

三、電廠汽輪機的節能優化

1汽輪機組熱力系統優化的技術措施

汽輪機組及熱力系統的任何變化，必然引起各處工質流量分配變化及熱力參數變化，最終表現為新蒸汽的做功變化和循環吸熱量變化，從而影響汽輪機組的總體熱經濟性。針對國產機組存在的問題和電廠機組實際運行狀況，依據機組能損定量分析的基本理論及國產機組主要參數變化對經濟性的影響，電廠對汽輪機組及熱力系統采取了消除外漏、減少內漏、合理利用工質等節能措施。主要技術措施有:

(1)在機組大、小修前對整個熱力系統閥門的運行狀態進行診斷，制定系統閥門檢修計劃和措施;(2)重點檢修熱力系統閥門，消除閥門存在的缺陷，將重要而易產生泄漏的高壓疏水門更換為進口閥門，更換的國產門必須解體檢查內部質量;(3)研究熱力系統部分疏水管增加手動門，選型時將閥門壓力等級提高l一2個等級。疏水系統加裝手動門后，運行時處在常開位置，當疏水門泄漏，運行中無法消除時，作為臨時措施，關閉該手動門;(4)根據系統旁路的布置和管道走向，減少主、再熱蒸汽管道疏水管，并進行合并及調整的系統優化;(5)冷態調整熱力系統電動門和氣動門行程限位，預留適當的行程;熱態時檢查閥門是否存在泄漏，必要時熱態重新調整閥門行程;(6)研究改進高加疏水調整方式，將原基地式疏水調整方式改為DCS控制，并通過試驗調整高加運行水位;(7)優化低加疏水系統管路布置，減少系統阻力，消除7號、8號疏水不暢;(8)優化高壓外下缸及中壓外下缸疏水系統。

另外，回熱加熱器是熱力系統的重要設備之一，它對火電機組熱經濟性的影響較大，特別是當高壓加熱器停運時對熱經濟性的影響會更大。現場中，由于高壓加熱器損壞或設備配套不齊以及檢修高壓加熱器時，都可能出現停運的工況。除此之外，人為地切除高壓加熱器，在某些火電廠有時被作為調峰的一種手段。因為切除高壓加熱器，在新蒸汽耗量保持不變，且汽輪機通流能力又允許時，將獲得可觀的超額功率，用以滿足尖峰負荷的需要，達到調峰的目的。定量分析其對熱經濟性的影響，對促進節能改造，改進運行操作和管理，提高裝置經濟性具有一定的現實意義。

2凝汽器真空的影響因素及其改善

在凝汽式機組中，通過凝汽器散去的熱量比用驅動汽輪發電機組所消耗的能量還大，因而凝汽器的運行狀況能明顯影響機組的熱經濟性。因此，凝汽器的真空值直接影響汽輪機的安全、經濟運行。

影響機組真空的因素主要有:冷卻水量、冷卻水溫、抽氣系統的能力、凝汽器結構和管材、凝汽器清潔系數、真空系統漏入空氣等。目前，國內運行的大中型汽輪機普遍存在真空系統嚴密性不合格的問題。因此，研究影響凝汽器真空的主要因素并提出改善措施也是一個非常重要的問題。

(1)汽輪機組真空系統嚴密性治理

機組冷端系統性能不良，真空系統嚴密性試驗結果大大超標，嚴重影響機組熱力性能。對此，珠江電廠成立真空治理專門工作小組，配備專人，購置氦質譜檢漏儀，堅持常年認真細致的工作，運行人員定期進行真空嚴密性的試驗，發現異常情況，檢修人員及時采用質譜檢漏儀在線查漏處理。為了查出真空系統的漏點，在機組停運檢修期間，通常采用灌水的方法進行檢漏，而當機組運行時，經常采用鹵素檢漏儀或采用氦質譜檢漏儀進行真空系統檢漏。根據實際工作經驗總結，珠江電廠汽輪機組真空系統和設備易漏空氣的薄弱環節有:凝汽器汽側入孔門及喉部焊縫;在潮濕的地方或地下管道易發生銹蝕、破損;管道的法蘭接口處;凝汽器及低壓加熱器汽側的水位計接頭:疏水系統(閥門、容器等);低壓缸結合面，低壓缸軸封。

(2)凝汽器管結垢

凝汽器冷卻管結垢包括管外和管內結垢，管外的垢層一般由油污和氧化銅、氧化鐵等構成，管內的污垢除了腐蝕產生金屬氧化物外，主要是由循環水帶入的污物沉積和小生物在管內的繁衍造成的， 在實際運行中，主要面對的問題還是管內嚴重積垢而影響凝汽器的傳熱性能。對于凝汽器管內防污垢，尤其是防有機物在管內的污堵，國內外都做了大量的試驗研究工作。#8943;。主要途徑有二:一是在循環水進水口及凝汽器進水口裝設有效的過濾裝置，濾除水中的雜物和小生物;二是在進水口定期添加～定濃度和數量的有機或無機(如次氯酸鈉等)殺蟲劑，以抑制進水口及進水管中生物的附著和繁衍。

凝汽器冷卻管的清洗有化學和機械兩種方式，根據清洗中凝汽器是否減負荷或停運，又可分為在線和離線兩種方式。機械式在線清洗主要有膠球清洗和毛刷清洗兩種，離線機械清洗需部分減負荷，并需人工操作，在我國除上述方法外，還常用人工毛刷捅洗，在北方地區還廣泛采用熱風干燥清洗的方法。

四、結論

國產的300MW、600MW機組是當前我國火力發電的主力機組，由于主、輔設備設計、制造、安裝及電廠運行等方面因素，汽輪機本體和熱力系統、主要要輔機存在的不完善問題成為影響機組性能和經濟效益正常發揮的主要原因。因此，對國產300MW、600MW機組及系統的經濟性研究非常必要，進行機組汽輪機及系統的優化改進是一個綜合性課題，需要動力工作者付出艱辛的努力，不斷引進新技術、新工藝、新產品使汽輪機組及系統的運行水平進一步得到提高。

參考文獻:

[1]王朝偉. 600MW超臨界機組熱力系統熱經濟性分析研究. 學位論文，2007

[2]林萬超. 火力發電廠熱力系統節能分析. 水力電力出版社，2007

[3]李國軍，蘇春艷. 國產引進型300MW機組節能降耗綜合治理. 2005

作者簡介:

李濤(1975—)，男，河北平鄉人，電力工程師，多年從事火電廠機組運行工作，先后參加300MW、600MW機組調試，主編600MW超臨界機組《汽輪機運行規程》，現為河北西柏坡發電有限責任公司2*600MW機組單元長。