影響汽輪機熱效率的因素及提高熱效率的方法

武 劍

福建大唐國際寧德發電有限責任公司，福建福安 355006

0 引言

電力使用的便捷性，使得它成為人們生產生活中必不可少的能源。隨著我國經濟的不斷發展，各行各業對電力的需求也越來越大，而一個國家電力行業發展的水平，在某種程度上可以反映一個國家發展的程度。由于通過常規燃料的燃燒產生蒸汽以推動汽輪機運轉來發電，技術應用比較簡單、可操作性強、運行比較穩定，因此我國電力的來源中，常規的火力發電廠占了很大的比例。雖然我國目前也建了幾座核能發電站，但它的發電原理仍然是依靠核燃料產生蒸汽以驅動汽輪機運轉來發電的，只是產生蒸汽的方式不一樣。由于我國常規火力發電產的發電量占總發電量的比例較大，消耗了大量的燃煤等化石原料，而這些化石燃料又是不可再生資源，因此，想辦法提高汽輪機的熱效率是一個十分重要的課題。本文分析了影響汽輪機熱效率提高的幾個因素，并針對這些因素提出了幾個提高汽輪機熱效率的方法。

1 影響汽輪機熱效率的因素

1.1 安裝因素對汽輪機熱效率的影響

汽輪機是以蒸汽為動力來實現運轉的，因此汽輪機在將蒸汽能量轉化為動力的過程中會出現多種形式的能量損失，主要的有以下幾種：蒸汽在推動汽輪機葉片轉動的過程中損失的能量，蒸汽離開葉片時損失的能量，蒸汽與汽輪機摩擦損失的能量，由于汽輪機零部件安裝不合理導致蒸汽泄露損失的能量等。這些能量的損失嚴重影響到汽輪機的運行效率。影響汽輪機熱效率提高的因素有多種，其中安裝因素占了很大的一部分，主要包括：汽輪機各個零件間的間隙，汽輪機控制系統的性能，控制汽輪機運行的各個系統間的配合，汽輪機中汽缸的保溫效果，操縱汽輪機運行的操作人員的能力等。在影響汽輪機熱效率提高的各個因素中，汽缸效率的高低是由安裝人員的安裝質量來決定的。

對于汽輪機的主體安裝來說，要提高汽輪機的熱效率主要是控制好隔板汽封的安裝間隙，保證汽缸連接部分的間隙合理，充分考慮汽封的膨脹因素，隔板與各配合面的連接情況等。為了提高汽缸的安裝精度，安裝汽缸的時間要相對增長，一般是15 天左右。如果安裝的過程中要更換汽封，則周期要延長一個月左右。汽缸在安裝的過程中要進行多次組裝，而且在整個過程中要對安裝的汽缸進行多次測量以保證安裝工作的順利進行。目前，汽輪機的安裝過程中存在一些難題：施工時間較長，工期較緊，對安裝人員的能力和素質要求較高；汽輪機的生產廠商與發電廠之間的關系也容易出現問題，導致安裝的難度增大；發電廠對汽輪機安裝的驗收也容易出現問題，主要是對安裝好的汽輪機進行測試時出現的問題，如果安裝零件的測試結果無法滿足汽輪機的設計和使用要求，則需要進行返修，而返修的難度和成本非常高。

1.2 蒸汽參數對汽輪機熱效率的影響

1.2.1 主蒸汽溫度對汽輪機熱效率的影響

汽輪機在工作的過程中，主蒸汽溫度的波動對汽輪機運行的熱效率、穩定性和安全性都有很大的影響。主要原因有在以下幾個：第一，蒸汽溫度的下降使得蒸汽的濕度增加，導致蒸汽對葉片的沖擊增大，使葉片的壽命降低，造成汽輪機熱效率的下降；第二，蒸汽溫度下降時，如果要保持汽輪機葉片的負載不變，則蒸汽的流量必須增加，蒸汽流量的增加使得蒸汽的消耗會變大，導致汽輪機運行的經濟型和熱效率降低；第三，主蒸汽溫度下降會使汽輪機各個零件間的溫差變大，汽輪機各級零件的反作用力增加，對軸的作用力增大，引起汽輪機中金屬零件的熱變形，機組的振動增大，影響汽輪機的穩定性和熱效率。除此之外，主蒸汽溫度的下降還可能導致水沖擊事故的出現，對汽輪機造成重大的傷害。

1.2.2 主蒸汽壓力對汽輪機熱效率的影響

在汽輪機日常運行的過程中，必須重視汽輪機組主蒸汽壓力的變化。主蒸汽壓力的變化不僅會對機組的熱效率造成影響，而且容易導致重大事故的發生。在主蒸汽溫度不變的情況下，如果主蒸汽壓力不斷升高會造成蒸汽濕度的變大，使葉片的工作條件發生改變，葉片沖擊加劇。對汽輪機組來說，主蒸汽壓力每提高1 兆帕，蒸汽的濕度會增加百分之四左右。主蒸汽壓力的升高還容易導致葉片負荷的增加，引起汽輪機主要的承壓部件的熱應力增加，使零件發生熱變形甚至損壞，嚴重縮短汽輪機零部件的使用壽命。當機組采取滑壓運行時，必須控制主蒸汽壓力變化的幅度和范圍，主蒸汽壓力的增高會使安全門打開，造成汽輪機熱效率的下降。

因此，當汽輪機主蒸汽壓力超過額定數值時，應該保證汽輪機中主要承受壓力的零部件的應力不超過額定范圍，以免造成嚴重的后果。當汽輪機的蒸汽壓力不斷升高時，必須對調速氣門進行相應的調節以增大氣門的開度，使主蒸汽壓力維持在安全范圍內。此外，在汽輪機的主蒸汽溫度不變的情況下，主蒸汽壓力下降會導致汽輪機壓降降低，造成蒸汽的消耗量增加，影響汽輪機的熱效率。

2 提高汽輪機熱效率的方法

2.1 及時檢查設備及零部件

在建設汽輪機廠房之前，廠房的建設單位應該與汽輪機的安裝單位相互溝通、緊密配合。建設單位要核對設備的尺寸參數，對廠房的建設提出相關建議等。建設單位在施工的過程中，安裝單位必須協助建設單位，防止廠房建好之后無法滿足機器設備的安裝要求。廠房建設的主要要求有以下幾個：第一，隔板的建設必須要符合汽缸安裝的相關要求，間隙要合理，汽缸的貼合面要緊密；第二，隔板的上下面與汽輪機各部件間的配合要準確，無變形情況的出現。

2.2 準確安裝汽缸

2.2.1 低壓缸的安裝

國產汽輪機低壓缸的生產主要由鋼板焊接而成，各個廠家各個型號的低壓缸的結構差別不大，所以在安裝過程中安裝的要求大體相同。安裝臺板就位后，要調整臺板的位置使之與中心線對齊，然后將低壓缸安裝上去。將低壓缸安裝到指定位置后，要對低壓缸的安裝位置進行復核，使之符合圖紙的設計要求。在復核的過程中，低壓缸的找平與找中心兩個步驟可以一起進行。

2.2.2 高、中壓缸的安裝

由于高、中壓缸的結構體積十分龐大，調整起來非常難。因此，在安裝前必須提前對缸的安裝位置進行找平，尤其是軸承座的安裝位置。高、中壓缸安裝的過程中，要將汽缸的重量合理分配到各個接觸面上，保證接觸面負載的平衡，防止重心都偏移到某個接觸面上。各接觸面承受的載荷要按照制造廠的要求進行校核，誤差要控制在可接受的范圍內。

2.3 調整汽封間隙

設備安裝好之后，要對汽輪機中汽封的間隙進行調整，防止蒸汽的泄露導致汽輪機熱效率的降低。在調整汽封間隙時，根據汽封塊與轉子的間隙測量得出的數據來確定修改量，對間隙進行修改后要再次進行檢查。對于汽封間隙的取值來說，從安裝的角度考慮，取汽封間隙的上限值更利于安裝，然而從保證汽輪機熱效率、提高發電企業的經濟性來考慮，汽封間隙應該取較小的值。因此，在汽封間隙進行調整時，安裝人員既要考慮安裝的可靠性和便利性，也要考慮汽輪機運行的經濟性。當汽封間隙調整符合要求之后，要對汽封的膨脹間隙進行測量，若汽封之間沒有留間隙，則需要先對汽封進行調整，為汽封膨脹預留一定的空間；如果汽封的間隙過大，則應該先將汽封間隙的測量值記錄下來，等其它零件的間隙測試結束之后，再對汽封間隙進行統一調整。

2.4 脹圈的安裝及檢查

對汽輪機進氣管處的脹圈進行檢查時，必須檢查脹圈的密封環與接觸面的接觸情況，主要是檢查脹圈的密封環配合是否嚴密，可以用塞尺作為檢測工具。脹圈在安裝的過程中要講究安裝方法，進行錯位安裝，錯位角度應該超過九十度。在檢查汽缸安裝是否合理時，應該檢查汽缸密封環的裝配情況，保障配合面接觸均勻。對脹圈的檢查時應該對脹圈的缺陷進行記錄，并對記錄的數據進行整理，對于軸向間隙等無法進行再調整的地方也要進行檢查，并做好詳盡的記錄。

3 結論

從上文中我們可以發現，影響汽輪機熱效率的因素有很多，其中最主要的是安裝因素和主蒸汽參數對汽輪機熱效率的影響。因此，我們在汽輪機安裝和運行的過程中要充分考慮到這些因素對汽輪機熱效率的影響，并采取相應的措施來提高汽輪機的熱效率，提高發電企業的效益。

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