淺析汽輪機重要輔機運行現狀和效率提升途徑

摘要：目前我國的電能輸出主要依靠火力發電廠來生產完成。在整個生產輸出過程中，汽輪機重要輔機的運行效率決定了電能生產的質量。所以出于經濟性考慮，完善提高汽輪機輔機的運行效率是電廠節能降耗的關鍵指標。在確保安全運行的前提下，對汽輪機重要輔機進行優化管理，使汽輪機輔機機組運行狀態處于最佳，提高電廠生產的經濟性，就是本文要探討的重點。

關鍵詞：汽輪機;輔機系統;運行現狀;優化運行;效率提升

1.汽輪機重要輔機的運行現狀

1.1汽輪機重要輔機的優化運行方式

本文中所要談到的汽輪機組重要輔機的運行優化也就是經濟性能方面的改善。從整體來看，汽輪機組輔機的制造、安裝、運行等等每個環節都有很大的節能空間，特別是汽輪機組在運行時的經濟性尤其值得關注。如果在運行時，汽輪機組的每個參數都符合范圍標準，那么汽輪機組的運行只會產生經濟性影響。而如果運行參數超出規定界限，則可能對機組的安全產生破壞性威脅。所以汽輪機組必須保證實時的參數調節和監控，才能確保整個機組的安全性和經濟性。綜合來看，引起汽輪機組額外能量損失的因素有二，第一類就是由于汽水泄漏或者換熱器散熱過度而導致的熱量直接從系統中損失;第二類就是指汽水節流量增大或者傳熱時溫差未能平衡好所造成的能量的質量損失。

1.2汽輪機組的經濟性指標

汽輪機組的經濟性和汽輪本體有關，也和其他熱力輔助系統的性能有關。它們能夠共同反映機組運行的經濟性指標。這些指標包括了與汽輪機組經濟性和輸出能量相關的單位時間能量消耗和直接反映熱經濟性的能耗率。例如蒸汽在汽輪機組內部的有效焓降與理想焓降的比值就組成了相對效率ηri=△Hi/△Ht。這種相對內效率的比值能夠一定程度的反映汽輪機通流部分的完善指標。考慮到汽輪機的內功率是各級別功率之間的總和，所以它的內功率Pi=Gi△Hij。因為汽輪機組的內效率反映了汽輪機內功率與汽輪機內轉換能量E的比值，E=Gj（△Ht）ij。由此可得ηi=Pi/E。

在公式中，△Hi表示汽輪機組中蒸汽的有效比焓降，單位為kJ/kg。△Ht是汽輪機組中蒸汽的理想比焓降。Gi是汽輪機組中蒸汽的流量，單位為kg/s。△Hij為汽輪機中蒸汽的有效焓降，kJ/kg。由以上的公式可以推算出，汽輪機的內效率和它的相對效率是相等。再結合660MW的火電汽輪機各個參數，所以它的氣耗率為：d0=D0/Pel=3600/Wiηmηg。在此公式中，Wi是新蒸汽在汽輪機組內作功，Pel表示了發電機的輸出功率，而ηm則表示機械效率。

熱耗量能夠影響一臺汽輪機組的熱經濟性，尤其是像660MW這樣的強功率火電汽輪機。它機組內部的熱力循環方式、熱力系統中輔機性能的優劣都能影響汽輪機組的熱指標和負荷情況。

1.3重要輔機的經濟運行

汽輪機組能夠經濟性運行，不僅僅取決于它的各項熱指標和鍋爐的運行等，還與其重要的輔助設備性能運行狀態相關。一臺660MW的火力汽輪機組需要多臺輔機設備支持才能正常運行。所以發電廠在生產輸出電力時，要保證主機組和輔機組全部狀態良好才能正常發電。在這個過程中，輔機設備所消耗的電能也是巨大的，它包括了廠用電的消耗和供電煤耗，直接影響機組的經濟性。輔機設備的經濟運行決定了整體汽輪機組的能耗。

2.給水泵

2.1給水泵的優化原理

當機組的額定負荷過半時，應該讓三臺給水泵組的額定負荷小于50%。當一臺汽動給水泵運行時，另一臺應處于休息備用狀態。為660MW的火力汽輪機組配備一臺30%容量的電動給水泵和50%容量的兩臺汽動給水泵較為合理。在正式投入運營前，應該進行汽動泵和電動泵的設備試驗，這其中就包括了雙泵運行、單泵運行和輪換運行集中測試試驗，以確保它們能夠在實際運行狀態下能夠保持很高的運行經濟性，有效的改善整個火力汽輪機組的工作效率。在運行時，備用汽動泵的運行工況保證在3000r/min的轉速，以持續給給水泵提供循環流量。但是這也同時導致了備用泵更多的消耗蒸汽流量、熱能消耗以及汽耗量。所以，應該使電動給水泵處于備用狀態，而讓汽動給水泵運行，這樣的運行組合方式經濟性更高。在這里，我們考慮到了給水泵組負荷的主動變化和持續時間，也就是說，一旦低負荷持續時長超過了臨界時長，就應該改變給水泵的運行結構，采用電動給水泵備用的方式才是最為經濟合理的。而如果在符合高低變化較為頻繁的情況下，電動給水泵和汽動給水泵的備用切換模式就會變得不再適合，應該采用雙泵同時運行的方式來應付水泵模式的頻繁切換。

2.2給水泵經濟性的計算

考慮到給水泵的經濟性，就要考慮給水泵的揚程。通過公式我們可以得到給水泵的揚程為：H=P2-P1/pg。其中P1為給水泵的進口壓力，P2為給水泵的出口壓力，它們的單位都是Pa。P為給水泵進出口水的平均密度，kg/m3。g為重力加速度，m/s2。此時算出給水泵的效率為

η=v△p/1000x（1+c）x（h2-h1）x100%。此公式中v是給水泵進出口的平均比容，單位為m3/kg，△p為給水泵進出口水的壓力差比，單位為Pa。h1和h2分別為給水泵進出口的水焓，kJ/kg。c則是指每1kg給水所對應的泵體散熱熱量以及軸封等損失。由此計算出給水泵的軸功率為Pa=pgHQ/η。其中H是給水泵的揚程，單位為m。Q就是給水泵的出口流量，單位為m3/s。

根據熱力學的泵效率理論，基于能量守恒定律的基礎上，應該具體分析給水泵中流體機械與流體本身之間的能量轉換，從而得到泵效率為：

η=Ek/Em+Ex。公式中Ek是指單位質量流體的水力能量。Em則指代單位質量流體的機械能，而Ex表示單位質量流體的能量損耗。

3.循環水泵

3.1循環水泵的優化原理

對于一臺大功率且結構穩定的660MW火力汽輪機來說，它的蒸汽能量在末級存在極限膨脹的壓力。如果在運行中循環水泵的排氣壓力小于極限膨脹壓力值，那么蒸汽膨脹部分就只會發生在動葉之后，從而造成汽輪機功率的損失，這也是由于循環水泵中的凝結水溫度降低，其最末級回熱抽汽量增加而導致的機組功率變小。所以在運行時，應該保證汽輪機組中凝汽機在最佳的真空狀態下運行，真空后凝結水溫度回升也會增加汽輪機的功率。

3.2循環水泵的經濟性計算

H=（P2-P1*106/Px*g+（Z2-Z1）+V22-V12/2*g。

在公式中，P1為泵入口的壓力，單位MPa;P2為泵出口的壓力，單位為MPa;Z2和Z1表示泵出入口壓力測點的標高，單位為m;Px為循環水泵中水的密度，單位為kg/m3;g為重力加速度，單位為9.81m/s2;V1和V2表示泵進出口壓力測點斷面上水的平均流速，單位為m/s。

要計算循環水泵的軸功率先要計算它的有效功率，即Pu=Px·Qx·H·g/3.6*106。

那么循環水泵的軸功率就為：Pa=Ne*ηd。其中Qx為循環水流量，單位為m3/h;而ηd為循環水泵的電機效率，其中ηd選取值為0.85。所以循環水泵的總體效率就是：η循環=Pu/Pa*100。

在循環水泵水溫度控制在8℃～11℃之間時，一臺循環水泵的運行經濟性達到最高。如果循環水溫度高于14℃，則兩臺循環水泵的運行經濟性最高，如果循環水溫度在11℃～14℃之間，那么負荷與溫升對應關系中的負荷點進行來回切換才能達到最佳的經濟運行性。不過也要整體考慮到循環水泵來回切換所帶來的各種安全問題。另外，循環水泵電機所采用的是定速方式，所以應該十分注意它在運行時的有效功率和水溫，而采用雙速電機進行運行時輔機節能相對較好的運行辦法。

再者，為了確保循環水泵的水溫對水循環真空泵的抽吸能力影響，當水溫升高時，真空泵的抽吸能力就會急劇下降，直接影響到機組的真空運行狀態。所以抽汽設備的運行方式應該考慮真空泵運行時水溫升高的現象。利用溫度較低的地下水將工作液體冷卻是一個不錯的辦法，它不但能夠提高真空泵的抽吸能力，也可以同時降低循環水泵的功耗，從而達到提高凝汽機真空度的熱耗能效率。而使用過的地下水也不該廢棄，它可以作為循環水系統中的循環水，保證水資源不會被無端浪費。

4.總結

本文簡要的分析和計算了660MW火力汽輪機組中各個輔機的運行狀態，得出了一些有利于汽輪機組高效率工作的優化運行方式。它們都大大降低了運行機組和輔機機組的用電量，提高了整個汽輪機組的供電能力，對目前現實中電廠的未來建設很有實戰價值。

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作者簡介：劉斌陽（1988.2-），男，寧夏銀川市人，本科學歷，助理工程師，研究方向：電力工程。