汽輪機輔機運行優化和節能技術探討

摘要：隨著火力發電機組的不斷發展，汽輪機組在設計和制造上的技術不斷的完善與進步，汽輪機組的經濟性受到人們廣泛重視。因此，如何對現有的機組進行運行優化設計，通過合理的運行方式，在保證火力發電機組安全運行的前提下，尋求最為經濟的運行工況，這已經成為電力行業繼續發展壯大下去的不變趨勢。而汽輪機輔機系統的運行狀況對汽輪機系統有著重要的影響，無論在安全性還是經濟性上都是不容忽視的因素，故而如何通過對汽輪機輔機系統的運行進行優化，進一步提升汽輪機系統的運行安全性和經濟性則是目前繼續探討的關鍵所在。

關鍵詞：汽輪機;輔機系統;運行優化;節能

汽輪機組的優化方式是一項龐大而又復雜的工作，從其設計、制造、安裝、運行工況等的各個環節上，都可以著手進行優化。而針對目前企業來講，最為合適的方法即是在運行工況上進行合理的優化，使其具有經濟的運行方式。這主要是取決于實際運行狀態和理想運行狀態的匹配程度，在正常工作時，汽輪機組的各個參數都保持在額定功率范圍內，很難對整體進行優化，但是當發生意外狀況時，很容易發生安全事故，因此對汽輪機組的運行優化需要進行嚴密的論證和實時監視，以此保證在安全性的前提下提高其經濟性。總的來講，在運行過程中可能產生的能量消耗和損失有兩大類：其一是由于能量直接逃逸造成的損失，例如換熱器的自身散熱，蒸汽泄漏，冷凝器效果不佳等，導致運行時需要額外能量補充來平衡逃逸能量。其二是由于額外能量做功導致的能量流失，例如傳熱性能不佳、蒸汽阻力過大、冷凝水阻力過大等。需要額外能量來抵抗因工況不佳產生的阻力。這些都會引起汽輪機經濟性能的降低，甚至會引起安全性的不穩定。

1.凝汽器系統

輔機系統中的凝汽器普遍存在真空度低、密封性差等問題，使電煤消耗率增加。因此，對凝汽器的真空系統進行優化，保證在其他工況不變的情況下，每提高1%的真空度，可見通過優化凝汽器的真空系統可以有效的提高機組的經濟性。治理真空度的方法就是檢漏、包括有停機水壓檢漏和運行中的示蹤氣體檢漏。工作要求和方法并不復雜，關鍵在于細致認真的排查漏點、根據漏點的大小和部位進行反反復復多次的檢漏。在嚴格堵漏后，可以有效的提高凝汽器的真空度，以此來提高機組的經濟運行性。

凝汽器的熱負荷問題也是汽輪機工況惡化的主要原因之一，過高的熱負荷會導致冷卻水溫大幅增加，傳熱器兩段溫差急劇增加使機組真空度降低。這也是影響機組經濟性的因素。通常熱負荷增加有兩個因素：其一是機組低壓缸壓入凝汽器的熱流量增加，其二是疏水系統漏水導致。同時凝汽器的清潔度也會因傳熱不穩定加速能量消耗。

為了降低這些因素導致的能耗升高，要選用合理的密封結構控制好升降負荷率，特別在控制開機、停機的過程中要降低機組震動，調整合適的汽封間隙來保證流通率的穩定性。對疏水系統進行優化改造，消除內部漏水的問題，通過調整加熱器的水位保護器和調節閥來保證正常的加熱器疏水。

2.給水加熱器

目前給水加熱器的問題存在于端差呈現出無規律狀態，對于同樣配置的機組和加熱器其性能差異很大。這也說明了在相同的工況條件下，加熱器端差的增加與殼側水位有著必然的聯系，如果殼側水位過高會導致有效傳熱面積減少，在加熱器中能量吸收則會減少，降低了給水溫度，使得加熱器給水端差增大。如果殼側水位降低，則不能浸沒疏水冷卻端口，則加熱蒸汽就會進去疏水段，導致疏水段的冷卻作用失效。

為了保持回熱加熱器的熱力性能，殼側不凝結氣體需要及時排放，為了有效排放需要確定一個合理的流向。在加熱器內部通常設置有放空管，通過放空管中的孔板來控制氣體排放量，放空系統不能逐級串聯，否則會導致壓力低的加熱器中氣體濃縮影響傳熱性能。由不同額定壓力的加熱器引出的排放管也不能連接到一起，否則會引起氣體回流問題，并要保證放空管路的通暢。

例如：某電廠的供熱就高壓加熱器進行水位優化調整，水位設定值從120mm變成20mm，給水端差從0.99℃變為﹣0.04℃，有效減少了0.02%的煤耗;將疏水端差從3.28℃變為6.68℃，增加了0.003%的煤耗;綜合各方面因素后，該加熱器的煤耗降低了0.017%，折合成電能為0.056g/kw·h，節能效果明顯。

3.循環水系統及凝結泵系統

循環水系統通常存在的問題是流量不足、設計阻力偏小、揚程選擇不恰當導致泵效率偏低，這也是影響機組運行經濟性的因素之一。造成循環水流量偏低的原因有多種，因依據不同的原因作出選擇性優化。目前一般600MW大容量機組的循環水配備采用單元制運行，各個單元之間通過連通管鏈接，可以單獨的使用配套水泵來運行，又可以通過連通管有效的分配機組的循環水泵數量和循環水量。通常情況下為了節能優化，對循環水泵的改進主要有以下三個方面：一是提高循環水泵的工作效率，二是增加循環水泵的有效流量，三是適當降低循環水泵的揚程。針對這三個方面可以通過車削其葉輪外徑、更換大葉輪、變頻或是調速電機控制循環水泵工況來實現。

凝結水泵也會出現同樣的問題，通常凝結水泵的揚程偏高是影響機組經濟效能的因素之一，凝結水在通過加熱器進入到除氧器后，除氧器一般的最大工作壓力約為0.8MPa，進入除氧器的凝結水最大的工作壓力約為1.2MPa。凝結泵將凝結水送入到除氧器中，通常需要2Mpa的壓力即可，即使加上管道阻力和其他阻力因素的影響也不會偏離過大，而目前大多數凝水泵的泵頭壓力普遍為3Mpa或以上，這對于額外能量的消耗非常大，針對此應該通過上述的方式來對泵進行改造，滿足其在適當的工況下工作，過多的余量只會導致經濟性的降低，徒增成本。

例如：某電廠對300MW機組的真空泵運行方式進行的優化分析，將其工作的冷卻水換為循環水。夏季工況運行時機組的循環水溫度為31℃，優化前得真空泵工作液出口溫度位45℃，而優化后則僅為35℃;同時，循環冷卻水出口溫度也比優化前略有下降，真空泵的耗功與凝汽器的壓力則比優化前有顯著下降，取得顯著節能效果。

4.抽氣設備

對于大型機組來講抽氣設備一般是循環水真空泵，這類型的真空泵內泵液的工作溫度一般都低于常溫，故而在實際的運行過程中的實際溫度會遠高于額定溫度，根據真空泵的特性如果工作液的溫度上升10度，真空度要下降20%。其工作液的溫度高是因為真空泵冷卻水溫度高，造成真空泵抽真空能力下降，這會導致真空度不足引起的能量損耗。

對真空泵的優化措施是：通過采用地下水、冷卻水等低溫的水對工作液進行冷卻以提高真空泵的抽真空能力，還可以改善凝汽器換熱問題，提高凝汽器的真空度。將換熱過后的出水排入到循環水系統中相當于補充循環水消耗量，不會浪費水資源。該方式對射水抽氣器同樣有效果，用低溫的工業用水作為射水抽氣器的工作用水，改變其水循環系統利用直流系統可以有效的提高抽氣器的效率和出力;設法降低射水抽氣器的冷卻水也能起到相同的效果。

5.給水泵運行優化分析

給水泵的耗電量極大，是電廠能耗最大的輔機之一，直接影響到了汽輪機輔機的運行經濟性。在機組負荷一定時，給水泵的耗電量與主汽壓力有關，主汽壓力小則給水泵耗電量小。為起到良好的節能效果，筆者認為在給水泵的運行優化上可以采用如下方式：就是在主汽輪機滑壓運行模式下，最大限度的開大給水調節閥開度，給水泵則通過自動調節轉速系統來適應給水系統的阻力和流量要求，有效減少給水調節閥的流量損傷，降低主汽的壓力，減少給水泵耗電量。例如：某電廠137.5MW機組電動給水泵通過優化分析，在負荷為85MW實現滑壓運行，與定壓運行相比，無論是在主蒸汽壓力、給水泵出口壓力、給水泵處理流量，還是在給水泵轉速以及給水泵電功耗上，滑壓運行的功耗均較低，能節省約520kW的電功率，取得顯著節能效果。

6.結語

隨著我國的大型火力發電機組的增加和不斷投入使用，大部分的煤炭能源將用來維持發電。通過對汽輪機主要輔機的運行優化，尋求最具有安全性和經濟性的運行方式來提高輔機設備的效率和能量轉化率，提升總體的發電能力，降低成本，節約能源。本文針對目前大型火力發電機組輔機的主要設備系統的運行方式分析，提出對火力發電機組節能措施，提高機組的運行效率具有一定的積極作用和意義，值得參考。

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作者簡介：劉振盛（1979.3-），男，寧夏銀川市人，大專學歷，工程師，研究方向：電力工程。