發電廠汽輪機運行節能降耗策略研究

鄭錫開

摘要：汽輪機節能降耗對提升發電廠運行效益有著重要意義，亦符合未來環境影響企業的發展趨勢。文章以當前國際能源形勢與環境問題為背景，以某電廠600MW汽輪機組為例，分析了造成發電廠汽輪機組能耗的主要因素，闡述了電廠汽輪機組節能降耗的原理，并提出了多種汽輪機節能降耗策略與措施，希望對類似電廠汽輪機節能改造有所助益。

關鍵詞：發電廠；汽輪機；節能降耗；國際能源形勢；環境問題 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2016）20-0082-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.20.040

國家多部門聯合頒布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃》（發改能源[2014]2093號）中指出：到2020年，所有在服役的燃煤發電機其能耗不得超過310g/kW·h，其中發電量在60kW·h及之上的機組能耗不能超過300g/kW·h，其他低發電量機組經過改良后均可達到大氣污染物排放標準。為確保這一目標的達成，對機組整機性能進行測試和診斷，找出節能突破口，尋找對比相關改造技術，使技術改造適當領先，投資經濟合理，最終選擇最優改造方案是非常必要和迫切的。

依據火電廠節能降耗的相關理論研究可知，實現機組效率提升的同時降低能耗應從下述內容入手：一是改進主副機組，提升主機發電效率；二是提升蒸汽初始參數，以提高熱循環的溫度均值；三是確保排氣壓力的持續穩定，避免冷源損失；四是提升熱循環效率，降低鍋爐換熱溫度差值；五是最大化降低熱力過程及熱交換中的換熱溫度差值；六是降低氣體與液體工質在流動中的熱量散發損失；七是降低內漏、縮減外漏；八是提高汽輪機內效率。

1 機組概況

我廠共有4臺機組，兩臺600MW和另兩臺660MW機組，機組類型為超臨界、單軸、凝氣式汽輪機組，輪機總數為四十二級，其中高壓轉子共八級；中亞轉子共六級；低壓轉子共二十八級。汽輪機選用壓合缸構造，兩個低壓缸采用對稱雙流反向布設。在進行全面維修前先對機組性能進行全面檢測，檢測結果顯示機組存在熱耗率過高，同設計值存在偏差，仍有一定節能空間。熱耗率屬于反應汽輪機綜合性能的參數指標，其由汽輪機自身性能、熱力系統運行狀況、設備參數多方面要素共同決定，這些數據同設計值之間的差距就決定著機組的真實運行狀況。

2 引起汽輪機能耗的主要因素

2.1 汽輪機本體方面

在進行上述機組的診斷試驗中，工作人員發現了問題：汽輪機各氣缸均無法實現內效率的達標，其中尤以低壓缸最為明顯；汽輪機通流時的溫度與壓力值相對較高；軸端、平衡盤及各級通流汽封性不佳。得出了該機組在額定參數和600MW銘牌功率下，熱耗率和設計值存在一定的差距，也就是汽輪機本體的一個重要性能指標——汽輪機缸效率低，對整個機組的煤耗造成了極大影響。

2.2 熱力系統方面

熱力系統與輔助設施存有的故障不僅會威脅機組運行安全，還會影響其經濟效益的充分發揮。其主要問題可歸納如下：一是冷卻端設備配置不齊，凝汽器真空度不足；二是回熱系統存在加熱差值大、加熱器運行水文異常；三是疏水系統設計不合理，閥門內漏明顯；四是熱力系統結構過于復雜，冗余過多，易出現內漏事故。

3 電廠汽輪機節能降耗應對措施

3.1 汽輪機組本體優化

3.1.1 安裝質量：在安裝質量方面主要體現在通流部分的間隙。電廠對這部分應該要重視，通過檢修調整是可以得到改善的。

3.1.2 葉片改進。各級動靜葉片均選擇新型高效變截面扭曲型葉片，以便于降低二次流損失，提升熱效率；低壓次末級拉筋型動葉更換為整圈自鎖阻尼型長葉片，以更好地保障末級葉片的運行安全。

3.1.3 汽封結構改進。將高壓葉片頂部兩齒平汽封形式更改為四齒高低齒汽封，以降低漏氣損失；對低壓末級及次末級動葉頂部增設汽封，并縮小動葉頂部間隔，縮減漏氣量的同時提升各級效率。

3.1.4 缸體改進。對各級內缸及靜葉持續實施優化改進，以提升各缸工作效率；對高壓進氣管實施彈性密封改造，增加密封環數量，以便減小漏氣損失。

3.1.5 調節級改進。選用高效平衡動葉并改良動葉圍帶結構，增多葉頂汽封齒數量，降低漏氣損失；靜葉選用子午端壁型線，降低二次損失。

3.2 對汽輪機熱力系統進行完善

熱力系統設計的合理與否直接影響著機組運行的安全與可靠。針對該系統開展合理的優化升級既有助于提升系統運行穩定性，還能夠減小能耗，節約成本，實現經濟效益的提升?？梢哉f，只有確保整個熱力系統長時間維持穩定且優良的運行狀態，才可以真正確保汽輪機整體經濟功能的全面發揮，因此針對熱力系統的改進應從下述三個方面著手：

3.2.1 在熱力系統的設計和使用中，針對其存在的工質利用率不足現象，應當最大化保障工質的回收再利用比率，全力規避工質的無端浪費，從設計層次提升能量使用水平，從而提升機組運行效率和經濟性效益。

3.2.2 閥門泄漏問題的治理。熱力系統存在的泄漏問題對于機組經濟性能的發揮亦有著巨大影響。根據國內外各電廠實踐表明這一問題對機組效能的影響雖大，但只需進行一定的小比例投入即可獲得良好改善?？梢哉f很多時候這一改進的產出比遠遠優于對通流環節的改造。有鑒于此，在節能降耗中應首先加強對閥門密閉性的管理。

3.2.3 合理調控加熱器端差。加熱器端差過大表明設備運行水文相對不足，其原因在于疏水閥門的調節不過關。通常來說，加熱器水位的不足會引發串氣現象，這會導致換熱管道的振動，進而引發閥門泄漏，對加熱器疏水管路造成損傷。鑒于加熱裝置水文控制精度的不足，在實際使用中應以下端差為控制標準，并適當上調報警警戒值。

4 工程實例分析

4.1 工程概述

2013年1月我門廠委托西安熱工院對1、2號機組進行節能診斷試驗，試驗結果明確了汽輪機本體熱耗方面存在的主要問題為：汽輪機汽軸封間隙大，造成級間損失，導致汽輪機缸效偏低、熱耗偏大。為更好的提升汽輪機的工作效率，公司成立汽軸封改造項目小組，對2號機組汽輪機本體原有汽軸封部件進行升級優化節能

改造。

4.2 改造實施

汽軸封改造項目小組除了抽派專業人員到具有相關改造經驗的國內電廠進行調研外，還多次邀請國內知名汽輪機汽軸封改造專家到場，就汽軸封改造技術的關鍵點及汽軸封的選型進行了充分分析、比較、探討，最后在選型方面決定選用東汽廠的DAS汽封、大連華鴻的側齒汽封、哈爾濱布萊登汽封混合改造。

此外改造項目小組還對汽軸封間隙值進行了優化調整。為了使汽封間隙調整更合理，保證機組在改造后能順利成功啟動，項目組與東汽廠家取得聯系，由廠家專門針對本次改造汽封間隙調整制定了優化調整方案，對原有汽軸封間隙值進行了優化調整，并要求施工隊伍在施工中嚴格按照新的優化間隙值進行汽軸封的安裝間隙調整，調整好后執行三級把關驗收制度，現場測量核實，簽字驗收，確保調整數值的準確性。

4.3 效果分析

改造后通過實際運行顯示：2號汽輪機組大修后汽輪機本體高壓缸效率為84.46%，較大修前83.86%提高0.6個百分點，比設計值86.73%低2.27個百分點；中壓缸實際效率為90.84%，較修前89.89%提高0.95個百分點，比設計值92.92%低2.08個百分點；高、中壓缸間漏汽率為2.3%，較大修前3.18%下降0.88個百分點；低壓缸效率為90.13%，較大修前86.51%提高3.62個百分點，比設計值93.19%低3.06個百分點。根據缸效率變化對機組經濟性的影響估算，汽輪機汽軸封改進使機組熱耗下降70kJ/kWh，發電煤耗率下降2.62g/kWh。數據充分證明2號機汽軸封改造取得了圓滿成功。

5 結語

汽輪機節能降耗是當下發電廠運行管理的重要內容，其對提升電廠運行效益有著重要影響。造成汽輪機能耗的因素是多方面的，包括汽缸工作效率、機組通流性、汽壓溫度、出力系數等，對汽輪機的節能減排要從技術改造與管理兩方面入手，通過多種措施手段穩固及提升汽輪機機組工作效率，降低其能量消耗。

參考文獻

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