電廠汽輪機運行中節能降耗措施的研究

何任

摘 要：國家發改委、能源局共同發布的《電力“十三五”》中指出，于2016-2020年期間淘汰部分落后火電，同時要求經改造后的燃煤發電機組供電煤耗不得高于310克，并實現超低排放。根據目前的情況來看，大部分老舊電廠離這一目標仍有較大差距。探索和研究節能降耗措施已迫在眉睫。因此，文章從限制汽輪機效率提升的因素入手，分析其作用機理，最后提出相應解決措施。

關鍵詞：電廠；汽輪機運行；節能降耗；解決措施

汽輪機作為電廠的主機設備之一，其性能特性及運行策略將直接影響電廠的效率和經濟性。而汽輪機及輔機設備組成的非常復雜，為實現節能降耗，需根據其工作原理及相關理論探究限制汽輪機運行效率提升的主要因素[1]。

1 限制汽輪機效率提升的主要因素

1.1 汽輪機缸效率

汽輪機是將水蒸氣的熱能轉化為機械能的設備，其轉換效率直接決定汽輪機的缸效率。然而在運行中，汽輪機的實際效率往往大大低于標定值，而不論是何種原因導致其效率下降，最終將導致汽輪機整體耗能增加。其中，汽封密封性的優劣直接影響著汽缸的運行效率。

1.2 汽輪機組通流性能

通流部分是指汽輪機本體蒸汽通道，由高壓缸、中壓缸、低壓缸及高壓配汽機構組成。隨著長時間的運行，通流部件會出現積垢問題。此時，汽輪機通流部分性能與初始設計值將會出現偏差。由于機組的通流性能與汽輪機效率是成正比的關系，該種偏差將影響汽輪機組的熱力特性。

1.3 汽輪機主蒸汽壓力和溫度

汽輪機設計與運行過程中，主蒸汽的壓力和溫度是兩個最重要的參數。在實際運行當中，主蒸汽溫度與壓力產生變化，將影響整個發電機組的經濟性與安全性。例如，當機組處于主蒸汽溫度不變，壓力降低的工況時，會導致：（1）汽輪機可用焓減少，耗汽量增加，出力不足，熱經濟性下降；（2）對于需要抽氣供給的小汽輪機與除氧器而言，由于主蒸汽壓力過低導致抽氣壓力隨之下降，使得小汽輪機與除氧器都無法正常運行。

1.4 凝汽器汽側真空低、換熱效果差

凝汽器真空較低、換熱效果差是影響汽輪機運行效率的另一個重要因素。而造成這兩種情況的主要原因是：（1）管束的排列不科學；（2）管束堵塞及管束表面結垢；（3）真空泵運行效率低。

1.5 汽輪機啟動、運行、停止的操作誤區

在汽輪機受熱的過程中，如何通過科學的加熱方式，使溫度處于最佳的狀態是個關鍵的問題。由于通常大家都只注重了快速的啟動汽輪機，而往往忽視了汽輪機的合理溫度，導致很多的時候啟動方法錯誤，造成汽輪機出現各種問題。

2 電廠汽輪機運行節能降耗應對措施

2.1 汽封換型

導致汽輪機組熱耗高的一個重要原因是汽輪機的汽缸運行效率低。汽輪機通流間隙是否合理、汽封密封性的優劣直接影響著汽缸的運行效率。部分電廠的梳齒式汽封為結構落后的傳統汽封，它的安裝間隙較大，密封效果不佳，這將顯著降低汽缸的運行效率。因此，選擇合理的氣封形式，科學調整通流間隙是提高汽輪機缸效率的有效途徑。目前，汽輪機最常用的氣封類型有七種：梳齒型汽封、側齒型汽封、刷式汽封、蜂窩型汽封、接觸型汽封、DAS型汽封、布萊登汽封。這七種氣封類型各有優缺點，采用何種類型應根據具體電廠的實際情況，充分考慮改造效果和設備運行的可靠性[2]。

2.2 通流部分節能降耗措施

2.2.1 通流部分濕蒸汽沖洗及化學沖洗方法。針對通流部件會出現積垢問題，在此提出兩種沖洗方法，濕蒸汽沖洗與化學沖洗方法。在處理通流部分的積垢時，將轉子吊出，置于備妥的支架上，首先使用高壓水或溶劑進行濕沖洗，之后用刮刀、砂紙等工具手工清除，清除積垢時要葉片的保護。濕蒸汽沖洗是最常使用的清洗措施，它是將清洗裝置（減溫減壓器）產生的飽和蒸汽通入汽輪機，在運轉狀態下沖洗積垢，積鹽被濕蒸汽中凝結水帶走而得以清除，對垢層是鹽和SiO2混合物的積垢，當溶于水的化合物被沖掉后，不溶于水的SiO2垢層會隨之瓦解而被除去。在特殊情況下，當濕蒸汽沖洗不能有效清除硅垢時（濕蒸汽沖洗方法不能徹底清除積垢），可以用化學沖洗，化學沖洗是在沖洗蒸汽的基礎上加入化學藥品進行沖洗，如加入NaOH溶液。但化學藥品會腐蝕通流部分的構件，當時用化學沖洗時，應嚴格控制添加劑的濃度、溫度，并在最后用純凈的濕蒸汽進行二次沖洗以避免殘留的化學藥劑對葉片產生腐蝕。

2.2.2 低壓缸排氣通道優化節能改造。國產汽輪機低壓缸排汽通道普遍存在一定的結構設計缺陷，這就是在排汽通道內部設計安裝了7號、8號低壓加熱器；此外，還安裝了大量的支撐鋼架和抽汽管道。此種結構既加大了汽輪機低壓缸排汽的阻力系數，同時使凝汽器汽側排汽場的汽流分配嚴重不均，甚至產生渦流場。這種不合理的結構是致使凝汽器換熱效率低、真空低的一個重要原因。針對這一問題，根據Fluent流場模型在通道內部安裝排氣導流板。

2.3 加強汽輪機的運行管理

汽輪機在運行過程中可以采用定—滑—定的運行方式。就是在高負荷區域下，改變通流面積。在低負荷下，使用低水平的定壓調節。而在中間負荷區，根據實際情況來加減負荷，使得汽門的開關處于滑壓運行狀態。為了提高給水溫度和投入率，減少加熱器端差，應該在高負荷運行時適當提高汽輪機的主汽溫度、主汽壓力。

2.4 汽輪機冷端改造

2.4.1 凝汽器改造。針對凝汽器換熱效率低的問題，可以采用基于先進三維計算流體力學開發的新型管束布置（可以采用基于流體力學軟件優化的管束布置），可以增大管束邊界、降低汽側邊界流速、縮短汽流流程、均衡凝結負荷、疏通不凝結氣體抽氣通道、消除不凝結氣體滯留區、提高換熱效能。

2.4.2 真空泵提效改造。由水環式真空泵組液體流程可知，工作液在泵組內部是一個密閉的循環過程；工作液在循環過程中，由于抽氣混合加熱和泵輪的不斷攪拌，溫度會不斷上升，當溫度太高，接近或達到真空泵入口負壓的飽和溫度時，工作液在泵體內將發生汽化，真空泵將會降低出力或無法正常工作，嚴重影響汽輪機低壓缸排汽的真空度，降低機組運行經濟性，因此真空泵組必須配置冷卻系統，以便及時補充冷卻工作液。

2.5 汽輪機的啟動、運行以及停止的正確操作

汽輪機的啟動：在此過程中，汽輪機都要經過漫長的余熱階段，這將增加熱能的消耗，導致運行效率下降。對此，采取的應對措施是先開旁壓，使壓力始終維持在2.5MPa～3.0MPa左右，然后手動開啟真空破門，保證真空度維持在65～70KPa左右。

汽輪機的運行：若想提高燃料的燃燒效率以及在低負荷情況下較好的保持鍋爐內的水循環，我們需要采用定、滑、定的方式來使汽輪機運行，這樣才能在負荷不穩定的情況下對機組實現一次性調頻的需要，進而減少壓力損失，提高能源的使用效率。

汽輪機的停機：只有對汽輪機進行檢修時才能停機，停機時要設置合理的參數，保證汽輪機的關鍵部件不會出現緊急停機，最終達到延長汽輪機運行壽命的目的[3]。

3 結束語

文章通過分析汽輪機缸效率、通流部分性能、主蒸汽溫度與壓力、排氣溫度等因素對整體發電機組節能性與經濟性的作用機理分析，并針對其存在的問題，提出了多項節能降耗措施。如汽輪機氣封換型、汽輪機冷端改造、氣缸通流性能改造等。此外，科學合理的啟動、運行、停止操作同樣能實現能源節約。

參考文獻

[1]李學忠，孫偉鵬.汽輪機運行[M].中國電力出版社，2014.

[2]李曦濱.提高沖動式汽輪機效率的幾種設計方法[J].發電設備，2005，19（2）：73-77.

[3]張寶，吳方根.電廠熱力系統節能分析方法的現狀與展望[J].節能，2004（6）：11-13.