基于火力發電廠汽機輔機優化的研究

宋彥峰

（中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京 100011）

基于火力發電廠汽機輔機優化的研究

宋彥峰

（中國神華煤制油化工有限公司北京工程分公司，北京 100011）

在火力發電廠中，汽機屬于一個有機的整體，其在運行中十分復雜，因而往往需要輔機輔助其高效的運行。為了更好地確保整個發電機組得到高效的運行，就必須切實注重汽機輔機優化工作的開展，這樣才能更好地將成本降低，達到降本增效的目的。

火電廠；汽機；輔機優化

1 優化火電廠汽機輔機運行的必要性分析

當前，我國正處于能源戰略發展的升級轉型關鍵時期，為了更好地適應國家能源發展戰略的需要，就必須切實注重能源結構的優化和完善，盡可能地促進能源利用率的提升。而電能是促進國民經濟得以發展的根本性動力，作為新時期背景下的火電廠，在生產能源的同時又在消耗大量的能源，所以為了更好地確保供電質量和供電的可靠性，所安裝的發電機組的容量較大，提升水電作用，更好地將電力發電的能耗和煤耗降低。而這就需要對發電廠之間的負荷進行合理的分配，切實將廠用率與電網的損耗降到最低。就需要在日常運行中始終注重節能降耗原則的實施，并多火電廠的汽機輔機的運行進行不斷的優化和完善，才能更好地將其能耗降低，促進節能降耗目標的實現，確保火電廠安全可靠的運行[1]。

2 火力發電廠汽機輔機優化對策分析

2.1 切實加強變頻器技術改造工作的開展

為了更好地優化火力發電廠汽機輔機的運行，筆者以下結合某火電廠的實際，對其在變頻器技術改造工作方面的實踐進行分析，從而達到優化運行的目的。

2.1.1 優化改造的目的分析

A火電廠發電機組中，工頻循環水泵、蝶閥出口，且在其位置主要是全開和全關。在調節冷卻水時，主要是循環水臺數的開啟數量和循環水泵的高速與低速的控制。然而因為季節性出差異使得經常泵流量難以達標的情況。如果同時啟動2臺循環泵將導致流量和能耗較大的問題。在采取高速和低速控制時要么是流量不足，要么是流量過大，導致汽機真空穩定度不夠，運行的方式缺乏經濟性，導致其浪費成本。水泵流量和轉速的關系是：Q=N；壓力和轉速的關系是：P=N2，軸功率與轉速的關系是：W=N3。當泵速下降時，其流量就會下降，功率也會下降。因而水泵的節能就在于科學的調速，切實加強變頻調速技術的應用，才能更好地促進節能降耗目標的實現。

2.1.2 改造的過程分析

在改造過程中，以確保系統安全可靠運行為目的，盡可能地對其結構進行優化，并對其結構進行優化，簡化其操作和降低改動量降到最低，才能更好地強化對其的設計，尤其是應在確保變頻器故障時也不會出現機組停運的事故。所以需要在改造方案中切實注重以下工作的開展：

（1）基本方案分析

在本次技能改造中，主要采取“一托”、變頻、工頻三者自動式的切換，利用原有高壓電動機及斷路器，而變頻器與電動機，主要是依靠動力電纜連接起來，最后一次動力系統結構如圖1所示。

圖1 動力系統結構示意圖

從圖1可以看出，在這一方案中，三個高壓開關主要是循環的對誰能進行工頻切換。而QF2與QF3的關系為電氣、邏輯閉鎖，避免變壓輸出側和6kV變壓側短路。循環水泵變頻運行之后，操作QF3，并將QF1合閘之后，方能將變頻器啟動，從而循環水泵處于工頻運行狀態。在工頻運行過程中，將變頻器的QF1和QF3關閉，閉合QF2（循環水泵的旁路開關）。而QF為循環水泵原有高壓開關。和QF1和QF2配備了6kV保護，在處于變頻運行狀態時，其QF1保護動作，不會從變頻切換到工頻。工頻運行時QF2保護動作，不會從變頻切換到工頻。QF3設備保護裝置，通過其監視控制回路，避免出現合閘之后又跳閘的問題，才能及時的將其保護作用發揮出來。改造過程中應保留原有電機和高壓開關，增設高壓變頻器一臺，將變頻調速系統和DCS系統有機結合。初期運行階段，利用DCS系統，結合發電機組的負荷以及外界的氣溫和凝汽器的真空度調節DCS的輸出值。此時這一輸出值又會給變頻器反饋4~20mA的標準信號，并結合具體的頻率得出其相應的定值，通過變頻器，比較輸出量與DCS給定速度的大小，針對性的自動化的調節電機的轉速，實現循環水泵轉速開環控制。而且隨著運行年限的增加，在積累大量信息數據之后，就能結合機組實際負荷，對輸入量進行綜合測量，實現電機轉速閉環控制。

（2）精選變頻器

在明確變頻方案的基礎上，還應精心的選擇變頻器，才能更好地促進其節能功效的提升，最終達到優化運行的目的。在選擇過程中，應注意以下幾個方面的工作：

一是將高壓變頻器置于現場高壓電機和開關柜之間，變頻器部件在內部進行連接，而高壓輸出、輸入、電源控制、信號控制等線實施高效連接。二是整個變頻器應符合電網工況的需要，主電源應比額定電流高15%~35，掉電20s內不停機，瞬時失電五個周期能滿載運行且不會跳閘。三是所選變頻器應具有較高的輸入功率因素，在網側內不用添加補償功率因素的裝置。同時也不會破壞電機及其電纜絕緣層，將電機諧波、軸承和葉片的機械式振動降到最低。四是其功率電路采取模塊化的設計，而高壓主回路和控制器之間采取光纖進行連接，就能有效的確保其連接的安全可靠性。五是所選的變頻器具有較強的經濟優勢和節能優勢，通過對循環水泵進行變頻控制改造，當機組負荷能有效的降低，從而節約更多的電能。且在變頻調速之后，不管是采取何種工藝技術，均能對轉速進行調整，從而確保系統始終處于額定狀態下工作。而應用變頻調速系統則能有效的將電機轉速降低，不僅啟動緩慢，而且轉速較低，就能有效的將零部件使用壽命延長，從而更好地將其給管道帶來的沖擊降到最低，將其維修成本降低的同時促進其運行效率的提升。六是調速過程中通過變頻器加強設備的控制，這樣機組在自動化運行的同時針對性的進行保護和調整，此時操作也會從手動變成自動化的監控，才能將勞動強度降低，促進其生成效率的提升，實現其運營效率的最優化。而隨著變頻調節功能的發揮，將系統軟啟動之后，此時啟動電機，其電流要小于額定電流，所需啟動的時間較長，因而一般不會給電網帶來沖擊，能降低機械轉矩對電機的機械損傷，提高其使用壽命。

2.2 優化輔機運行現狀的對策

在對輔機進行變頻器節能改造的同時，為了更好地對輔機運行狀態進行優化，就需要對其從以下幾個方面努力。

一是在水量方面。在本改造工程中，主要是對啟動給水泵汽輪機進行改進，采取濕式冷卻方式，循環冷卻主要是對汽動給水泵凝汽器和輔機進行循環冷卻，根據其在循環冷卻水方面的要求，對循環冷卻水的水量進行優化和完善，具體的就是循環水冷卻倍率采用 60 倍。

二是在水泵方面，主要是對機組輔機的循環水泵進行改造，主要選用了四臺輔機循環水泵，其中三臺處于運行狀態，另外一臺則是備用。與循環水泵對應的出口均需要聯鎖液控止回蝶閥，當循環水泵正常啟動后，打開液晶止回蝶閥，同時做到泵停閥閉，此時循環水泵和液控止回蝶閥則能實現就地控制啟停，利用集中樓控制室得出循環水泵與液控止回蝶閥所處的運行狀態進行顯示。

四是對輔機的循環水系統進行改造時，主要是對其管路進行優化，盡可能地減少彎道，從而更好地確保整個循環水的進出口暢通[2]。

2.3 尖峰冷卻系統改造

2.3.1 改造過程

對機組切改后運行水量的改造，在改造過程中，由于利用原來的管道在尖峰冷卻系統中的作用是冷卻，在水量計算時，需要將2臺循環水泵同時開啟，管道流速2.5m/s，循環水泵阻力就會相應的增大，這就需要對機組尖峰的冷卻量平衡計算。在改造過程中，應在核算工況和確定干球濕度以及排汽量和排汽焓以及原背壓的基礎上，對直接空冷系統冷端、尖峰凝汽器系統冷端進行計算。

在計算直接空冷系統的冷端時，由于其直接空冷島的制造屬于機密，因而其設計資料完全空白，所以只能按照常規的直接空冷施工圖配置的要求，加強對夏季運行背壓值的計算。這就需要結合尖峰冷卻系統的冷凝氣量進行針對性的計算。在直接空冷系統的冷端對其背壓值進行計算時，應緊密結合直冷施工圖的配置需要，估算直冷系統在設置尖峰冷卻后的背壓值，由于其結果與實際運行參數難免存在偏差，所以必須強化對其的核算。

而如果是在尖峰凝汽器系統冷端計算。主要是將機組冷卻塔三格作為改造的對象，其循環系統中，冷卻幅高位8℃，冷卻溫差為9℃，間更凝汽器為4 500m2。此時，為了估算峰冷系統在設置尖峰冷卻后的背壓值，由于其結果與實際運行參數難免存在偏差，所以必須強化對其的核算。

2.3.2 改造后運行思路的分析

夏天屬于用電的高峰期，為了滿足機組滿負荷運行的需要，盡可能地提高其發電效率，同時降低直接空冷島的運行背壓，將冷端散熱性能提升，以原有空冷機組為載體進行濕冷尖峰冷卻系統設計，并利用這一系統的冷卻器吸收空冷機組的排汽，肌力通風濕冷循環水，將空冷機組排汽熱量進行冷凝處理，而剩下的乏汽則利用原來的空冷島進行冷卻。但是為了確保其用電率降到最低，就需要緊密結合環境溫度和季節的變化，明確尖峰冷卻系統停運的需要。才能更好地促進其高效的運行，這就需要在運行過程中切實注重以下工作的開展：

一是濕冷尖峰冷卻系統在投運時，其運行環境溫度應超過15℃，同時將系統的中的尖冷循環水泵啟動。二是當啟動機組=450MW時，且其運行環境溫度超過27℃，就需要將尖峰冷卻系統中的兩臺循環水泵啟動運行。如果需要啟動的機組負荷為600MW，那么其環境溫度超過31℃時，就需要在尖峰冷卻系統中采取兩臺以上的單尖冷卻循環水泵啟動運行。三是在尖峰冷卻系統運行過程中，就需要對單泵和雙泵運行的方式進行不定期的改變和優化，將尖峰冷卻內部擾動增大，這樣就能有效的促進管束內部污垢沉積的情況進行優化和完善。四是當尖峰冷卻系統中的兩臺循環水泵同時運時，空氣冷凝器的冷卻風機將達到最大的轉速，在機組運行時，其背壓將會升高，此時就需要應用其噴淋系統，但是必須對噴水的流量進行控制，一般每年在170t以下，并做好相關的記錄。當噴淋系統投入運行之后，當降低除鹽水箱水位后，首先就需要保證機組補水性能的高效發揮，且在需要時能及時的將噴淋系統運行停止，再利用背壓強化機組處理，尤其是運行的機組背壓在靠近28kPa時，應注意背壓變化，若有需要還應增開一臺真空泵。五是在直冷機組運行時，應切實強化對其的堅持，確保空冷代的每個冷卻單元的隔斷門處于關閉狀態，當背壓在22kPa下時，亦或是凝結水的溫度低于64℃時，應及時的停止噴淋系統的運行。但是系統運行溫度小于15℃，就需要及時的停止吸氧運行，尤其是當其運行溫度在2℃以下時，則需要強化對其的防凍[3]。

3 結語

綜上所述，火力發電廠汽機的輔機類型較多，本文主要從循環水泵的改造為切入點，并以節能降耗的需要，切實加強對其運行進行優化，強化變頻節能改造，注重冷卻用水量的控制，才能在滿足其高效運行的同時達到節能降耗的目的，促進整個發電廠的運行效益得到提升和優化。

[1] 凌建波.對火力發電廠汽機輔機優化的探討[J].科技風，2011，（24）：9.

Research on Optimization of Steam Turbine Auxiliaries Based on Thermal Power Plant

Song Yan-feng

In the thermal power plant，the turbine is an organic whole，which is very complicated in operation，so it is often necessary to assist the auxiliary operation.In order to better ensure that the entire generating units to be efficient operation，we must pay attention to the optimization of the development of turbine auxiliary work，so as to better reduce the cost，to achieve the purpose of efficiency.

thermal power plant；turbine；auxiliary machine optimization

TM621

A

1003–6490（2017）05–0138–02

2017–04–06

宋彥峰（1972—），男，吉林吉林人，工程師，主要從事火力發電廠施工管理方面的工作。