發電廠汽機運行的維護要點與措施探討

鐘鑫良

廣東拓奇電力技術發展有限公司，廣東東莞 529822

火力發電是當前國內主要的發電方式之一。火電廠的汽輪機組屬于一個整體，其運行原理就是利用鍋爐燃燒器將煤的化學能轉變為蒸汽動能，蒸汽經由噴嘴進入到汽輪機組中帶動設備運轉，最終轉換成機械能，達到發電目標。對于火電廠來說，汽機對整個發電過程有著直接影響，其運行狀態在很大程度上決定著生產效率。因此，加強發電廠汽機運行的維護具有重要意義。文章主要探討發電廠汽機運行的維護要點與優化措施。

1 火力發電廠汽輪機工作原理

汽輪機的盤車裝置有著較為復雜的工作原理，鏈條通過電機的帶動作用實現轉動，然后齒輪相互配合，向汽輪機大軸盤車傳遞動力。現階段，汽輪機的盤車裝置主要分成兩種模式，即自動投入與手動投入。前者的工作原理為：助油泵可以產生一定油壓，當油泵開啟時，在出油壓力上升至某一數值后會有啟動信號出現，盤車控制臺在接收在這一信號時就會打開電磁閥帶點，由此產生一定動力，當該動力超出盤車的彈簧阻力時，齒輪就開始運轉，大盤車齒輪受帶動作用開始轉動；后者的工作原理與前者類似，但在工藝上更為簡單。助油泵產生的油壓達到一定數值后產生啟動信號，盤車控制室在接收到這一信號時，通過人工轉動拐臂杠桿，杠桿在旋轉至某一角度后實現齒輪運動，在齒輪運轉的情況下，大軸盤車的齒輪也開始運動。對于工作狀態下的汽輪機，如果盤車自身運轉時產生的扭力小于其齒輪受到的氣壓數值，盤車的大軸齒輪和其余齒輪之間就會有一個相反力產生，二者相互分離，以此平衡汽輪機盤車裝置的連桿及各個齒輪。

1.1 級的工作原理

在汽輪機的級內部，蒸汽能量會轉變為機械能，據此可將汽輪機的級分成速度級、沖動級與反動級這三種。速度級的工作原理為：噴嘴中的蒸汽受熱后膨脹，對膨脹后產生的動能進行分次利用。動葉通常有兩列；沖動級的工作原理為：噴嘴中的蒸汽受熱后膨脹，由于噴嘴流道的截面積會慢慢變小，蒸汽運動速度越來越高，其產生的動能也越來越大。相較于沖動級，反動級的動葉、靜葉內部蒸汽都會產生膨脹。在這種反動作用下，動葉流道內部的蒸汽流動速度、流動性能等均有所提升。理論上看來，在條件相同的情況下，雙列速度級的做功能力約等于沖動級的3～4倍、反動級的6～8倍。如果汽輪機組中無法使用多級汽輪機，當蒸汽等熵焓降比普通的沖動級（反動級）能夠利用的有效限度更大時，選用速度級[2]。

1.2 多級汽輪機原理

由于單級汽輪機對等熵焓降的有效利用值較小，因此發電廠通常使用多級汽輪機，以此實現等熵焓降有效利用值的提升。相較于單級汽輪機，多級汽輪機具備以下兩個突出特點：第一，運行階段的汽輪機在特定條件下，下一級能有效利用上一級的余速損失；第二，每級的等熵焓降總和要比汽輪機整體等熵焓降大，并且其比值大于1。基于以上因素可以得知，多級汽輪機的總內效率要比每級平均內效率高出很多。

2 發電廠汽機運行的維護要點與優化措施

2.1 汽輪機的運行現狀

要想對汽輪機組的經濟性能進行有效改善，可分別從汽輪機組的設計環節、制作環節及安裝環節入手，對其運行效率進行優化。汽輪機組的運行成本往往取決于其運行狀態，如果在汽輪機運行過程中沒有意外情況，并且所有的數值指標都在規定要求內，不會對機組運行的經濟性造成很大影響；如果汽輪機組在運行階段的數值指標超出規定要求，不僅增加生產成本，更重要的是影響生產安全。

針對機組散熱損失、端差以及給水旁路來說，如果系統的回熱加熱器無法滿足其正常運行的要求，火電機組在運行時需要回熱加熱器系統的相關部件參與，一旦回熱加熱器出現故障，可能引發許多問題。例如：如果加熱器旁路門密閉不嚴造成泄露問題，可能會導致加熱器系統由旁路進水，導致火電機組的正常運行受到很大影響，進而降低汽機機組的熱經濟性能；如果加熱器的上端差過大，會降低其出水溫度，導致這一級的抽氣量大大減少，從而增加高一級加熱器的抽氣量。反之，如果加熱器的下端差過大，這一級抽氣量就會顯著增加，從而減少低一級加熱器的抽氣量；在切除加熱器之后，相較于規定的給水溫度，此時給水泵輸出水的溫度會明顯降低，從而大幅度降低系統循環的平均吸熱溫度，嚴重影響循環效率。一旦加熱器旁路出現泄漏問題，泄漏程度越嚴重，機組運行的經濟性能越低。相較于小旁路泄漏，大旁路泄漏會造成更大影響。此外，如果利用疏水泵作為加熱器疏水的切換方式，在缺乏疏水備用泵的情況下，一旦疏水泵出現故障問題，疏水會向加熱器中流動，不僅如此，故障狀態下的疏水泵可能導致疏水向凝汽器中直接排入，這些都會對機組的正常運行造成不利影響[3]。

2.2 汽輪機運行的維護要點與優化措施

第一，優化凝汽器真空抽氣系統。抽氣設備的選擇要考慮實際情況，優化真空抽氣系統。對汽輪機排放的蒸汽進行處理，使其凝結成水后再次提供給鍋爐使用，并將抽氣設備設置在排氣處，確保其維持在真空狀態，這就是凝結器真空抽氣系統的主要功能。在機組運行過程中，要求凝汽器內部處于必須處于真空狀態。作為汽輪機輔機的重要組成，凝汽器真空抽氣系統屬于一個整體，直接影響到機組運行效率和運行安全。機組的啟動、運行以及停機都離不開抽氣設備，以此確保凝汽器內部的真空狀態不受破壞。噴射式真空抽氣器是一種動量傳輸泵，通過文丘里效應所產生的高速射流，將氣體向出口輸送，按照使用介質的差異，噴射式真空抽氣器主要分為三種，包括液體噴射真空泵、氣體噴射真空泵以及蒸汽噴射真空泵，其分別利用壓力水、非可凝性氣體以及壓力蒸汽作為動力，在工作原理上具有很大的相似性。部分發電廠通過水環真空泵抽取真空，其應用效果更好。原有的抽氣系統設備經常出現故障問題，如果真空系統大量漏氣，往往會導致水環真空泵出現過載問題，破壞整個汽機機組。在該系統進行優化時，應當確保凝結器內部維持在真空狀態，以此實現機組運行效率的提升，保證運行安全，減少運行成本。優化后的抽氣系統能夠實現發電廠熱力循環效率的有效提升，現階段已經得到了較為普遍的應用。

第二，優化回熱加熱器。在汽機機組運行過程中，回熱加熱器發揮著不可替代的作用。隨著科學技術的進步，回熱加熱器系統也越來越完善，工作效率較之以前有了很大提升。優化后汽輪機在抽氣能級上存在一定差異，能級會隨著能力的增加而增加。通過優化回熱系統提高汽輪機內部抽氣的做功效率，優化內容包括加熱器的抽氣壓力損失、下端差以及上端差。優化后的回熱加熱器系統能夠有效改善汽輪機的運行狀態，提高機組運行效率。

第三，優化給水泵。定速給水泵是原有電動給水泵的運行方式，主要是通過調節鍋爐給水閥實現運行。在這種情況下，一旦機組處于低負荷運行狀態，會導致較大的閥門節流損失。給水泵的變速調節原理為：對水泵轉速進行調整，能夠將水泵的性能曲線改變，當管路曲線不改變時，對工作點進行調整，以此優化給水泵的運行方式，以變速調節代替定速調節，無需利用給水調節閥實現給水流量的改變，尤其是在低負荷運行狀態下，具有顯著的節能功效。此外，這種調節方式還能實現氣動泵組運行成本的節約，具備良好的經濟性。

2.3 發電廠汽輪機的發展趨勢

隨著社會經濟不斷發展，汽輪機在發電廠得到了普遍應用，不但有效提高了發電廠的生產效率，而且推動了整個電力行業發展。目前電力行業已經將研究重點放在了大型汽輪機組的研制和開發上，尤其是末級葉片的加長。針對汽輪機的研究工作，另一重要目標是實現其熱效率的提升，其研究內容包括二次再熱、更高的蒸汽參數、調峰機組的研究等。利用新材料、新技術與新工藝改善汽輪機性能，設計出效率更高、運行成本更低、生產更安全的汽輪機，并將其推廣應用到電力行業中，以此滿足人們的生產生活對電力資源的需求，實現國民經濟可持續發展。

3 結語

綜上所述，社會經濟的發展帶動了電力行業發展。近年來，國內對電能需求量越來越大，能源緊缺局面也越來越嚴重。在這種情況下，提高能源利用效率進行發電，已經成為電力行業研究的重點。因此，優化當前汽輪機發電方式、提高其發電效率具有重要意義。發電廠應當認真研究機械設備，包括凝汽器、回熱加熱器以及給水泵等，采取有效措施進行設備優化，盡可能提高汽輪機組的生產效率，在滿足當前電力需求的基礎上，有效實現能源節約，緩解能源壓力。