電廠集控運(yùn)行中汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化策略探討

葉 博

（國(guó)家電投集團(tuán)江西分宜發(fā)電廠，江西新余336607）

0 引言

隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程不斷加快，社會(huì)對(duì)電能的需求也顯著增加，為了保證社會(huì)日益擴(kuò)大的用電需求，在合理區(qū)間內(nèi)擴(kuò)大電廠數(shù)量和電廠規(guī)模的同時(shí)，更要保障現(xiàn)有電廠的穩(wěn)定高效運(yùn)行。在電廠集控運(yùn)行中，汽輪機(jī)作為核心部件，其運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和工作效率，會(huì)對(duì)電廠的發(fā)電效率和實(shí)際效益產(chǎn)生較大影響。在實(shí)際生產(chǎn)中，為避免發(fā)生影響汽輪機(jī)安全性和工作效率的問(wèn)題，必須持續(xù)對(duì)電廠集控運(yùn)行汽輪機(jī)開展優(yōu)化工作，使汽輪機(jī)能夠長(zhǎng)期安全高效運(yùn)行，保障電廠的發(fā)電效率和經(jīng)營(yíng)效益，進(jìn)而滿足社會(huì)對(duì)電能的需求。

1 電廠汽輪機(jī)概述

汽輪機(jī)是一種表面設(shè)有大量葉片結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)式蒸汽動(dòng)力裝置，該裝置主要將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。具體過(guò)程為：鍋爐將其內(nèi)部的水加熱后變?yōu)樗魵猓捎谝后w向氣體轉(zhuǎn)化的過(guò)程中體積快速膨脹，因此蒸汽沿管路加速進(jìn)入汽輪機(jī)，并從一定角度的噴嘴中快速噴向汽輪機(jī)葉片，推動(dòng)汽輪機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了熱能到旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。汽輪機(jī)的工作原理直接決定了它的特點(diǎn)和存在的問(wèn)題，即該設(shè)備具備單機(jī)功率大、熱效率高的特點(diǎn)，但同時(shí)也存在能耗損失較大、易發(fā)生機(jī)械故障等問(wèn)題。因此，針對(duì)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化的研究，對(duì)于提升電廠發(fā)電效率和經(jīng)營(yíng)效益以及降低發(fā)電能耗具有重要意義。

2 江西分宜發(fā)電廠汽輪機(jī)問(wèn)題分析

2.1 汽輪機(jī)配汽問(wèn)題

當(dāng)前江西分宜發(fā)電廠火電機(jī)組采用330 MW亞臨界單軸、三汽缸、雙排汽、凝汽沖動(dòng)式汽輪機(jī)。該型汽輪機(jī)采用復(fù)合型配汽方式，即在汽輪機(jī)不同的運(yùn)行過(guò)程中采用不同的配汽方式驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，以盡可能實(shí)現(xiàn)較高的工作效率，并降低能耗。具體如下：在高負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，選擇打開并調(diào)節(jié)順序閥驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行；在低負(fù)荷運(yùn)行及啟動(dòng)過(guò)程中，選擇打開并調(diào)節(jié)單閥門來(lái)驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)運(yùn)行。從能量損失方面來(lái)講，盡管從整體能耗看，目前該電廠復(fù)合型配汽方式的汽輪機(jī)能量損失已經(jīng)較小，但汽輪機(jī)處于低負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程時(shí)，仍存在能量損失過(guò)大的問(wèn)題。

2.2 汽輪機(jī)啟停問(wèn)題

決定汽輪機(jī)啟停的動(dòng)力源是其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子應(yīng)力變化。汽輪機(jī)在常規(guī)工作階段，其內(nèi)部轉(zhuǎn)子對(duì)自身所處環(huán)境的壓力與溫度要求較高，只有轉(zhuǎn)子一直處于合適的高溫、高壓狀態(tài)時(shí)，才能為汽輪機(jī)的正常運(yùn)行提供充足動(dòng)能。同時(shí)受實(shí)際工作條件的限制，汽輪機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子表面蒸汽的壓力與溫度無(wú)法保持絕對(duì)恒定，而是處于一定程度的波動(dòng)狀態(tài)，這使轉(zhuǎn)子內(nèi)溫度場(chǎng)十分不穩(wěn)定。因此，汽輪機(jī)的頻繁啟停會(huì)導(dǎo)致能量損失，同時(shí)也會(huì)減少汽輪機(jī)的壽命，為此，必須優(yōu)化汽輪機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程與停機(jī)過(guò)程。

2.3 重要輔機(jī)電耗高的問(wèn)題

江西分宜發(fā)電廠汽輪機(jī)組給水泵為6 kV電動(dòng)給水泵，電廠擁有3臺(tái)電動(dòng)給水泵，另外還有2臺(tái)循泵、2臺(tái)凝泵等6 kV大功率運(yùn)行設(shè)備，其運(yùn)行模式為均工頻運(yùn)行，具有運(yùn)行功率大、電耗高、啟動(dòng)電壓降大等特點(diǎn)，因此在日常運(yùn)行中存在一定程度能源浪費(fèi)和安全風(fēng)險(xiǎn)，造成電廠的生產(chǎn)廠用電率大大高于同類型容量機(jī)組的平均水平，對(duì)提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性不利。

3 針對(duì)江西分宜發(fā)電廠汽輪機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化策略

3.1 針對(duì)配汽問(wèn)題的優(yōu)化措施

為應(yīng)對(duì)江西分宜發(fā)電廠火電機(jī)組汽輪機(jī)因所受負(fù)荷突然發(fā)生變化，而導(dǎo)致能量損失過(guò)大的問(wèn)題，筆者根據(jù)多年實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提出以下優(yōu)化調(diào)節(jié)配汽方式的改善措施：把過(guò)去的復(fù)合型配汽方式（即汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，其配汽方式為由低負(fù)載時(shí)的單閥門調(diào)節(jié)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)楦哓?fù)載時(shí)的順序閥調(diào)節(jié)），改成更先進(jìn)的三閥式配汽方式（即汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，其配汽方式為單閥門調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)為順序閥調(diào)節(jié)，再轉(zhuǎn)為單閥門調(diào)節(jié)）。配汽方式更改后，能夠在配汽過(guò)程中更好地優(yōu)化負(fù)荷的作用，進(jìn)而使汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行過(guò)程中，其能量損失更低，汽輪機(jī)的工作效率更高，但在調(diào)節(jié)期間必須準(zhǔn)確校核調(diào)節(jié)級(jí)的大小。同時(shí)配汽方式調(diào)整為三閥式配汽后，系統(tǒng)能夠更有效地分擔(dān)負(fù)荷，從而獲得了比復(fù)合型配汽更優(yōu)秀的流通能力，能夠更加圓滑地轉(zhuǎn)變負(fù)荷運(yùn)行方式，降低系統(tǒng)轉(zhuǎn)變時(shí)的負(fù)擔(dān)，提升系統(tǒng)瞬時(shí)轉(zhuǎn)換效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滑壓運(yùn)行曲線的優(yōu)化，有效降低能量的損失。

3.2 針對(duì)汽輪機(jī)啟停問(wèn)題的優(yōu)化措施

在實(shí)際工作中可以明顯看出汽輪機(jī)頻繁的啟動(dòng)或停機(jī)會(huì)導(dǎo)致大量能量的損失，而且還會(huì)對(duì)汽輪機(jī)的壽命產(chǎn)生不良影響，所以優(yōu)化汽輪機(jī)啟停問(wèn)題對(duì)提高汽輪機(jī)效率十分重要。江西分宜發(fā)電廠火電機(jī)組汽輪機(jī)啟動(dòng)方式為高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)，具體表現(xiàn)為首先鍋爐點(diǎn)火并進(jìn)行相應(yīng)暖管工作，蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子升速，進(jìn)行升速暖機(jī)，機(jī)組定速后發(fā)電機(jī)并列帶動(dòng)負(fù)荷。然而在長(zhǎng)期工作經(jīng)驗(yàn)和研究中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)傳統(tǒng)啟動(dòng)方式啟動(dòng)汽輪機(jī)時(shí)，容易導(dǎo)致高壓缸排汽溫度過(guò)高的情況。而為降低其排汽溫度，可以啟動(dòng)汽輪機(jī)時(shí)調(diào)低再熱蒸汽壓力至0.5 MPa以下，該操作會(huì)幫助高壓缸排汽逆止門適當(dāng)?shù)靥崆伴_啟，增加進(jìn)入高壓缸內(nèi)的汽流量，從而將排汽溫度控制在合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽溫與缸溫的最優(yōu)匹配，從而縮短機(jī)組啟動(dòng)時(shí)間，減少工質(zhì)的損失，提高經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)停機(jī)方法有兩種，分別是額定參數(shù)停機(jī)與滑參數(shù)停機(jī)，兩種方式相比較可以發(fā)現(xiàn)，滑參數(shù)停機(jī)法具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，該方法一方面能夠顯著增加汽輪機(jī)工作效率，另一方面還能夠盡早使用鍋爐機(jī)組的余熱發(fā)電，加速降低機(jī)組其他部件的溫度，這樣可以有效減少能量的損失。

3.3 針對(duì)汽輪機(jī)輔機(jī)運(yùn)作問(wèn)題的優(yōu)化措施

由于汽輪機(jī)運(yùn)行中有較多的輔機(jī)，而重要大功率輔機(jī)的運(yùn)行效率和能量損耗對(duì)于汽輪機(jī)也有很大影響，所以必須優(yōu)化重要大功率輔機(jī)的工作方式，從而降低其能量損耗，提高運(yùn)行效率。針對(duì)江西分宜發(fā)電廠的汽輪機(jī)輔機(jī)功率大、電耗高等問(wèn)題進(jìn)行了以下優(yōu)化：通過(guò)改造大功率輔機(jī)的PLC控制變頻器，將分宜發(fā)電廠其中2臺(tái)大功率電動(dòng)給水泵、1臺(tái)凝結(jié)水泵以及1臺(tái)循環(huán)泵等6 kV設(shè)備的運(yùn)行模式，由工頻運(yùn)行改造為變頻運(yùn)行，以降低大功率輔機(jī)設(shè)備的能耗以及系統(tǒng)母管運(yùn)行壓力，提高設(shè)備的安全性與運(yùn)行效率。同時(shí)，考慮到發(fā)電廠備用輔機(jī)設(shè)備緊急運(yùn)行的安全性和可靠性要求，保留1臺(tái)備用設(shè)備維持工頻運(yùn)行狀態(tài)。經(jīng)2016年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分宜發(fā)電廠針對(duì)大功率輔機(jī)設(shè)備變頻改造后，其生產(chǎn)廠用電率由11.5%下降為10.2%，節(jié)能降耗效果明顯，有效提高了發(fā)電廠的實(shí)際發(fā)電效率和經(jīng)營(yíng)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

如今我國(guó)環(huán)境保護(hù)力度持續(xù)加碼，為更好地滿足社會(huì)的環(huán)保需求和日益增長(zhǎng)的電能需求，提升現(xiàn)有火電汽輪機(jī)組的發(fā)電效率是最高效的方式。本文以國(guó)家電投集團(tuán)江西分宜發(fā)電廠為研究對(duì)象，針對(duì)其存在的汽輪機(jī)配汽問(wèn)題、汽輪機(jī)啟停問(wèn)題和重要輔機(jī)電耗高問(wèn)題，提出了對(duì)應(yīng)的三項(xiàng)優(yōu)化調(diào)整措施，對(duì)于促進(jìn)汽輪機(jī)組的高效穩(wěn)定運(yùn)行，幫助提升該廠的發(fā)電效率和經(jīng)營(yíng)效益具有重要意義。