現代熱電廠汽輪機及其輔機設備節能降耗的研究

(中機國能江山熱電有限公司，江蘇 324123)

0 引 言

對于火力發電廠而言，汽輪機組及其輔機設備給水泵是生產過程中能源消耗最主要的一部分，所以想要實現節能降耗減排的目標，就必須對汽輪機組及其附屬設備進行技術改造。隨著科學技術的發展，更多的電力生產技術也投入了使用，對于很多老舊的電廠已經開始關停，目前國家正鼓勵采用背壓式汽輪機組的熱電廠進行城市及工業供熱。但是對這些熱電廠來說也是機遇。下面文中對傳統的熱電廠提出的一些技術改造的建議，希望對這些電廠的節能降耗減排積極和推動的作用。

1 對給水泵系統的節能改造

目前大部分熱電廠均采用電動給水泵，電動給水泵的耗電量約占機組發電量的3.1%左右，占廠用電的四分之一。是電廠耗電最大的輔機設備，降低其耗電量對降低廠用電率有重要意義，并且對背壓機組而言電動給水泵改造的空間也非常大。

目前所有火力發電廠給鍋爐上水采用的方式有三種，用工頻電動機帶動給水泵的叫做定速給水泵，使用變頻器改變電動機轉速從而改變給水流量的給水泵叫做變頻給水泵，使用小汽輪機來進行驅動的給水泵叫汽動給水泵。定速給水泵的能量損失是最大的，因為要保證鍋爐給水又無法調節給水流量，因此采用這種方式無一例外的都會出現“大馬拉小車”的現象，造成能源浪費。變頻給水泵的優點是利用頻率的變化來調節給水泵的轉速，從而保證給水壓力和流量在合理的范圍內，避免的能源的浪費同時也降低了給水泵的功率，從而達到節能降耗的目的。汽動泵較電動給水泵的優點是直接使用蒸汽將熱能轉化成機械能，電動給水泵的能量轉化過程時熱能-電能-機械能，所以避免了能源中間損耗，汽動給水泵同樣可以通過改變進氣流量來實現給水流量的調節。

以75 t/h高溫高壓鍋爐帶背壓式汽機發電機組電廠中的汽動給水泵為例，由于熱電廠采用背壓機組，鍋爐縫合實施，鍋爐負荷根據使用一臺630 kVA的變頻器來控制給水泵的給水流量時，其能夠給鍋爐提供85 m3/h的給水流量，當給水母管壓力為13 MPa時，計算出的汽使用的電量為每小時560°。如果改用440 kW的汽動給水泵，同樣把鍋爐給水母管壓力調整為6.9 MPa，把汽動給水泵、定速泵及除氧器設備設定成M組，把定速泵、變頻泵及除氧器設為N組，使除氧器水位壓力穩定，汽動給水泵的排氣能夠被除氧器再次使用。經過精確計算和比對，最后的結果為M組耗氣是5.7 m3/h，N組耗電為350 kW·h，耗氣量為5.4 m3/h。而且以改造兩臺定速給水泵為例，如果改造成變頻給水泵投入的成本可能需要90萬元左右，如果改造成一臺44 kW的汽動給水泵投入的成本低于30萬元。由此看來汽動給水泵在用電量和投入成本方面都有巨大的優勢，所以我建議火力發電廠特別是小型供暖熱電廠應該在保證給水壓力的前提下將一部分定速給水泵改造成汽動給水泵。

2 嚴格控制水汽品質，減少汽輪機葉片積鹽結垢提高運行效率

火電廠汽輪機、鍋爐、電氣等專業出現問題，可能會使機組短期、甚至瞬間出現停機事故，因此，各電廠都很重視這些專業；而水汽品質出現問題時，短期內不會出現任何異常，因此發電廠普遍不太重視水汽品質的監督。但如果水汽品質出現問題，積累到一定時間后，會降低鍋爐和汽輪機效率，影響電廠經濟運行，甚至會造成頻繁爆管事故。下面來通過一個具體的例子來看看水汽品質出現問題造成的后果有多嚴重。

山西某電廠2*600 MW汽輪機組汽包汽水分離器故障導致汽水不能正常分離，致使飽和蒸汽大量帶水。因為主蒸汽鈉表和比電導表長期沒有維護，導致測量值偏差大，所以一直都沒有察覺蒸汽帶水的問題，使汽輪機高壓缸大量積鹽。剛剛運行2年多后由于嚴重積鹽的原因，使汽輪機帶滿負荷的蒸汽流量從剛投產時的1 760 m3/h，上漲至1 890 m3/h 左右，噸煤產汽量按照16∶1計算，兩臺汽輪機組一年多消耗140 000 t煤。發現問題后，該電廠總結的原因為，化學專業對儀表的維護不到位，導致水汽指標長期超標而沒有發現造成短短兩年間汽輪機高壓缸就嚴重積鹽。由上可見，化學在線分析儀表的在火力發電廠中的確發揮很大的作用，但還存在不足。原因有以下幾點： (1)在線儀表日常維護差，缺少必要的儀表校驗制度；(2) 對化學儀表不重視，如果要設備安全運行必須保證化學儀表測量的穩定和可靠。時刻保證汽水品質在合格的范圍內，對火力發電廠的節能降耗有著重要的意義。

3 對除氧器排氣門的回收利用

目前火電廠中鍋爐給水的除氧工藝采用的幾乎都是熱力除氧法，區別只是除氧器的額定壓力及除氧流量不同。熱力除氧的優點是既能除掉給水中的氧氣，也能除掉給水中的其他氣體，而且沒有其他產物。使除氧器工作達到理想效果必須滿足兩個條件：(1)給水要加熱到其工作壓力下的飽和溫度，這是氣體在給水中溢出的必要條件；(2)要及時把溢出的氣體排至設備外。一般來說排氧門開度越大除氧效果越好，但是同時也增加了工質和熱量的損失。所以合理的排氧門開度具有保證好的除氧效果和減少工質和熱量浪費的雙重意義，但是從節能降耗的角度來講，即使保證了合理的排氣門開度，扔不可避免的損失掉一部分工質和熱量。同時對于在城市中心建設的熱電廠還帶來了噪音污染，其產生的噪音可高達125分貝，對周圍環境的影響極大。

3.1 余熱回收系統的改造方案及原理

通過加裝余熱回收裝置既可以解決噪音污染，還可以回收大量工質和熱能。設計方案是：對高壓除氧器的排氣回收采用FYW噴射式混合加熱器一臺，從除鹽水母管中改造一條支路到用低溫除鹽水將除氧器排出的低壓乏汽抽吸到混合加熱器中，與低溫除鹽水完全混合加熱，再打入疏水箱中。從疏水箱中回收的氧氣通過疏水箱排空直接排向大氣，根據氧氣溶解度定理可知，氧氣的溶解度和溫度與壓力有關，這套余熱回收系統不會降低除氧器的除氧效果。下圖是余熱回收系統的改在系統圖。

3.2 余熱回收后的經濟效益分析

按照位于城市中心的小熱電廠改造，除氧器出力為100 m3/h，除氧器壓力為0.49 MP，溫度為150 ℃。為了達到合格的溶氧量，一般除氧器都要保證0.8%-1.2%的排氣量。按照除氧器排氣量0.8 m3/h計算，兩臺除氧器的排氣量應該在1.6 m3/h左右，按照除鹽水的成本架5元每噸計算，系統每年運行8 000 h，節約的用水量折合人民幣約1.6×5×8 000=6.4萬元。按照廠燃燒用煤熱量3800大卡/千克，廠用煤價格為500元/t，每噸蒸汽的熱量約為66萬大卡，回收的熱量折合標煤大概為1.6×8000×66÷380=2 223 t每年，折合成人民幣約為111.2萬，兩項合計每年可節約人民幣約117.6萬元。

4 熱電廠背壓汽輪機在使用中的局限性及解決方案

4.1 用背壓排氣直接加熱補給水不經濟及改造方案

背壓汽輪機向外供汽時很少有凝結水返回，常常需要加熱大量低溫的化學補給水，為確保軸向推力在額定范圍內也不可能增加過多的回熱抽氣，因此只有用背壓排氣來加熱補給水再直接導入除氧器，加熱補給水需要的蒸汽量非常大，占機組排氣量的四分之一左右，加熱補給水所用的蒸汽如果能夠繼續在低壓機組中做功，能額節約很多耗電量，由此可見用其加熱補給水是很大的一筆浪費。我建議的解決方案是把背壓汽輪機的高壓排氣作為汽動給水泵的汽源，補給水的加熱使用氣動給水泵的抽氣和排氣作為熱源來提高經濟性。這樣就相當于在原來背壓汽輪機的后面又增加了一臺背壓式汽輪機，這樣既節約了熱源損失同時也減少了給水泵的耗電量。

4.2 軸封漏氣的損失及解決方案

因為背壓機組無凝汽器，所以其前后軸封壓差是背壓與大氣壓之差，這個壓力很大。若使用增加軸封齒數來減少漏氣量，會受到結構尺寸和制造成本的限制，而且如果軸封齒數本來就很多，再用這種方法的效果會漸漸降低。所以增加齒數的方法比較容易被限制，背壓汽輪機和凝汽式汽輪機相比除了壓差較大外，還沒有低壓回熱抽氣系統，不能引出并利用軸封漏氣，汽輪機組都設有軸封冷卻器，為了防止軸封漏氣流向軸承，寧可讓軸封外端有少量空氣漏入。所以還有軸封抽氣器的運行來維護冷卻器內的微負壓。微負壓使得軸封冷卻器的凝結水不能自動流出，還需要增加疏水泵來把凝結水打入除氧器。這樣就使得軸封系統復雜并且功耗大。我給出的解決方案是重新設計套筒表面采用凹凸結構，加工汽輪機主軸上汽封套筒，對原來的套筒更換，汽封環背面與軸封體之間裝NCr13彈簧片，利用其彈性使套筒與汽封環上汽封齒碰撞時有退讓余地，加裝全套軸封體、汽封環。為減少漏氣量，應調整汽封間隙0.15～02 mm。同時放棄受用軸封加熱器，設置除鹽水加熱器，用軸封漏氣加熱除鹽水。將疏水導入疏水箱，這樣疏水泵的功率會大大的降低。

5 結束語

汽輪機系統及其輔機設備的節能降耗有很多方法，因此我們要具體問題具體分析，不能盲目的對號入座，要選擇最合適的技術整改措施來對火力發電廠汽輪機組進行改造。 這就要求我們管理人員和技術人員在實際工作中細致耐心的鉆研和現場設備運行經驗的總結。并希望火力發電廠的技術工作人員能都得到啟發，把火力發電廠節能降耗的工作做到更好。