淺談電廠集控運行汽輪機運行的優化措施

王偉

【摘 ?要】隨著市場經濟的快速發展和各行各業的日新月異變化，對電能的需求越來越大。這對電廠規模提出更高要求的同時，也對汽輪機的運行提出了更高的要求。本文重點探討了電廠集控運行汽輪機運行的優化措施。

【關鍵詞】電廠集控運行;汽輪機運行;優化措施

目前，我國經濟發展對能源的需求量較大，我國電力行業應不斷提高自身發電能力及效率。各電廠應優化和創新汽輪機配汽方式、汽輪機啟停等，從而使汽輪機能高效運行。這不但延長了汽輪機的使用壽命，降低了安全隱患，而且提高了發電效率，提高了電廠的經濟效益，緩解了我國電力資源供需矛盾，從而為社會經濟發展與人們生產生活提供良好的支持及保障。

一、電廠汽輪機工作原理

汽輪機的動力是蒸汽動力，其主要應用在火力發電廠。汽輪機具有壽命長、效率高、功率大的優點。汽輪機主要由聯軸器、動葉片、葉輪、主軸、隔板和氣缸等組成。汽輪機的種類很多，其根據氣缸數量、用途、熱力能力、工作原理和構造不同分為多類。汽輪機的用途多為船用汽輪機、工業汽輪機、電站汽輪機等。汽輪機具有流量大、高效、連續的優點，其功率比復式蒸汽機功率大。

1、沖動原理。沖動原理是通過蒸汽噴嘴中的蒸汽經過動葉氣道時改變方向，使其作用于汽輪機葉片，讓葉輪轉動.進而讓熱能轉化成機械動能。而發動原理則是汽輪機中的蒸汽作用于汽輪機葉片，形成氣道內膨脹并且不斷地加速葉片轉動，從而使葉片旋轉做功。

2、反動作用原理。汽輪機在運行工作的過程中，氣道內蒸汽會加速膨脹，強大的氣流對動葉片產生強大的反動力，進而推動葉輪做出機械功。在沖動原理的作用下，動葉氣道內的氣流主要是發生方向上的改變，不會出現膨脹加速的情況;但在反動作用原理下氣流既會發生方向上的改變也會進行膨脹加速。汽輪機根據它本身的工作原理將熱能轉化為機械能，在整個工作運行中，蒸汽在噴嘴中發生膨脹、降低壓力，從而增加速度。

二、集控運行概念

火電廠中傳統的控制方式以單元控制方式為主，對發電設備實施控制。這種方法在技術領域存在較大局限，不能保證發電設備的統籌形式。在技術不斷進步和發展下，自動化系統已經不斷實現，如：以DC S鍋爐汽機自動化控制系統、DEH汽輪機電液控制系統等，提高了火電廠在運行期間的控制方式。所以集成運行實現了多種控制系統的整合，以DCS為主要控制系統，將DEH、電力保護及車間輔控等系統進行結合，從而在火電廠生產的各個環節上實現集中控制，實現了火電廠在運行期間的高效性、穩定性及安全運行模式。

三、集控系統需求

1、在電網規模不斷擴大形勢下，它能提高電站的運行效率，實現自動化控制模式。

2、能對火電廠中的生產流程、生產設備進行集中控制，在整個平臺建設中，方便工作人員對電網負荷的預測，如果工作人員發現問題，還能及時對事故進行處理，從而提升實際的工作效率。

3、它能對火電廠中的生產環節進行集中控制，在多對一控制模式下，根據生產設備實際的運行狀況，能對設備的運行標準進行調整，實現設備在運行期間的工作效率。在集控系統中，操作人員能根據具體情況隨時進行調整，從而對發電設備的運行具有較大積極性。

4、集控系統和調度系統能保持完整、統一性，在二次變電設備不斷完善下，由于信息量產生的比較大，在自動化系統發展中，它能對相關信息進行采集，利用完善的系統進行調控。所以在集控系統與調度系統獨立運行下，不僅能實現優化改造方式，也能減少實際的運行成本。

四、電廠汽輪機的常見問題

1、汽輪機的啟停問題。汽輪機的啟停，其主要是通過轉子應力的變化來實現啟停過程，而在其正常運轉時，會使轉子表面的蒸汽參數出現升降的變化，轉子內部是比較不穩定的溫度場，因為會長時間正坐在高溫和高壓的情況下運轉，一旦參數設置出現問題，就會導致在啟停過程中對設備損耗較大，久而久之就會降低汽輪機的工作效率，并縮短其工作的年限。

2、汽輪機的機組能力問題。汽輪機的汽閥是影響汽輪機能耗的主要原因。汽輪機的氣閥分為兩種，單閥調節和順序閥調節。單閥調節的實現是由汽輪機

的蒸汽參數來直接調節和控制;順序閥的調節是由汽輪機的噴嘴來控制。但在汽輪機運行的過程中，單閥調節和順序閥調節都只能在氣閥壓力較小時才能運行;當氣閥壓力較大時，容易造成外缸變形和噴嘴變形，密封性和部分機組能力都會損失，造成的后果就是汽輪機機組耗能增大。

3、汽輪機的配汽方式問題。目前汽輪機的主要配汽方式是復合型配汽方式。在汽輪機工作的過程中，不同的階段需要不同的方式來運行汽輪機。在汽輪機的啟動階段或低負荷階段，只需要通過單閥的方式來使汽輪機運行，但低負荷階段的運作效率不高，也會造成耗能損失嚴重。在高負荷階段，可通過順序閥的方式讓汽輪機運行，其運行效率也較高。

4、電廠汽輪機輸水系統的問題。電廠汽輪機輸水系統的問題也是電廠汽輪機中的常見問題。疏水系統的結構及其設計比較復雜，運行中容易出現問題，且管理起來也很麻煩。汽輪機輸水管道的閥門很容易產生泄漏，高溫蒸汽遇到凝汽器，就會影響凝汽器的正常運行，降低汽輪機資源的利用率。另外，擴容器和疏水管之間的溫差也容易導致管道發生破裂，從而影響系統的正常運行。

五、火電廠集控運行的核心技術

實現電廠集控運行自動化，離不開高超的技術作保障。集散控制系統就是負責火電廠集控運行的系統，該系統不僅智能先進，綜合性極強，還十分新穎。配備集散控制系統的電廠需要具備很高的自動化生產水平，由此可見，集散控制系統的運用需要電廠有雄厚的技術支撐。傳統電廠的控制技術比較單一，已經逐漸不再適合現代化工業的發展。集散控制系統一改傳統單獨控制技術的模式和弊端，以更加先進的控制方式對設備進行集中控制和管理，實現了管理的自動化和智能化，減少人為監控存在的問題。通過這一系統所衍生的核心技術就是管控一體化技術。該核心技術重在“一體化”，結合了網絡技術和計算機技術實現了生產過程的智能控制。與人工監控相比，該技術實現了生產過程中的不間斷控制，同時融入通信技術、過程控制技術及4C技術，為實現電廠規模化運營和發展提供了重要的技術保障。安全第一，預防為主。火電廠涉及多個大型設備，如果不注意安全，一旦發生事故，后果不堪設想。4C技術就是為了有效預防事故的產生，提升系統安全指數。此外，4C技術還能提供數據作為參考依據，從而使集控運行更加科學合理，進而提高生產效率。

六、加強電廠集控運行的控制模式

1、分級階梯控制。分級階梯控制是一種集中控制外的單獨控制，二者并不矛盾。該結構屬于階梯型分層結構，能把所有的監控科學合理地分成不同的層次，這樣工作時就不會出現互相干擾的現象，各司其職，從而共同完成火電廠集控運行。

2、分散控制。分散控制與集中控制有著本質的區別，主要是針對各發電機組實行分層控制，這樣就會減少事故集中發生的概率，從而降低控制難度。分散控制實現了對發動機機組的單獨控制，進而改變了傳統發電機組控制存在的問題。

七、電廠汽輪機運行效率優化

1、回熱加熱器的優化。蓄熱式加熱器火電機組的正常運行起著重要作用，新系統的效率高于原系統。在優化渦輪機的所有水平上，蒸汽提取的能量水平存在差異。在這種情況下，只要抽取蒸汽的壓力較高，當改進的抽取蒸汽返回渦輪機時，將會做更多的工作。能力就越強，能級也就會越高。汽輪機的回熱系統可增強抽汽在汽油機內的做功效率，其影響主要表現在加熱器的上端差、下端差和抽汽壓損的變化上。新型優化系統可以是渦輪的更優化運行，因它具有合理的運行范圍，端差盡可能接近設計值。

2、汽輪機啟停問題的優化措施。在實際工作中可明顯看出，汽輪機頻繁的啟動或停機會導致大量能量的損失，而且還會對汽輪機的壽命產生不良影響，所以優化汽輪機啟停問題對提高汽輪機效率十分重要。例如：某發電廠火電機組汽輪機啟動方式為高中壓缸聯合啟動，具體表現為首先鍋爐點火并進行相應暖管工作，蒸汽參數達到沖轉參數后驅動汽輪機轉子升速，進行升速暖機，機組定速后發電機并列帶動負荷。然而在長期工作經驗和研究中發現，通過傳統啟動方式啟動汽輪機時，容易導致高壓缸排汽溫度過高的情況。而為降低其排氣溫度，可啟動汽輪機時調低再熱蒸汽壓力至0.5 MPa以下，該操作會幫助高壓缸排汽逆止門適當地提前開啟，增加進入高壓缸內的汽流量，從而將排氣溫度控制在合理范圍內，實現汽溫與缸溫的最優匹配，從而縮短機組啟動時間，減少工質的損失，提高經濟性。汽輪機停機方法有兩種，分別是額定參數停機與滑參數停機，兩種方式相比較可發現，滑參數停機法具有更明顯的優勢，該方法一方面能顯著增加汽輪機工作效率，另一方面還能盡早使用鍋爐機組的余熱發電，加速降低機組其他部件的溫度，這樣能有效減少能量的損失。

3、優化汽輪機的機組和循環水泵。首先要優化汽輪機的輔機設備，汽輪機的正常運作，離不開機組各部分的相互協調，只有各種輔助機器設備性能完好，才能整體提高汽輪機的發電效率。因此，對汽輪機機組輔助設備進行優化，在一定程度上可達到節約能耗、提高運行效率的目的。其次，要注重對循環水泵的優化設計。機組長時間在負荷的情況下工作和冷卻水溫度不變時，循環水的流量發生改變會影響到凝汽器壓力的改變，從而導致循環水泵的功能受損。循環水量的變化與凝汽器壓力的變化成反向變化，當水量增大時，凝汽器壓力變小，導致機組的出力增大，從而水泵的功耗也會增大。但水泵的功耗會與機組的出力相抵消，從而使凝汽器壓力值成為二者相抵消的差值。所以當凝汽器處于最佳壓力狀態時，循環水泵的運行狀況也最好。

4、對汽輪機組進行管理和維護優化。保證汽輪機組正常有效運行的重要步驟就是進行科學合理的維護和管理。在汽輪機工作啟動前，要對各個部件，系統設備進行嚴謹仔細的安全檢查和隱患排除工作。特別是對高壓設備的維護和檢查，對高壓管道進行及時的清理.維護良好的傳熱效率，從而減少不必要的能源損耗。

5、軸封系統的優化。汽輪機的軸端汽封又名汽輪機軸封，其作用是避免外界空氣進入汽輪機，也防止高溫高壓的蒸汽泄漏到外面，減小蒸汽泄漏量，然后減小化學補水量和避免高能位的工作介質向低能位活動。作為汽輪機必備部件，汽輪機的軸封漏汽丟失約占內部丟失的1/3左右。近年來，隨著汽輪機密封技術的不斷發展，汽輪機運行的安全可靠性和機組熱功率都得到了相應改進，能有效提高機組熱功率，減小燃料耗量，進而改進電廠的經濟性。

綜上所述，隨著能源需求逐步提升，火電廠在電能供應中的作用越發明顯。火電廠設備眾多，傳統控制方式主要以單獨控制為主，對電機、鍋爐和汽輪機進行分開控制。這樣的控制方式不但會耗費大量的人力物力，而且控制效率低下。而電廠集控運行模式雖具有諸多優勢，但若沒有積極做好相關的運維管理及運行優化工作，電廠集控運行也容易出現各類問題，所以，只有真正明確了電廠集控運行的目標，并總結電廠集控運行的策略，才能保證電廠集控運行中汽輪機發揮出應有的功效，從而提高電廠集控運行的整體效率和質量。

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（作者單位：神華國能寧夏煤電有限公司）