火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化研究

宋樹全

（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071）

汽機(jī)輔機(jī)作為機(jī)組的重要組成部分，對火力發(fā)電穩(wěn)定性有直接影響。在傳統(tǒng)技術(shù)條件下，汽機(jī)輔機(jī)自身功能性能不夠完善，在長期運(yùn)行過程中，容易出現(xiàn)問題，進(jìn)而導(dǎo)致汽機(jī)能量轉(zhuǎn)化效率下降。為提高汽機(jī)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要對汽機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并采用先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，確保各項(xiàng)指標(biāo)能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)要求。

1 火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行原理

火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)主要由抽氣設(shè)備、凝氣設(shè)備、冷卻設(shè)備等組成，在蒸汽能量向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化過程中，發(fā)揮著重要作用。其中，抽氣設(shè)備主要使用射流式抽氣機(jī)、容積式真空泵等設(shè)備。射流式抽氣機(jī)可以為汽機(jī)運(yùn)行過程中的高壓室蒸汽提供輔助，能夠抽取多余氣體，提高能量轉(zhuǎn)化效率。但是，射流式抽氣機(jī)的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，操作也較為煩瑣，目前多采用容積式真空泵。凝氣設(shè)備具體包括凝汽器、抽水設(shè)備和凝結(jié)水泵等設(shè)備。在汽機(jī)運(yùn)行過程中，凝氣設(shè)備可以在真空狀態(tài)下對凝結(jié)水、補(bǔ)給水進(jìn)行除氧，控制排氣口的真空狀態(tài)，從而提升汽機(jī)循環(huán)運(yùn)行的熱效率。此外，在火力發(fā)電廠汽機(jī)運(yùn)行過程中，還需要使用冷卻系統(tǒng)設(shè)備，輔助系統(tǒng)內(nèi)部溫度的調(diào)節(jié)。在汽機(jī)運(yùn)行中，供水系統(tǒng)主要在兩種模式下切換，即開式運(yùn)行與閉式運(yùn)行。在開式運(yùn)行模式下，采用直流型供水體系，在閉式運(yùn)行模式下則采用循環(huán)型供水體系，需要為閉式運(yùn)行模式設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，通常采用冷取水和噴水池形式。通過采用這些輔機(jī)設(shè)備，能夠?yàn)榛鹆Πl(fā)電廠的汽機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性提供保障，使其保持較高的熱效率。

2 火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行問題

2.1 輔機(jī)性能有待提升

在火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)的實(shí)際運(yùn)行過程中，仍存在多方面的問題。目前，許多火力發(fā)電廠的汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備性能不夠完善，在火力發(fā)電技術(shù)的快速發(fā)展下，輔機(jī)系統(tǒng)已經(jīng)成為實(shí)際生產(chǎn)中的薄弱環(huán)節(jié)。比如，在管網(wǎng)性能方面，由于汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備與管網(wǎng)結(jié)合性較差，導(dǎo)致部分設(shè)備的性能沒有得到充分發(fā)揮，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)引發(fā)故障問題，影響火力發(fā)電廠生產(chǎn)的安全性。

2.2 運(yùn)行故障控制不足

火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行控制技術(shù)較為落后，智能化水平偏低，在實(shí)際運(yùn)行過程中，難以發(fā)現(xiàn)故障隱患，進(jìn)而導(dǎo)致突發(fā)性故障問題的出現(xiàn)。特別是在社會(huì)電力供應(yīng)需求不斷增加的情況下，火力發(fā)電廠生產(chǎn)負(fù)荷水平較高，對汽機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性有嚴(yán)格要求。由于缺乏故障監(jiān)測與控制的有效手段，導(dǎo)致在實(shí)際生產(chǎn)過程中故障概率較高。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)需要改進(jìn)

在汽機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，由于設(shè)計(jì)人員對輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行原理不夠了解，缺乏對實(shí)際影響因素的考慮，導(dǎo)致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案存在不合理之處。在此情況下，設(shè)備經(jīng)過長時(shí)間的運(yùn)行，容易出現(xiàn)老化、故障問題。而且系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)導(dǎo)致汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備運(yùn)行能耗顯著增加，不符合火力發(fā)電生產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保要求，也需要對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作出改進(jìn)和優(yōu)化。

2.4 技術(shù)設(shè)備更新緩慢

受資金投入等方面的限制，目前，火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備更新較為緩慢，許多先進(jìn)的技術(shù)研究成果沒有在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用。在火力發(fā)電廠機(jī)組改造過程中，對輔機(jī)設(shè)備的更新和升級不夠重視，部分火力發(fā)電廠中老化嚴(yán)重的設(shè)備仍然繼續(xù)使用，容易增加故障隱患，威脅實(shí)際生產(chǎn)過程中的安全性和穩(wěn)定性。因此，應(yīng)盡快對火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)設(shè)備采取運(yùn)行優(yōu)化措施。

3 火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施

3.1 給水泵運(yùn)行優(yōu)化

針對上述存在的問題，在火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化過程中，應(yīng)綜合考慮輔機(jī)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面的需求，優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，更新技術(shù)設(shè)備，提高輔機(jī)設(shè)備功能和性能的完善性。在給水泵的運(yùn)行優(yōu)化方面，目前火力發(fā)電廠主要使用定速給水泵或變速給水泵。定速給水泵在運(yùn)行過程中依賴于鍋爐給水閥門調(diào)節(jié)，如果機(jī)組處于較低的負(fù)荷狀態(tài)，閥門節(jié)流損耗水平較高。變速給水泵相比定速給水泵具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢，其運(yùn)行過程負(fù)荷變動(dòng)轉(zhuǎn)速平移泵特征曲線，不需要調(diào)節(jié)閥門就可以改變水流量。

在發(fā)電廠生產(chǎn)負(fù)荷的變化過程中，可以自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。在具體的設(shè)計(jì)優(yōu)化過程中，應(yīng)考慮火電廠汽機(jī)輔機(jī)水泵系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)多種不同備用方式，并從經(jīng)濟(jì)性角度對水泵系統(tǒng)運(yùn)行效果進(jìn)行評價(jià)。一般情況下，備用給水泵在熱備用狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速應(yīng)維持在3000r/min 左右，從而保證水泵再循環(huán)流量。但是，這種方式也會(huì)增加蒸汽流量消耗，因此，在低負(fù)荷運(yùn)行工況下可選擇單泵運(yùn)行方式，提高水泵運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益。此外，考慮到水泵頻繁啟停會(huì)造成一定的能量損失，需要基于對實(shí)際生產(chǎn)過程的觀察分析，確定最佳的組合運(yùn)行方案，提高水泵運(yùn)行綜合效益。

3.2 回?zé)峒訜崞鬟\(yùn)行優(yōu)化

火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，需要回?zé)峒訜崞魅繀⑴c機(jī)組運(yùn)行，如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，則切除發(fā)生故障的一個(gè)或多個(gè)加熱器。此時(shí)，如果未關(guān)閉回?zé)峒訜崞髋月烽y門，容易出現(xiàn)加熱器進(jìn)水流入其他支路的情況，進(jìn)而引發(fā)泄露問題，對機(jī)組正常運(yùn)行造成影響。從以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來看，在故障時(shí)切除回?zé)峒訜崞鳎瑫?huì)導(dǎo)致給水泵水溫出現(xiàn)大幅度下降，低于正常給水水溫，從而導(dǎo)致汽機(jī)循環(huán)吸熱效率下降。如果僅切除低壓加熱器，可能給汽機(jī)機(jī)組運(yùn)行帶來其他影響問題。比如，在切除火電機(jī)組低壓加熱器后，機(jī)組標(biāo)準(zhǔn)煤耗會(huì)出現(xiàn)明顯增加。如果再出現(xiàn)旁路泄露問題，則會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行效益。因此，在汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化過程中，應(yīng)重視回?zé)峒訜崞鞯膬?yōu)化。具體可以根據(jù)汽機(jī)抽氣壓力等級確定優(yōu)化措施，在抽氣壓力等級較低的情況下，需要通過緩慢提升壓力打下，提升抽氣量。同時(shí)，應(yīng)將回?zé)峒訜崞鞫瞬钭兓刂圃诤侠矸秶鷥?nèi)，如果端差變化較大，會(huì)導(dǎo)致出水溫度下降。引起端差變化問題的主要原因是傳熱面結(jié)垢或抽氣側(cè)密封不嚴(yán)，需要對這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查和處理，從而確保回?zé)峒訜崞鞯倪\(yùn)行效率。

3.3 循環(huán)水泵運(yùn)行優(yōu)化

在循環(huán)水泵優(yōu)化方面，汽機(jī)輔機(jī)中的凝汽器設(shè)備運(yùn)行壓力會(huì)隨著循環(huán)水流量變化而發(fā)生變化。因此，循環(huán)水流量變化會(huì)對循環(huán)水泵功耗水平產(chǎn)生影響，在流量遞增的情況下，凝汽器壓力下降，機(jī)組功率較大，循環(huán)水泵功能水平也較高。當(dāng)流量超過一定水平后，循環(huán)水泵功耗的增加還會(huì)抵消機(jī)組功率的增加，進(jìn)而產(chǎn)生不必要的能源浪費(fèi)。為了使訓(xùn)話水泵保持最佳運(yùn)行狀態(tài)，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，需要根據(jù)火電廠機(jī)組配置的循環(huán)水泵數(shù)量，對其流量進(jìn)行連續(xù)優(yōu)化調(diào)整，并采取試驗(yàn)方式確定不同優(yōu)化方案下的凝汽器工況變化以及循環(huán)水泵功耗變化情況。最終結(jié)合機(jī)組負(fù)荷、處理增加值等計(jì)算結(jié)果，確定機(jī)組最佳運(yùn)行背壓，從而確定循環(huán)水泵的最佳運(yùn)行方案。

3.4 凝汽器運(yùn)行優(yōu)化

在火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)中，凝汽器的功能是對汽機(jī)排放的蒸汽進(jìn)行凝結(jié)，供鍋爐重新使用，從而形成循環(huán)系統(tǒng)。在排氣口處還需要利用抽汽設(shè)備使其保持真空狀態(tài)，這是汽機(jī)能夠穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵條件。因此，凝汽器運(yùn)行狀態(tài)對汽機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性有重要影響，無論機(jī)組處于何種運(yùn)行工況，都需要保持其內(nèi)部真空。目前，許多火力發(fā)電廠均采用噴射式真空抽氣器，根據(jù)其介質(zhì)的不同，可分為射水式和射汽式兩種，其區(qū)別在于采用不同的壓力介質(zhì)抽取真空。雖然兩種方式工作原理相同，但是射水式抽氣器的運(yùn)行效果相對更好。在火力發(fā)電廠凝汽器運(yùn)行優(yōu)化過程中，可以采用更加先進(jìn)的真空泵代替抽氣器。真空泵的應(yīng)用優(yōu)勢在于工作效率高，在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，真空泵抽取真空的時(shí)間僅為抽氣器的1/3 左右，能夠明顯提升機(jī)組啟動(dòng)效率。但是，真空泵的成本也相對較高，需要考慮經(jīng)濟(jì)方面的因素，逐步更換真空泵。另外，在真空泵的使用過程中，要防止出現(xiàn)泄漏問題，如果發(fā)生泄漏，會(huì)嚴(yán)重影響真空泵運(yùn)行安全性。總體而言，通過積極更換汽機(jī)輔機(jī)技術(shù)設(shè)備，對其運(yùn)行結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可以明顯改善輔機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行效果。

4 結(jié)語

綜上所述，目前火力發(fā)電廠汽機(jī)輔機(jī)在運(yùn)行過程中還存在多方面的問題，需要從其運(yùn)行原理出發(fā)，對各功能系統(tǒng)做出優(yōu)化和改進(jìn)。通過對給水泵、回?zé)峒訜崞鳌⒀h(huán)水泵等主要技術(shù)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行優(yōu)化，可以提升汽機(jī)輔機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，提高能量轉(zhuǎn)化效率，減少不必要的能源浪費(fèi)，從而提升火力發(fā)電廠生產(chǎn)的綜合效益。