影響汽輪機經濟運行的問題原因分析及處理措施

王軍強 鶴壁鶴淇發電有限責任公司

隨著我國市場經濟不斷發展，能源市場的競爭也愈加激烈，熱電廠想要提高經營效益、市場競爭力，就必須減少不必要的浪費，降低運營能耗。熱電廠在運營中，主要是將化學能轉變為電能、熱能，在轉化過程中會損耗掉大量能耗，節能降耗成為熱電廠降低運營成本的關鍵點，提升能源轉換率是熱電廠節能的重要手段。汽輪機作為熱電廠運營中的重要設備，并且汽輪機作為能源消耗大戶，應重點做好汽輪機的節能降耗工作。

一、汽輪機結構形式及工作原理

（一）汽輪機簡介

目前，發電廠通過天然氣、煤炭等不可再生資源來產生電能。發電的具體過程是通過燃料的燃燒過程來產生較大的熱量，而在水的加入后將會產生一定的熱蒸汽，這些熱蒸汽可以有效地將化學能轉化成熱能。在高壓熱蒸汽的作用下，汽輪機將持續運轉，這些熱能也將轉變為機械能，從而形成循環過程，達到更好的汽輪機運轉效率。汽輪機使用機械能來轉化為電能，而這些電能將被傳輸到發電廠。現階段，我國的發電廠包括天然氣發電廠、工業廢料發電廠、余熱發電廠、燃煤發電廠等，而汽輪機主要使用在火力發電廠的發電工作中。汽輪機的基礎結構包括低壓缸、中壓缸和高壓缸三個部分。現階段也有一些汽輪機的設計是將中壓缸和高壓缸結合在一起。汽輪機同樣也包含一些輔助結構或者是系統，如潤滑油、給水系統等，所以其結構十分復雜。

（二）工作原理

汽輪機運行可以分為沖動原理與反動作用原理，其中沖動原理主要是利用動葉氣道改變蒸汽噴嘴中的蒸汽方向，利用蒸汽推動葉片轉動，完成能量轉換。反動作原理則是通過汽輪機運行過程中氣道內的蒸汽不斷膨脹，對葉片形成反動力，推動葉片轉動。反動作原理與沖動原理不同的是，其既會改變蒸汽方向，同時蒸汽在氣道內也會不斷膨脹，因此，汽輪機的運行狀態更加穩定，運行效率更高。

二、影響汽輪機經濟運行的問題原因分析

（一）汽輪機油系統故障與處理措施

故障分析：在汽輪機運行期間如果油溫度過高，超出設定溫度后就會出現油溢出現象，導致系統故障。同時由于油溫度過高導致油箱冷卻水的溫度升高，冷卻水的水壓就會急劇下降，從而導致系統故障。處理措施：首先，檢查閥門是否松動，若出現松動情況時需及時將其擰緊；其次，檢查內部系統是否堵塞，若出現堵塞情況需及時疏通；最后，檢查系統零件是否破損，若出現破損情況需及時更換。

（二）汽輪機的震動異常問題

汽輪機通過轉子、主軸聯軸器等結構來進行旋轉，而在轉子轉動的過程中會產生一定的震動現象，該震動將會通過結構來傳遞，使得汽輪機整體發生震動情況。由于機械設備由多個結構聯結而成，所以汽輪機的震動現象是正常的，同時也具有一定的震動范圍。而汽輪機的震動異常問題所指的就是在其工作過程中，汽輪機的震動頻率超過了相應的范圍，使得汽輪機各部件加速磨損，進而使得汽輪機提前老化和報廢，影響到發電效率以及成本。這是一種汽輪機原本就存在的故障，并不是汽機運行后才引發的，而是原來自身的條件就包含著。首先轉子存在設計缺陷導致加工存在偏差，此時也易造成安裝偏差，最終導致機組中轉子質量偏心的存在。在運行中因動平衡精度不高，只進行低速動平衡時離心力較小，但轉子不平衡質量離心力會隨著轉子轉速的提高以轉速的平方關系增加。隨著轉子轉速的不斷上升直到達到工作轉速時，轉子的這一離心力要迫使機組振動，從而造成600MW汽輪機振動過大。原始質量不平衡故障特征可總結為：轉子振動是與轉速同頻的強迫振動，在一定轉速下振動是比較穩的。定振動幅值隨轉速及振動理論中的共振曲線規律變換，在臨界區達到最大值。

（三）汽輪機葉片問題

汽輪機葉片的故障原因有很多，其中最為常見的原因就是蒸汽的品質問題。其次就是葉片自身的結構和緊固問題。最后，機組運行狀態也會對汽輪機葉片產生影響。而機組低壓級葉片在實際運行過程中，末級葉片出汽邊的水沖蝕損傷已成為影響大機組安全運行的普遍問題，應給予高度重視。出汽邊水沖蝕所造成的后果不僅使葉柵的氣動性能惡化，級效率降低，還會改變葉片的振動特性，導致機組發生強烈振動，而且可使級效率下降，增加了末級葉片斷裂的危險性。當斷落的葉片落入凝汽器時，會將凝汽器管束打壞，使凝汽器內循環水漏入凝結水中，還會造成轉子失去平衡或摩擦撞擊產生劇烈震動。

（四）汽輪機調速系統故障與處理措施

故障分析：汽輪機調速系統主要由閥門、閥桿、閥套等結構構成，這些結構會在一定程度上影響調速系統的運行，當汽輪機經過長時間的運行后，調速系統的閥桿上就產生鹽垢，從而增加汽輪機的負荷，導致汽輪機出現磨損引發設備故障。此外，劣質機油也會影響系統潤滑性，在嚴重的情況下會導致系統漏油，從而引起設備卡澀造成系統故障。

三、汽輪機經濟運行問題的解決措施

（一）配汽方式優化

汽輪機采用復合型配汽方式，只有當汽輪機處于高負荷狀態運行時，才能保持較高的運行效率和較低的能耗，但在汽輪機啟動或者低負荷狀態運行時，損耗比較大，運行效率不高。針對這種情況，可以考慮采用三閥式配汽方式，這種配汽方式不僅可以有效分擔運行負荷，同時對于調節級要求相對較低，節能效果良好。三閥式配汽方式下，無論汽輪機處于高負荷運行狀態還是低負荷運行狀態，都能實現有效調節，并且三閥式配汽方式流通性能良好，瞬間轉換效率較高，可以有效降低能耗。

（二）運行過程優化

汽輪機運行過程的優化需要根據實際運行負荷變化采用“定→滑→定”的方式對汽輪機進行調整，在不同發電負荷下采用不同的運行方式。當處于高負荷狀態時，以改變通流面積的噴嘴進行調節；當處于低負荷狀態時，采用定壓調節，這樣可以確保鍋爐機組的正常運行。

（三）給水泵優化

目前，給水泵普遍采用定速給水的運行方式，這種方式的缺陷是導致較大節流損失。給水泵的優化需要技術人員根據平移泵曲線以及變動速度設計變速給水的運行方式。相較于定速給水，變速給水的運行方式可以有效解決調節閥控制水流量問題，可以降低汽輪機在低負荷運行狀態下的能耗，具有一定的節能效果。

（四）汽輪機機組盤車裝置自投困難故障處理

在汽輪機機組運行期間，可采取的處置與防范措施有：參考汽輪機機組潤滑油系統使用說明書有關要求，根據電廠實際情況對軟啟動器相關運行參數進行調節，原啟動時間為4.0s，經調節后為6.0～8.0s，原啟動電壓為40.0%，經調節后為70.0%；在汽輪機機組潤滑油系統控制回路中設置旁路按鈕，負責跨過軟啟動部分直接啟動。在旁路按鈕作用下，一旦發生緊急情況，且具備外部啟動條件，可以人工方式掛上盤車并投入運行，對解決因啟動力矩不足所致盤車裝置自投困難問題有非常重要的意義；在汽輪機機組滑停期間，應當注意對主汽輪機溫度以及再熱器溫度溫降速率進行嚴格控制，一旦監測到溫度發生異常改變，需要及時切換至打閘停機狀態，這對于預防盤車裝置自投困難問題有非常積極的意義。

（五）汽輪機組振動問題應對措施

600MW汽輪機沖轉過程中，必須就地嚴密監視600MW汽輪機轉速的變化及機組聲音、振動、各軸承溫度等變化情況。應確認高壓缸通風閥在打開位置，并嚴密監視高壓缸排汽口金屬溫度變化。沖轉升速過程，禁止利用“調節器設定”進行手動方式增減轉速。及時調整高低壓旁路系統，按啟動曲線控制汽溫、汽壓。及時調整排汽裝置熱井、除氧器水位，注意軸封壓力的變化。沖轉過程中禁止在臨界轉速附近停留，振動超限保護拒動時應立即打閘停機，投入連續盤車，檢查大軸彎曲值，待大軸彎曲值回到原始值并檢查機組無異常、連續盤車時間足夠（應不少于4小時）后方可重新啟動。嚴禁降低轉速暖機或強迫升速。在中速暖機前軸承振動不得超過30μm，過臨界轉速時，軸承振動不得超過80μm，軸振不得超過150μm，當軸承振動達100μm或軸振達250μm時，應緊急打閘停機。

（六）汽輪機運行優化

汽輪機啟動時，應根據汽輪機的啟動曲線科學選擇啟動參數，汽輪機啟動前會經過預熱暖機，因此會增加并網時間，提高了啟動時的耗電量，增加了發電成本。因此，啟動時可以先開啟旁壓維持內部壓力，之后手動打開真空門。該開啟方法可以有效增加蒸汽量，提升暖機運行速度，啟動時間也會有所縮短，保證膨脹差值在可控范圍內，減少并網周期。汽輪機運行中，應采用“定→滑→定”的方式操作，確保汽輪機在低負荷運行下提高鍋爐燃料的燃燒率、水循環效率。還可以控制液偶水栗轉速，保證汽輪機組運行效率。“定→滑→定”操作方式可以適應在負荷變化幅度較大的情況下保持汽輪機組運行效率，實現一次性調頻控制。通過優化操作方法有助于凝結器的有效控制。

四、結語

綜上所述，降低汽輪機運行能耗對提高整個熱電廠運行經濟效益有著重要意義，其不僅能夠提高熱電廠能源利用率，還可以降低經營成本以及污染問題。當然，為了進一步加強熱電廠的節能降耗性能，除了要對汽輪機進行調整、改造，還應對整個運行系統進行定期維護，在日常工作中不斷總結經驗，降低能量損耗，保障熱電廠運營整體效益。