電廠汽輪機通流改造項目節(jié)能量審核實例分析

文_韋媚媚 王豐 武漢市節(jié)能監(jiān)察中心

為貫徹執(zhí)行國家和地方有關(guān)節(jié)能法律法規(guī)、政策和標(biāo)準(zhǔn)，加強節(jié)能管理，落實各項節(jié)能措施，提高能源利用率，降低能源消耗量，鼓勵企業(yè)進(jìn)行節(jié)能技術(shù)改造，并由第三方節(jié)能量審核機構(gòu)根據(jù)《節(jié)能項目節(jié)能量審核指南》(發(fā)改環(huán)資〔2008〕704號）、《用能單位節(jié)能量計算方法》（GB/T13234-2018）等政策及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行節(jié)能量審核。在實際工作中，電廠相關(guān)節(jié)能技術(shù)改造項目較復(fù)雜、資料收集困難，節(jié)能量審核報告編寫有較多實際難點，現(xiàn)就電廠汽輪機通流改造項目節(jié)能量審核實例進(jìn)行要點分析。

1 項目現(xiàn)狀分析

武漢市某發(fā)電廠項目于1997年投產(chǎn)，使用的發(fā)電機為水-氫-氫發(fā)電機，額定容量為352.9MVA，由于使用多年，配置的汽輪機組已存在諸多不足之處。

在經(jīng)濟(jì)性方面，主要表現(xiàn)為通流效率偏低、經(jīng)濟(jì)性較差。汽輪機原額定工況下設(shè)計熱耗為7889.2kJ/kWh，高壓缸設(shè)計缸效率為85.48%，中壓缸設(shè)計缸效率為92.08%，低壓缸設(shè)計缸效率為89.19%。目前，國產(chǎn)亞臨界300MW汽輪機高壓缸、中壓缸、低壓缸效率設(shè)計值分別可達(dá)到 86%～87%、93%～94%、88%～90%。

在實際運行中，各缸通流效率均明顯低于設(shè)計值，經(jīng)濟(jì)性已明顯落后于國產(chǎn)同級別機組的水平。在安全可靠性方面，汽輪機組在運行過程中先后暴露出一些問題，威脅發(fā)電機組的安全生產(chǎn)。

汽輪機為亞臨界、中間再熱、高中壓合缸、雙缸雙排汽、單軸凝汽式汽輪機，額定功率為300MW，最大主蒸汽流量1025t/h。從熱力試驗報告數(shù)據(jù)看，在實際運行中，汽輪機額定負(fù)荷下高壓缸效率81.39%，比設(shè)計值85.48%低4.09%，中壓缸效率90.03%，比設(shè)計值92.08%低2.05%，低壓缸效率90.43%，比設(shè)計值89.19%高1.24%，汽機試驗熱耗8391.8KJ/kWh，修正后熱耗8195.6kJ/kWh，比設(shè)計值7900 kJ/kWh高295.6kJ/kWh，如表1所示。

表1 改造前汽機能效指標(biāo)實際值與設(shè)計值對比表

汽輪機通流性能不佳、結(jié)構(gòu)強度設(shè)計不完善，通流效率低下，影響了整個機組性能，使得供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗等能耗指標(biāo)偏高。因此對其實施技術(shù)改造，以期提高機組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，降低發(fā)電成本，提高發(fā)電廠技術(shù)裝備水平，勢在必行。

2 節(jié)能量審核要點

2.1 節(jié)能技術(shù)措施

經(jīng)綜合分析后，需著重解決噴嘴組實際通流能力偏大、高中壓通流級數(shù)偏少、高壓返流損失及汽封泄漏損失大、高壓調(diào)節(jié)級噴嘴及中壓第一級靜葉出汽邊沖蝕、中壓內(nèi)缸及低壓內(nèi)缸變形嚴(yán)重、高中低壓靜葉及動葉氣動性能不佳、低壓末段去濕及防水蝕措施不盡完善等問題。

結(jié)合國內(nèi)同類汽輪機通流改造工程實施情況及該電廠自身經(jīng)驗，并考慮機組技術(shù)特點及現(xiàn)狀、項目的投資、改造工作量等因素，汽輪機通流部分改造采用高、中、低壓通流部分全改的節(jié)能技術(shù)方案。

2.1.1 主要更換部件

高中壓通流部分：高中壓轉(zhuǎn)子，高壓內(nèi)缸，中壓內(nèi)缸，高壓噴嘴室、噴嘴組，高壓各級動葉，中壓各級動葉，高壓靜葉持環(huán)，高壓隔板（含靜葉），中壓靜葉持環(huán)，中壓隔板（含靜葉），高壓持環(huán)汽封、圍帶汽封，中壓持環(huán)汽封、圍帶汽封，高中壓平衡活塞汽封，高中壓過橋汽封，高壓軸封體及軸封，中壓軸封體及軸封等。

低壓通流部分：低壓內(nèi)缸，低壓轉(zhuǎn)子，低壓各級動葉片，低壓各級隔板（含靜葉），低壓靜葉持環(huán)，低壓隔板汽封、圍帶汽封，低壓軸封體及軸封等。

2.1.2 提高效率及出力

重新設(shè)計高壓調(diào)節(jié)級噴嘴，調(diào)整調(diào)節(jié)級噴嘴面積，提高調(diào)節(jié)級效率；將原高壓部分反流結(jié)構(gòu)改為順流結(jié)構(gòu)，消除因反流造成的氣動損失；適當(dāng)增加高中壓通流級數(shù)、分配各級焓降；同時更換轉(zhuǎn)子、內(nèi)缸、靜葉持環(huán)有利于動靜匹配及動靜間隙的合理調(diào)整，對各級動、靜葉型線進(jìn)行氣動優(yōu)化設(shè)計來提高其氣動效率，通過調(diào)整根徑實現(xiàn)各級速比的優(yōu)化，減小各級余速損失；重新設(shè)計新高中壓內(nèi)缸進(jìn)汽接管結(jié)構(gòu)及其密封形式，減小蒸汽泄漏；優(yōu)化設(shè)計內(nèi)缸、靜葉持環(huán)結(jié)構(gòu)，提高內(nèi)缸及靜葉持環(huán)（尤其是低壓內(nèi)缸）的剛度，合理選擇中分面密封措施，解決缸體變形導(dǎo)致漏汽量大、級間竄汽等問題；優(yōu)化低壓部分的去濕結(jié)構(gòu)，合理選擇低壓末級、次末級葉片防水蝕措施；優(yōu)化汽封、軸封的形式，調(diào)整其通流間隙，增加葉頂汽封齒數(shù)，以減小汽封漏汽損失。

項目改造后可使汽輪機高、中、低壓缸效率分別達(dá)到87%、93%、89%，熱耗率可降至7850kJ/kWh。結(jié)合汽輪機通流部分改造，對機組熱力系統(tǒng)及冷端系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并對鍋爐、發(fā)電機系統(tǒng)進(jìn)行消缺和匹配性完善，機組額定出力可提高至約320MW，機組最大出力會超過330MW。

2.3 改造方案優(yōu)點

①經(jīng)濟(jì)性：進(jìn)行汽輪機通流改造后，汽輪機熱耗降低，使得供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗降低，機組效率提高，出力增大，從而獲得節(jié)能效果。因而汽輪機運行經(jīng)濟(jì)性得到提高。

②安全性：重新設(shè)計調(diào)節(jié)級噴嘴及調(diào)節(jié)級動葉、減小調(diào)節(jié)級單級焓降，可顯著改善調(diào)節(jié)級的安全可靠性；更換新的高強度焊接隔板，采用自帶冠動葉、改善其成組特性、優(yōu)化設(shè)計葉根強度，可大幅提高各壓力級通流葉片的安全可靠性；高中壓轉(zhuǎn)子及低壓轉(zhuǎn)子均采用新的整鍛無中心孔轉(zhuǎn)子，較運行已久的舊轉(zhuǎn)子，可明顯提高其安全性及使用壽命；優(yōu)化設(shè)計低壓去濕結(jié)構(gòu)、采用先進(jìn)的防水蝕措施、提高低壓末級葉片根部反動度，可有效防止低壓末兩級葉片水蝕問題，并有利于機組低負(fù)荷運行時末級葉片的安全可靠性；通過通流優(yōu)化設(shè)計、葉片選材及表面強化處理等措施，可明顯提高調(diào)節(jié)級噴嘴、中壓第一級靜葉的防固體顆粒沖蝕性能；通過高、中、低壓內(nèi)缸及隔板套的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，可提高其剛度、抑制變形，并防止水平中分面泄漏、沖蝕；更換1#、2#軸瓦，可徹底消除改造前存在的軸頸磨損、軸瓦烏金脫落等問題。

2.4 項目能耗狀況

第三方節(jié)能量審核機構(gòu)通過聽取受審核單位的項目情況報告、咨詢、現(xiàn)場考察、查閱臺賬、計算分析等方式，最終確定了該項目的節(jié)能量。

3 節(jié)能量核算

3.1 確定方法選用

按照《節(jié)能項目節(jié)能量審核指南》《用能單位節(jié)能量計算方法》要求，參考《燃煤電廠節(jié)能量計算方法》及企業(yè)提供的能耗計算相關(guān)數(shù)據(jù)，項目的節(jié)能量采用以下方法計算：

①基期能耗相關(guān)數(shù)據(jù)：收集項目改造前1年內(nèi)機組的發(fā)電量Q1、廠用電率q1及其供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M1。

②報告期能耗相關(guān)數(shù)據(jù)：收集項目改造后1年內(nèi)機組的發(fā)電量Q2、廠用電率q2及其供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M2。

③節(jié)能量計算：根據(jù)基準(zhǔn)年發(fā)電量（即改造前1年內(nèi)機組的發(fā)電量）Q1、廠用電率q1、供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M1和M2計算項目的節(jié)能量。即項目的節(jié)能量=基準(zhǔn)年發(fā)電量Q1×（1-廠用電率q1）×（改造前供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M1-改造后供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M2）/100。

3.2 節(jié)能量確定

項目基期（改造前的1年）能耗相關(guān)數(shù)據(jù)如表2所示。基準(zhǔn)能耗狀況：項目實施前能源利用情況：全年機組發(fā)電量為127818萬kWh，發(fā)電用廠用電率4.75%，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗327.32gce/kWh。

表2 基期能耗相關(guān)數(shù)據(jù)

項目報告期（改造后的1年）能耗相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 報告期能耗相關(guān)數(shù)據(jù)

3.3 節(jié)能量計算

項目報告期的能耗狀況：全年機組發(fā)電量為141540萬kWh，發(fā)電用廠用電率為4.73%，供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗318.98gce/kWh，如表4所示。

表 4 項目能耗指標(biāo)

項目的節(jié)能量=基準(zhǔn)年發(fā)電量Q1×（1-廠用電率q1）×（改造前供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M1-改造后供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗M2）/100=127818×（1-4.75%）×（327.32-318.98）/100=10154tce。

受審核方提出的汽輪機通流改造項目基期年綜合能耗為509726tce，報告期年綜合能耗為488578tce，預(yù)期節(jié)能量為21148tce/a。

經(jīng)審核，汽輪機通流改造項目基期年綜合能耗為398501tce，報告期年綜合能耗為388347tce，實際節(jié)能量為10154tce/a。

項目預(yù)期目標(biāo)與實際效果之間產(chǎn)生差距的原因是：

①預(yù)期節(jié)能量計算中基準(zhǔn)年發(fā)電量采用的是通過額定發(fā)電功率與5500個小時計算得到。審核中選擇項目基期一年內(nèi)機組實際發(fā)電量作為基準(zhǔn)年發(fā)電量。

②預(yù)期節(jié)能量計算中采用的項目報告期一年內(nèi)廠用電率，與基準(zhǔn)年發(fā)電量時間不對應(yīng)。審核中選擇項目基期一年內(nèi)機組廠用電率。

③預(yù)期節(jié)能量計算中采用的基期、報告期供電煤耗為在額定工況性能考核測試所獲得的數(shù)據(jù)；審核中選擇項目基期、報告期一年內(nèi)機組實際供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗。

4 能源管理和計量體系

4.1 能源計量器具配備與管理

項目中主要用能設(shè)備為汽輪機，額定功率為300MW。按照《用能單位能源計量器具配備和管理通則》的規(guī)定，加裝能源計量器具。根據(jù)現(xiàn)場考察，該汽輪機已配備獨立的電度表，用于其耗電量的計量。

4.2 能源統(tǒng)計與上報制度

為保證供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗和年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤量兩大技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的完成，加強對各機組技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的控制和監(jiān)督，根據(jù)不同的季節(jié)、不同負(fù)荷科學(xué)合理地制定了各機組主汽和再熱汽參數(shù)、各主要輔機廠用電率等40個二級指標(biāo)，其中也包括汽輪機廠用電率，應(yīng)實時監(jiān)測，按時統(tǒng)計。汽輪機所用電度表具備遠(yuǎn)程傳輸、自動計量等功能，并接入電廠DCS系統(tǒng)，由運行人員每隔3～4min手抄或自動讀取一次，每8h統(tǒng)計一次。

4.3 能源管理體系

根據(jù)《能源管理體系要求》建立了企業(yè)能源管理系統(tǒng)，并通過評價驗收，成立了從總經(jīng)理到生產(chǎn)人員的節(jié)能工作領(lǐng)導(dǎo)小組，定期組織培訓(xùn)，實行獎懲制度。

5 結(jié)語

結(jié)合節(jié)能量審核實例，分析了電廠汽輪機通流改造項目節(jié)能技術(shù)措施、能耗狀況、能源管理和計量體系等要點，為具體審核及報告編寫工作提供實用性參考。