汽輪機高能耗成因及節能措施

戴家漲

摘? 要：經濟社會的發展離不開電力行業的發展，而火力發電是我國目前主要的發電方式，也是高耗能行業。在可持續發展戰略下，火力發電場的節能降耗是重點關注問題。而汽輪機是火電廠正常運行的關鍵設備，如何提高汽輪機的運行效率、降低能耗是亟待解決的問題。本文首先分析了汽輪機系統的構成及影響汽輪機高能耗的主要因素。在此基礎上，一方面從汽輪機本體系統、回熱系統、冷端系統、排水系統及引入膠球清洗系統等方面進行系統優化達到節能目標，另一方面從減少泄露損失方面對蒸汽輪機節能方法進行探索。汽輪機節能降耗的研究和應用對于電力行業的可持續發展，對于保障國民經濟穩定運行具有重要的實際意義。

關鍵詞：汽輪機? 能耗? 節能? 效率

中圖分類號：TM621 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）04（c）-0095-03

Causes of High Energy Consumption of Steam Turbines and Energy-Saving Measures

DAI Jiazhang

（Zhejiang Energy Group Aksu Thermal Power Co.， Ltd.， Aksu， Xinjiang， uygur autonomous region， 843000? China）

Abstract： Economic and social development is inseparable from the development of the power industry， and thermal power generation is currently the main power generation method in my country， and it is also a high-energy-consuming industry. Under the sustainable development strategy， the energy saving and consumption reduction of thermal power plants is a key concern. The steam turbine is the key equipment for the normal operation of thermal power plants. How to improve the operating efficiency of the steam turbine and reduce the energy consumption is an urgent problem to be solved. This article first analyzes the composition of the steam turbine system and the main factors affecting the high energy consumption of the steam turbine. On this basis， on the one hand， the steam turbine body system， regenerative system， cold end system， drainage system and the introduction of the rubber ball cleaning system are optimized to achieve energy-saving goals. On the other hand， the steam turbine energy-saving methods are reduced in terms of leakage loss. Explore. The research and application of steam turbine energy saving and consumption reduction are of great practical significance for the sustainable development of the power industry and for ensuring the stable operation of the national economy.

Key Words： Steam turbine; Energy consumption; Energy saving; Efficiency

汽輪機也稱蒸汽透平發動機，是一種旋轉式蒸汽動力裝置，高溫高壓蒸汽穿過固定噴嘴成為加速的氣流后噴射到葉片上，使裝有葉片排的轉子旋轉，同時對外作功。蒸汽輪機是發電廠發電的主要設備，整體結構非常復雜。在運行中，蒸汽輪機的不規則運轉導致蒸汽輪機的各個部分發生變化。這種不當操作將導致過載，這將增加蒸汽輪機的能耗。在使用過程中，蒸汽輪機將不斷打開和關閉，這是高能耗的原因之一[1]。

1? 汽輪機的構成和分類

汽輪機由靜止部分和轉動部分組成。靜止部分包括汽缸、隔板、噴咀和軸承等;轉動部分包括軸、葉輪、葉片和聯軸器等;此外，還有汽封和盤車裝置。汽輪機結構如圖1所示。

按工作原理區分，主要包括蒸汽在各級噴嘴（或靜葉）中膨脹的沖動式汽輪機，蒸汽在靜葉和動葉中都膨脹的反動式汽輪機，以及蒸汽在噴嘴中膨脹后的動能在幾列動葉上加以利用的速度級汽輪機[2]。

按熱力特性區分，主要包括凝汽式、供熱式、背壓式、抽汽式和飽和蒸汽汽輪機等類型。凝汽式汽輪機排出的蒸汽流入凝汽器，排汽壓力低于大氣壓力，因此具有良好的熱力性能，是最為常用的一種汽輪機。供熱式汽輪機既提供動力驅動發電機或其他機械，又提供生產或生活用熱，具有較高的熱能利用率。背壓式汽輪機的排汽壓力大于大氣壓力的汽輪機。抽汽式汽輪機是能從中間級抽出蒸汽輪機的葉片汽供熱的汽輪機。飽和蒸汽輪機是以飽和狀態的蒸汽作為新蒸汽的汽輪機。

2? 影響汽輪機高能耗的因素

作為電廠原動機的汽輪機，相應的汽輪機組能夠使得熱能、電能和動能相互轉化，汽輪機可以和鍋爐、泵、加熱器等一起使用。汽輪機組的能耗偏高原因有兩個：第一是汽機本身，外缸和噴嘴室容易變形，軸端汽封和隔板汽封漏氣情況較嚴重，調節閥油動機提升力不充足，低壓缸出汽邊水腐蝕比較嚴重，氣閥壓損失較大，熱力系統容易出現泄漏，汽輪機組自身泄漏情況也比較嚴重;第二是機組的調整和運行方面。凝汽器的真空有些偏高、冷卻水的過高溫度、實際運行負荷和參數沒有對應、未采取運行技術及優化運行方式等都會增加能耗的運行，使電廠成本支出加大[3-4]。

在汽輪機實際的能量轉換過程中，除噴嘴損失、動葉片損失和離開速度損失外，還有端壁損失、扇形損失、盤式摩擦損失，部分進氣損失、泄漏損失、水分損失等階段。階段的實際焓降降低，并且由于這些損失，效率降低。以某脈沖式汽輪機為例，分別計算了高壓缸和中壓缸階段的損失分配。根據兩個階段的位置，不存在部分進入損失和水分損失。

脈沖或反作用蒸汽輪機的轉子和定子之間有一定的徑向間隙，并且一個間隙的兩側具有一定的壓力差。因此，會導致工作蒸汽從間隙泄漏到隔膜或葉片的背面，并造成泄漏損失。除了按需要向下游流動外，蒸汽還會在固定葉片和轉子之間，或者在旋轉葉片尖端和固定缸之間泄漏。密封件提供了一個或多個限制，以最小化這些泄漏流。顯然，各種類型的密封件的尖端與相鄰的旋轉或固定部分之間的間隙越小，不良的泄漏就越少。泄漏損失通常包括隔膜填料的泄漏損失和尖端泄漏損失。

3? 蒸汽輪機系統優化節能

加強對火力發電節能減排的研究，已成為維護中國經濟可持續發展的關鍵問題[5-6]。本文從蒸汽輪機系統優化和減少泄露損失兩個方面進行汽輪機節能探討。

3.1 蒸汽輪機系統優化

3.1.1 冷端系統改造

在循環水系統中安裝第二個過濾器大大緩解了冷凝器堵塞的問題。在循環泵上加裝變頻器，根據冷卻水量調節泵功率，節省大量電能。采用真空泵工作液冷卻裝置，提高夏季冷凝器的真空度，延長了真空泵的使用壽命。

3.1.2 排水系統改造

使渦輪機和渦輪機的疏水通道進入不同的疏水膨脹位置，調節支管和總管之間的角度，并使進入方向朝向疏水膨脹器，以確保疏水性平滑。在主蒸汽管和再熱蒸汽管的疏水管道上加裝節流裝置，避免由于主蒸汽和再熱蒸汽參數值過高以及冷卻水不足而導致疏水膨脹的溫度過高和過壓的情況。

3.1.3 引入膠球清洗系統

使用有效的膠球清洗系統可達到95%或更高的集球率，減少冷凝器污垢系數，改善傳熱效果，并改善冷凝器真空度。

3.2 減少泄露損失

蒸汽輪機中發生的主要損失是作為泄漏而發生損失，該泄漏使蒸汽繞過葉片排，因此對葉片排中產生的功率不做任何功[7]。為了提高汽輪機的運行效率，汽輪機流道的設計間隙很小，通常約為0.5～1mm。

采用新型的接觸鐵氧體蜂窩狀蒸汽密封代替舊的迷宮梳狀蒸汽密封，蜂窩密封技術的作用是節流膨脹和渦流消散能量。節流膨脹原理類似于舊的迷宮梳蒸汽密封。渦流耗散能量是由于氣體進入密封腔后突然填充到蜂窩孔中。蜂窩芯吸收了能量，但蜂窩單元無法存儲能量，因此蜂窩孔會阻止蒸汽泄漏。與傳統的蒸汽密封相比，蜂窩蒸汽密封可以使徑向間隙減小，減少泄漏，并吸收蒸汽中的水分，有效減少葉片的侵蝕。蜂窩狀蒸汽密封結構如圖2所示。實踐表明，改造機組的熱耗率降低了4.9%以上，汽缸效率提高了3%～5%，技術指標已經非常接近機組的設計值。在變化的負載條件下運行的熱耗率單位趨于平穩。年節能量為4萬t標準煤，該機組經濟效益得到了明顯改進，節能效果顯著。

4? 結語

本文通過對蒸汽輪機的組成和分類的分析，得出汽輪機高能耗的影響因素主要包括本體系統和蒸汽泄露兩個原因。繼而通過蒸汽輪機本體系統的優化以及泄露損失的減少措施，不僅提高了能源效率和經濟效率，而且還提高了蒸汽的有效利用率。為蒸汽輪機系統的技術改造和節能潛力的挖掘提供了指導。此外，相關措施也可廣泛應用于工業供熱、工藝流程和行業回收系統的各個部門，為企業創造可觀的節能效率。

參考文獻

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