汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式優(yōu)化策略探析

盧士麗

山東誠(chéng)信工程建設(shè)監(jiān)理有限公司 山東濟(jì)南 250000

汽輪機(jī)又稱為蒸汽透平發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種旋轉(zhuǎn)式的蒸汽動(dòng)力裝置，其作用原理為：經(jīng)過(guò)鍋爐作用而生成的高溫高壓蒸汽穿過(guò)固定的噴嘴，成為加速的汽流，并噴設(shè)至葉片上時(shí)，推動(dòng)裝有葉片排的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)對(duì)外做功，實(shí)現(xiàn)蒸汽動(dòng)能、機(jī)械能的定向轉(zhuǎn)化。在現(xiàn)代社會(huì)，城市化的深度發(fā)展要求電廠必須隨時(shí)隨地、保證保量地供應(yīng)優(yōu)質(zhì)電能。基于電廠集控運(yùn)行模式，優(yōu)化汽輪機(jī)運(yùn)行機(jī)制十分重要。

1 汽輪機(jī)運(yùn)行中的常見(jiàn)故障

1.1 嚴(yán)重超速問(wèn)題

對(duì)于汽輪機(jī)嚴(yán)重超速的判斷標(biāo)準(zhǔn)是，以危急保安器動(dòng)作轉(zhuǎn)速差作為參考，當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)該轉(zhuǎn)速差時(shí)，并且繼續(xù)上升，則稱為嚴(yán)重超速，嚴(yán)重超速有著極大的安全隱患，并且嚴(yán)重超速會(huì)使得汽輪機(jī)出現(xiàn)一些不正常的現(xiàn)象，比如汽輪機(jī)的機(jī)組振動(dòng)增大，以及運(yùn)轉(zhuǎn)聲音異常等等，這些都會(huì)使得汽輪機(jī)的壽命嚴(yán)重受損，并且極有可能發(fā)生事故，因此要時(shí)刻觀察汽輪機(jī)的工作狀態(tài)，以便對(duì)這些問(wèn)題做出及時(shí)的處理[1]。

1.2 轉(zhuǎn)子不平衡問(wèn)題

轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡，是導(dǎo)致汽輪機(jī)組振動(dòng)發(fā)生異常的主要原因之一，目前來(lái)說(shuō)，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子大多數(shù)都是柔性轉(zhuǎn)子，柔性轉(zhuǎn)子有一種特性，就是當(dāng)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，柔性轉(zhuǎn)子的繞區(qū)也會(huì)相應(yīng)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的平衡狀態(tài)發(fā)生一定的變化，因此轉(zhuǎn)子的不平衡會(huì)較大概率的導(dǎo)致其輪機(jī)組振動(dòng)發(fā)生異常。

2 汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)節(jié)方式優(yōu)化策略

2.1 調(diào)控主蒸汽壓力值

通過(guò)調(diào)控主蒸汽壓力值，能夠維持汽輪機(jī)內(nèi)部壓力循環(huán)的穩(wěn)定性，從而優(yōu)化汽輪機(jī)的工作環(huán)境。在具體的應(yīng)用過(guò)程中，需要對(duì)汽輪機(jī)定壓數(shù)值和滑壓參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，確定最佳的應(yīng)用范圍，這也是用作汽輪機(jī)監(jiān)督的重要參考之一。為了提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，可以在分析過(guò)程中引入大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、專家系統(tǒng)等手段，根據(jù)技術(shù)最終的應(yīng)用效果來(lái)調(diào)整系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的節(jié)點(diǎn)負(fù)荷，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)折點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化選擇，從而提高參數(shù)調(diào)配的可靠性。需要注意的是，主蒸汽壓力值并不是一個(gè)固定數(shù)值，需要根據(jù)汽輪機(jī)工作狀態(tài)、生命周期做出適當(dāng)調(diào)整，從而確保系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的工作效率，提升系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程的穩(wěn)定性。

2.2 配汽方式進(jìn)行優(yōu)化

造成汽輪機(jī)運(yùn)行效率低的一個(gè)關(guān)鍵原因在于，運(yùn)行過(guò)程中損失了大量可以避免的能耗，故對(duì)傳統(tǒng)復(fù)合型汽輪機(jī)配汽方式進(jìn)行全面梳理并優(yōu)化，是一種可行性較高的方案。傳統(tǒng)的配汽方式為：①節(jié)流配汽，原理為使進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽均需經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)同時(shí)啟動(dòng)/關(guān)閉的調(diào)節(jié)閥；其中，第一級(jí)為全周進(jìn)汽，沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí)。此種配汽方式的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，且啟動(dòng)或改變復(fù)合時(shí)，第一級(jí)的受熱十分均勻，溫度變化幅度較小，產(chǎn)生的熱應(yīng)力也十分有限。但該方式的缺點(diǎn)在于，處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，因節(jié)流而造成的損失極大。②噴嘴配汽，原理在于將第一級(jí)分為3-6個(gè)噴嘴組，各組之間具備一定的間隙，處于“隔開(kāi)”狀態(tài)；各自配備一個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)控制裝置。在蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的過(guò)程中，各噴嘴組依次開(kāi)啟，能夠有效降低因節(jié)流而造成的損失。此種配汽方式的缺點(diǎn)在于，調(diào)節(jié)級(jí)的受熱分布均勻程度不足，部分噴嘴組會(huì)因進(jìn)汽而產(chǎn)生損失；此外，調(diào)節(jié)級(jí)的余速基本無(wú)法利用，一旦負(fù)荷下降，高壓缸內(nèi)各級(jí)的溫度變化存在巨大的差異。將上述兩種配汽方式整合為一個(gè)整體，形成“節(jié)流－噴嘴聯(lián)合配汽”模式，不僅能夠解決單一模式下的所有問(wèn)題，還能夠基于閥門(mén)狀態(tài)管理功能，實(shí)現(xiàn)配汽方式的自由切換。如圖1所示，為噴嘴配汽汽輪機(jī)的示意圖，其中，（a）為全機(jī)示意圖，（b）為調(diào)節(jié)級(jí)示意圖；1代表自動(dòng)主汽門(mén)，2代表調(diào)節(jié)汽門(mén)，3代表噴嘴組間壁。在此基礎(chǔ)上，在自動(dòng)主汽門(mén)下方，盤(pán)整期進(jìn)入汽輪機(jī)之前，設(shè)置節(jié)流裝置，即可形成“節(jié)流－噴嘴聯(lián)合配汽”模式，從而提高汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。

圖1 噴嘴配汽汽輪機(jī)示意圖

2.3 調(diào)整再熱器減溫水量

在對(duì)再熱器減溫水量進(jìn)行調(diào)整時(shí)，首要任務(wù)便是適當(dāng)減少再熱器減溫水的使用量。結(jié)合目前的設(shè)備使用情況，再熱器的汽溫大都采用以煙氣側(cè)調(diào)節(jié)為主、以減溫水調(diào)節(jié)為輔的方式。基于此類情況進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，可以根據(jù)不同狀態(tài)下燃煤的燃燒情況進(jìn)行調(diào)整，以確保再熱汽溫保持在既定的溫度范圍內(nèi)，從而起到減少減溫水使用總量的作用[2]。

2.4 更新汽輪機(jī)啟停方案

①基于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過(guò)程中的損耗率、壽命、受熱變形情況、膨脹差值等，精確計(jì)算針對(duì)轉(zhuǎn)子的溫度和變化率，減小誤差；②進(jìn)入汽輪機(jī)的溫度變化率會(huì)隨著機(jī)組設(shè)備放熱系數(shù)的變化而變化，故將之控制在相對(duì)穩(wěn)定，能量浪費(fèi)幅度較小的范圍之內(nèi)，具備較高的可行性；③對(duì)溫度、膨脹差、振動(dòng)等采用不超限的測(cè)點(diǎn)監(jiān)控模式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的異常參數(shù)變化；④盤(pán)車(chē)預(yù)熱和正溫差的啟動(dòng)過(guò)程，應(yīng)該實(shí)現(xiàn)最佳溫度匹配；⑤在保證設(shè)備安全的前提下，需要盡可能地縮短啟動(dòng)時(shí)間，有效降低電能及燃料的消耗量，從整體的角度對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化；⑥在優(yōu)化期間，技術(shù)人員可以將額定參數(shù)停機(jī)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑓?shù)停機(jī)模式，保證各部件在停機(jī)過(guò)程中有效降溫，提升設(shè)備后期的檢修效率。

3 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)發(fā)電主要是采用火力的方式，應(yīng)該不斷地完善與優(yōu)化當(dāng)前的運(yùn)行方式，并提高資源的使用率。應(yīng)當(dāng)不斷提高火力發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行效率，在保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電廠最大的經(jīng)濟(jì)效益。