大型火電機組汽機側的綜合節能改造

于光佐

（山西魯能河曲發電有限公司，山西 忻州 036500）

近年來，隨著火電技術的飛速發展，機組也向大功率化、自動化、高參數化方向邁進了一大步。但與世界發達國家的水平相比，還有一定的差距。加強火電機組優化運行，轉變節能方式，提高經濟效益，改善生態環境，是我國能源行業可持續發展的必然選擇。為此，需要全面了解和掌握機組的熱力特性、汽輪機的運行狀況以及熱力系統的各項技術指標，準確評估機組的狀況，為機組大修期間設備改造的實施提供技術依據。電力科學研究院對該機組進行了綜合測試，在對測試結果進行分析的基礎上，通過現場檢查，準確識別了機組當前存在的問題。

一、火力機組發展現狀

隨著電力體制改革方案的逐步實施，電力企業的思維方式、工作方式和管理體制都經歷了新的考驗，競爭更加激烈。隨著電力市場的逐步興起和電力行業改革進程的深入，商業化開發已成為我國能源企業改革的方向。五大發電集團的成立，拉開了電力生產企業全面競爭的序幕。競爭機制的引入，讓五家主力發電集團更加注重提高原有機組的生產效率，通過建設大型機組來降低發電成本。如何提高機組的經濟效益，使機組各項指標接近設計水平，達到或超過國內外同類機組水平，使發電企業處于有利的競爭地位，已成為發電企業生產經營的重要課題。可見，火力發電廠降低煤耗標準，分析現有機組能耗水平，闡明其節能潛力，在節能領域進行轉型，指導汽輪機組節能改造具有很大意義。

二、機組運行現狀

此大型火力發電機組汽輪機為600MW 亞臨界單軸三缸（高中壓合缸）四排汽，具有一次中間再熱的凝汽式輪機，其中高壓部分為1+8 級，中壓部分為5 級，低壓部分為對稱分層流雙層缸結構，蒸汽由低壓缸中部進入通流部分，分別向兩個方向流動，經2×2×7 級做功后向下排入凝汽器。機組給水系統由3 臺高壓加熱器、4 臺低壓加熱器和1 臺除氧器組成，供水系統配備2 臺50%容量汽動給水泵和1 臺30%容量備用電動給水泵。

該機組汽輪機采用了上世紀90 年代末的引進技術，受當時設計技術、設計手段、制造加工能力等因素的影響，葉片型線等技術相對落后，存在流動損失較大、缸效率較低，熱耗偏高的問題。上一次修前熱力性能試驗，THA 工況下汽輪機熱耗率為8069.6kJ/kWh，比設計值7736 kJ/kWh 高333.6kJ/kWh。此外，汽輪機高、中壓合缸處軸封漏氣量偏大，高壓后軸封一段漏氣至四段抽汽流量偏大。凝汽器設計為雙殼體、雙背壓，設計背壓為4.27/5.61KPa，實際運行中無法實現高、低背壓分離。涼水塔噴濺裝置為傳統的反射型，噴濺效果一般。綜合上述，汽機側有較大定的節能潛力。

三、診斷性能測試

為充分了解和掌握機組的熱力特性和熱力系統的各項技術指標，準確評估機組的當前狀態，為實施節能改造提供技術依據，該廠聘請電力科學院對該機組進行了性能綜合診斷試驗。THA 工況下汽輪機熱耗率為8052.6kJ/kWh，比設計值7736 kJ/kWh 高316.6kJ/kWh。高壓缸效率為84.22%，比86.4%的設計值低2.18 個百分點，中壓缸效率為88.8%，比92.54%的設計值低3.74 個百分點，低壓缸效率為87.3%，比92.35%的設計值低5.05 個百分點，對機組效率的影響非常明顯。

冷端系統，特別是涼水塔，傳熱效率差。現場檢查發現水塔填料有多處損壞脫落，需要更換填料同時進行優化。

凝汽器傳熱效率低，來自低壓缸排氣的熱負荷高，同時凝汽器真空系統無法實現高、低背壓運行。從試驗結果可以看出，該機組的凝汽器在600MW 工況下的試驗壓力為6.43/6.45kPa，（冷卻水流量34500t/h 和冷卻水入口溫度21℃）。循環水進水溫度接近設計值，凝汽器壓力比設計值 4.27/5.61 kPa 高出2.18/0.82 kPa。可以看出，凝汽器管束潔凈度和整體傳熱系數均低于設計值，凝汽器管束臟污、堵塞現象會導致凝汽器器潔凈比和傳熱效率下降。

四、節能改造、檢修計劃

針對上述問題，充分借鑒了國內外主機廠等動力裝置生產企業現代化改造的成功經驗，并在此基礎上提出了合理的節能改造、檢修方案。

（一）汽輪機本體通流改造

1.高壓部分噴嘴進汽腔室優化設計，降低進氣壓損；采用先進的動、靜葉基礎葉型，動葉頂部采用自帶冠結構，設置葉頂高低齒迷宮汽封，降低漏氣損失；葉片采用成圈結構設計，使其具有高阻尼、低動應力特點；高壓部分增加2 級，由1+8級增加為1+10 級。提高根部反動度，優化速比，優化各級焓降。高壓缸壓力級靜葉型線全部采用先進的層流靜葉葉型（SCH），壓力級動葉采用高負荷動葉型線（HV葉型）。

2.中壓部分進汽腔室優化設計，降低進氣壓損，同時增加1 級，優化葉片型線，優化各級焓降和速比，適當降低高排壓力和溫度。

3.低壓部分進汽腔室優化設計，降低進氣壓損，動葉根部葉型采用“K”型通道葉型，頂部區域葉型采用先進的適合跨音速流動的縮放葉型。

4.優化汽封結構，高、中壓后軸封全部采用錯齒汽封，其中高、中壓后軸封第1 列采用封嚴汽封；過橋汽封采用錯齒汽封，其中第1 列采用封嚴汽封并在進汽邊設置防漩齒；低壓端汽封采用DAS汽封。通過對汽封密封齒進行優化，增加密封有效齒數，大幅減少汽封漏氣量。

（二）凝結器本體

試驗數據表明，凝汽器的運行潔凈度系數和總傳熱系數均低于設計值。這是由于凝汽器管束臟污、堵塞現象導致凝汽器的清潔效率和傳熱降低。結合檢修進行凝汽器的化學清洗除垢，疏通堵塞管路，同時檢修膠球清洗裝置，重點檢查收球網閉合情況和收球管口是否正常。

（三）涼水塔改造

水塔內70%的傳熱面積集中在填料區。當水塔填料出現問題或傳熱效果不佳時，會對水塔的傳熱能力產生較大的影響。對該機組水塔進行現場檢查，發現水塔填料損壞嚴重，含泥沙較多，噴濺裝置濺水部件損壞嚴重，成股水流可直接沖擊填料層，嚴重影響水塔冷卻效果。

將水塔填料全部進行更換，并根據風水匹配的原理，通過三維數值模擬計算將水塔內區進行非等高布置方式，換熱面積增容至8500m2；噴濺裝置改造為離心旋轉結構形式；修復斷裂損壞的配水管。

（四）真空系統改造

改造加裝兩套羅茨真空泵組，并將原抽真空母管進行優化，凝汽器高、低背壓側分別引管路至兩套羅茨真空泵組，原三臺水環真空泵作為啟動、備用泵。

（五）改造后節能效果分析

1.汽輪機本體

THA 工況下，高壓缸效率89.33%，中壓缸效率93.19%，低壓缸效率90.76%，各汽缸效率大大提升，汽輪機熱耗率為7766.5kJ/kW.h，比保證值7776kJ/kW.h 低9.5kJ/kW，對比修前降低303.1kJ/kW，供電煤耗率下降約12.37g/kWh。按照全年發電量30億kWh 計算，僅汽輪機通流改造，每年降低煤耗約12.37g/kWh×30 億kWh=37110 噸，達到了通流改造的目的。

2.凝汽器本體

THA 工況下，改造前凝汽器壓力6.45/6.43kPa，檢修、改造后凝汽器壓力5.08/6.18kPa，真空度平均提高0.845kPa。根據《火力發電廠節能和指標管理技術》中的耗差分析，真空度每提高1kPa，供電煤耗率下降2.65g/kWh。凝汽器改造后降低供電煤耗0.845×2.65=2.24g/kWh。

3.水塔

根據熱工院實驗，水塔改造后，循環水溫升增加了1.64℃。根據《火電廠生產指標管理指南》，循環水溫度每變化1℃，影響煤耗變化0.4%—0.6%。據電廠統計，供電煤耗為313 克/千瓦時，即循環水溫度變化按1.64℃計算，供電煤耗降低313×0.4%×1.5=2.053g/kWh。

4.真空系統改造

真空系統改造加裝兩套羅茨真空泵組后，運行電流從原水環真空泵的180A 降低為66A，原水環真空泵電耗為×380×180×0.78×0.94 ≈87kW，改造后真空泵組電耗為×380×66×0.87×0.9 ≈34kW，節約電耗53kW，按照泵組全年運行6000h計算，每年節約電耗53×6000=31.8 萬kW，按供電煤耗313g/kWh 計算，每年節約標煤約995 噸，折算成煤耗0.33g/kWh。

該機組汽機側綜合節能改造后煤耗降低16.993g/kWh，按上一年度機組供電量30億kWh 測算，每年節約標煤50979 噸。

結束語：火力發電廠是一次能源消耗大戶，全年消耗大量煤炭。提高火電廠一次能源利用率，降低熱耗，節約燃料，提高電廠熱效率，盡可能降低發電成本，減少環境污染已成為火力發電技術發展的主要方向。以熱力學第一定律和第二定律為理論指導，診斷大型火電機組的節能潛力，對節能理論在電力行業的應用和推廣具有重要意義。

該電廠由于實施了汽機側節能改造工程，年節約標準煤50979 噸，減少CO2 排放130298 噸，一方面降低了能源消耗，提高了企業機組的經濟效益。另一方面，減少CO2 氣體排放量，對保護環境，具有良好的社會效益。