發電廠汽輪機運行節能降耗策略分析

華電電力科學研究院有限公司 董 洋 宋 昂 康艷昌

2021年4月國家能源局研究制定了《2021年能源工作指導意見》，指出到2022年全部在用燃煤發電機組的煤資源損耗不得超過310g/kWh，600MW 以上機組的煤資源損耗不得超過300g/kWh，其他功率比較小的機組改造后能滿足空氣污染物排放標準。為保證這一目標的實現，火電廠有必要對機組進行性能測試和診斷，找出節能的突破點，并對相關改造技術進行比較，從而在有限的投資下選擇最佳的節能減排改造方案。

目在節能減排和可持續發展的環境下如何提高汽輪發電機組運行水平、實現節能減排是各電廠面臨的問題。如何實現電廠汽輪機的有效節能降耗，是電廠的重要課題之一。但在實際操作運行過程中，為了最大限度摸索節能減排的突破口，須對汽輪機的整體性能進行相應的測試和診斷，才能實現電廠汽輪機節能降耗的目標。并有必要在針對實際情況的基礎上，測試和分析電廠汽輪機的技術及其自身性能，從而實現電廠汽輪機運行時節能降耗總體目標。

1 發電廠汽輪機運行現狀分析

電力對促進社會生產正常發展具有重要作用。隨著我國經濟的發展，社會對電力的需求逐漸增加。當前社會發展的主要形式是節能降耗，這就要求企業從技術、人才、管理等方面降低設備能耗，根據自身實際情況，結合實際工作需要，在發展過程中降低設備能耗，提高設備利用效率，帶來更大的社會效益，企業可合理控制整體成本。

中國是個能源消耗大國。但由于世界環境的日趨變化，為了環保已刻不容緩，而不可再生資源的損耗也不可避免，所以減少能源、提高效率才是中國目前經濟社會發展的首要目標。同時國家又投資了大批的物資和人力與海外協作，以利用中國巨大的市場換取其他發達國家的先進科技。汽車動力設備中的汽輪與風力發電設備耗費了大量電力資源，是中國節能降耗工作的重心。但同時也因為科技資金等因素，這也是一個相當繁重的任務，盡管在這方面已經取得了好一些的成績，但中國汽輪機總體技術水平和國外仍有很大差距。我國有相當大一部分電廠的設備運行時的能耗遠遠達不到國家規定標準。因此，有必要提高節能降耗水平，積極向世界發達國家學習節能降耗技術、進而提高國內技術水平。

電廠節能減排創新能力的先進與否與它的汽輪發電機組能耗高的現狀是息息相關的。廠方高層普遍不重視節能減排方面的創新工作，這導致解決汽輪機節能降耗問題相對困難，這是致使一些電廠出現瓶頸的重要原因之一。同時電廠管理體制不夠嚴格也導致汽輪機能耗稍高。中國電廠普遍存在的一個問題是：沒有一個統一的、能嚴格去執行的管理體制，但卻過分注重于經濟效益，從而使電廠工作人員缺乏提高創新能力的動力，以至于無法對汽輪機的設備運行狀況去進行生產改革[1]。

2 發電廠汽輪機運行原理和主要經濟技術指標

發電廠汽輪機的運行原理。汽輪機是指一類完全靠蒸發熱量工作的機器，它所采取的科學原理是在充分利用沖擊作用與反作用的基礎上，對經過鍋爐溫度區加熱后帶有高溫和高壓的蒸汽進行做功，并通過主汽閥和調節汽閥后流入汽輪機，再經過一個環形的噴嘴烤架和動葉格柵膨脹做功，使其將熱量轉變為機械能，并帶動汽輪機的轉子進行旋轉，最后利用齒輪聯軸器驅動汽輪機發電。汽輪機排氣部分會流出一些膨脹后的蒸氣，這些蒸汽經過凝汽器后變成水，再通過高溫的加熱器，最后送入鍋爐被超高的溫度加熱成蒸汽。這樣，蒸汽的熱能首先在噴嘴格柵中轉化為動能，然后在動葉格柵中轉化為機械能。

發電廠汽輪機主要經濟技術指標。發電廠汽輪機熱耗率計算公式為HR=[G0×H0-Gfw×Hfw+GR(Hr-Hi)+Gj(Hr-Hj)]/Ni，式中，G0為主蒸汽流量，kg/h；Gfw為鍋爐給水流量，kg/h；GR為高壓缸排汽流量，kg/h；Gj為再熱減溫水流量，kg/h；H0為主蒸汽焓值，kJ/kg；Hfw為給水焓值，kJ/kg；Hr為再熱蒸汽焓值，kJ/kg；Hi為高壓缸排汽焓值，kJ/kg；Hj為再熱減溫水焓值，kJ/kg；Nt為實測發電機端功率，kW。

3 發電廠汽輪機運行能耗的影響因素

3.1 蒸汽壓力和溫度

汽輪機正常運行時不僅要保證氣體本身的流動性，且蒸汽壓力和溫度也是直接影響汽輪機節能降耗的主要原因之一。怎么對發電機的電能進行轉換，其中蘊含的原理是：首先動能通過進入汽輪機葉片中的蒸汽膨脹產生，這種動能可通過推動汽輪機運作，從而使發電機高速旋轉。進入凝汽器的排汽焓和進入汽輪機的蒸汽焓的差值就可決定汽輪機做功能力的大小。一般而言，排氣焓的大小由機組的排汽濕度和壓力決定，因此要想使汽輪機帶著發電機的做功（轉化為電能）越多、發電量越多，就要讓汽輪機的進汽壓力和濕度越多，產生高的進汽焓。熱能消耗在一定程度上受蒸汽壓力和溫度的實際變化的影響，其自身的變化也會引起能耗的變化[2]。

因此在實際操作過程中，需根據實際情況進行合理的改進和調整：首先，水壓調整或燃燒沒有做好會導致主蒸汽壓力的變化。因此在這種情況下，為從根本上使汽輪機正常運行，就須改善相應的燃燒量或增加一定的水量；其次，風量、換熱面積等多方面的原因會造成主蒸汽溫度的變化。因此，在實際檢修維護過程中，有必要清潔鍋爐水冷壁和過熱器內部，從而最大限度地保證汽溫的有效控制，從而達到電廠汽輪機運行中節能降耗的目的。

3.2 凝汽器冷凝系統結垢或者循環供水流量不足

凝汽器管束是在整個生產過程中負責工作的主要部件，水質較差的循環水在汽輪機組運行過程中會沉積污垢，這將減小凝汽器管道的內部流動面積，降低凝汽器管道的冷卻效果，增加汽輪機排汽壓力，降低汽輪機效率。最終當排汽壓力達到一定極限時，整臺機組也需要被迫停運。

3.3 機組流通性

在火力發電廠的汽輪機運行中，影響能耗的主要因素之一是蒸汽的流通性，而在實際運行過程中，汽輪機中的熱能通過一定量的蒸汽逐漸轉化為機械能，從一定程度來講，蒸汽的流通性是有效保證汽輪機正常運行的重要因素之一。機組的流通性如果被物體阻礙，就會使能量的形成耗損，從而影響發電廠汽輪機的整體運行能源耗損。在汽輪機運行過程中，流通性的保證分為兩個主要方面：一是流通面積，二是蒸汽流量。汽輪機中的蒸汽在一定程度上是封閉的，這也是影響電廠汽輪機正常運行的主要因素之一，因此在實際運行過程中，通過對汽缸動、靜葉片的軸向間隙和覆蓋度的分析，可得出汽缸與軸封之間是否存在大量的漏汽，及時調整、設置科學合理的間隙和覆蓋度，使流通性得到及時恢復，既能保證各缸本身的工作效率，又能從根本上保證其流通面積，從而保證汽輪機的正常運行。

4 發電廠汽輪機運行節能降耗的策略

4.1 對鍋爐給水進行嚴格的控制

鍋爐內燃料燃燒是否充分，燃料量決定蒸汽溫度。一般來說，如蒸汽溫度較低會增加鍋爐的煤耗，增加排煙過程中的熱損失，降低汽輪發電機組的整體運行效率。因此，在運行過程中須合理控制鍋爐內的燃料量和加燃料的速度，特別是汽輪機停止和開始工作時的蒸汽溫度，以確保其符合相關標準的要求。具體而言，現階段節能降耗的策略包括：加強高壓加熱器的運行維護，防止因操作不當導致高壓加熱器停運；定期清理高壓加熱器加熱系統的管道，在一定程度上提高加熱效率，避免管道內結垢造成熱能損失。

4.2 對凝汽器冷凝管進行定期清潔

有如下方法對汽輪機排汽壓力進行降低：一是對凝汽器管道進行定期清潔，減少污垢在其中的積聚，提高凝汽器換熱系數；二是在提高循環水的質量的基礎上，去保證循環水冷卻的流量。因為循環水對汽輪機排汽凝結效果有重要的影響，所以為了汽輪機保持好的工作效率，一定保證要在循環水的冷卻流量的同時，提高循環水的水質。

4.3 優化汽輪機流通性

提高汽輪機的流通性是電廠汽輪機運行過程中實現節能降耗的主要策略之一。在實際操作中可從多方面提高汽輪機的流通性，包括葉片、汽封結構、缸體、調節級等。只有這些方面才能得到相應的改進，這樣才能保證汽輪機的整體流通性得到一定程度的提高。首先是葉片的改進。對于葉片來說，由于各級動、靜葉片都會在一定程度上選擇一些比較新穎、高效的變截面扭曲葉片，這可在一定程度上降低二次損失或損耗，從而有效地提高熱效率。此外，將低壓二級末級拉筋葉片更換為能自動鎖定整圈的長葉片，為其自身安全合理運行提供相應保障。

二是對汽封的結構進行相應的改進。在實際運行過程中，應將高壓葉片頂部的兩齒平汽封逐漸改為四齒高低齒汽封，以有效減少漏汽造成的損失。在低壓末級和第二末級動葉頂部增加相應汽封的過程中，必須在一定程度上縮短動葉頂部的間隔，從根本上減少漏汽，從而有效提高各階段的工作效率，達到節能降耗的目的。對于缸體的改進，在實際操作過程中，需要對內缸和靜葉擋圈進行相應的優化和改進，可有效提高各缸的工作效率，而對于高壓進汽管，要實施相應的密封改造，從根本上增加自身密封圈的數量，這樣可有效減少漏汽現象，從而有效降低損耗。

4.4 強化人才培養的汽輪機管理制度

怎樣去強化人才培養的汽輪機管理制度是一個非常根本的問題：一方面，首先是針對發電廠的工作人員，應想辦法提高其工作質量。通過定期的專業培訓，從國家、工廠和個人三方面去說明節能效益，從而最大程度的提高個人節能減排的積極性。加大考核力度，將汽輪機能耗作為考核指標。改進發電廠管理制度，懲罰紀律松懈、工作不認真的員工，指派專人對現場安全和設備使用標準進行檢查教育，既能提高現場工作人員的自覺性，又能提高設備的使用壽命，節約能源，降低能耗；在另一方面，國家應加強節能降耗人才的培養，只有祖國未來的中流砥柱意識到節能減排的重要性，國人才能真正的理解節能減耗的益處，所以應把重點放在高校這一領域的人才培養上，這樣將來就可擁有大量節能降耗的人才，為發展做出貢獻。

綜上，節能降耗是社會發展的趨勢，也是企業工作的發展方向。企業自身應積極適應環境的變化，并根據實際情況采取積極的變革措施，從而降低設備能耗，提高效率和利潤空間。在實際運行過程中，由于多種原因會造成汽輪機能量損失，包括汽缸本身的效率、機組循環等，這些問題都會直接影響運行。因此在汽輪機運行節能降耗的過程中，有必要制定相應的改進管理內容，以降低汽輪機本身的能耗。