火電廠汽輪機組節能改造經濟性分析研究

李世強

（國電電力大同發電有限責任公司， 山西 大同 037043）

0 引言

汽輪機組是火電廠中最重要的設備之一，其運行效率與火電廠發電效率有著直接的聯系。通過對目前我國火電廠汽輪機組的應用情況來看，發現汽封是影響該設備運行安全性和經濟性的重要部件[1]。在汽輪機長時間使用后，該部分容易出現“漏氣”情況，進而影響到汽輪機的工作效率，因此對汽輪機組的汽封進行改造是當前火電廠節能降耗、提高經濟效益的關鍵所在[2]。

1 工程概況

某火電廠2 號汽輪機組發電機額定負荷為600 MW，性能保證工況熱耗為7 465 kJ（/kW·h），經過6 年運行后發現該汽輪機組的熱力性能相對較差，經過測驗發現各缸效率均低于設計值的3%，熱耗值多出186.36 kJ（/kW·h），這也使整個汽輪機組的經濟性能和安全性能大大降低，并且該汽輪機組的能耗相對較大，因此需要對汽輪機進行節能改造。

2 火電廠汽輪機組節能改造

因此本次在改造過程中將2 號汽輪機組原配套高中壓隔板汽封為梳齒式汽封更換為智能汽封，該種汽封能夠有效避免因兩個汽封塊不同步所引發的彈簧片斷裂的問題。并且智能汽封實際工作方式與梳齒汽封工作模式相反，該種汽封在實際工作過程中主要在蒸汽壓力負荷在20%左右才能夠克服汽封的彈簧彈力，進而使整個汽封環關閉，此種情況下，機組高負荷熱經濟性效果相對較好。在汽封改造選擇過程中，高壓隔板、高壓進/排汽平衡環、中壓進汽平衡環、中壓隔板汽封改為智能汽封；高壓缸葉頂阻汽片、高壓調節級阻汽片、中壓缸葉頂阻汽片處更換原阻汽片，并對間隙進行調整。

低壓缸部分在實際工作過程中蒸汽壓力較低，濕度較大，如果其密封存在問題，將會導致蒸汽做工能力下降，甚至會對末級葉片產生腐蝕情況。為此，在改造過程中，工作人員需要低壓缸合理的部位選用帶有疏水功能的蜂窩汽封，進而將該位置的冷凝水疏導初期，避免出現水蝕情況，以此來延長汽封和隔板等設備的使用壽命。

3 火電廠汽輪機組節能改造后熱力性能與節能性分析

為了分析改造后2 號汽輪機組節能和經濟性效果，需要在改造后常規工況下測算記住的汽耗率、熱耗值以及高、中、低壓缸效率，并與設計值進行比較，對2 號汽輪機組的運行效果進行評判。

3.1 實驗結果

經過兩次常規工況運行情況分析發現，2 號汽輪機組的熱耗值分別為7 783.81 kJ/（kW·h）和7 811.07 kJ/（kW·h），經過系統修正和參數修正后，熱耗值分別為7 563.80 kJ/（kW·h）、7 561.12 kJ/（kW·h），兩次運行情況下熱耗值偏差值為0.035%，遠低于2 號汽輪機組使用規程所要求的0.25%，由此可以說明兩次工況運行下的數據可以作為節能和經濟性能研究的基礎數據。兩次常規工況下，2 號汽輪機組修正后平均熱耗值為7 562.46 kJ/（kW·h），相比較設計熱耗值高出97.46 kJ/（kW·h），與大修前熱耗值相比較降低88.90 kJ/（kW·h），降低幅度為47.70%，由此可見節能改造后2 號汽輪機組在同樣工況下熱耗值有一定的降低，這對提高火電廠的經濟性有著重要的作用。

3.2 改造后不同工況下熱力性能分析

經過上述分析可知，在節能改造完成后所測得的數據能夠作為后續研究使用。因此本次在100%額定負荷、75%額定負荷、50%額定負荷工況下運行2 號汽輪機組，對其電功率與熱耗率進行分析，具體結果如圖1 所示。

圖1 不同工況下2 號汽輪機組電功率與熱耗值的關系圖

由圖1 可知，隨著電功率的增大，修正后2 號汽輪機組的熱耗率隨之下降，并且其下降趨勢與設計下降趨勢一致。經過對整體汽輪機組進行分析研究發現，機組在50%負荷狀態運行時，熱耗值影響相對較大，此時不僅汽輪機經濟性較差，并且汽動給水泵等輔助設備的運行也處于低效率區間。因此，機組在運行過程中應當盡可能避免在300 MW 工況下運行。

經過對三種工況熱負荷的分析計算，可以得出2號汽輪機組煤耗率情況，具體結果如圖2 所示。

圖2 電功率與煤耗關系圖

由圖2 可知，經過修正后，2 號汽輪機組的煤耗情況與電功率呈反相關，隨著2 號汽輪機組的負荷增大，煤耗量也相對降低。其中在600 MW 額定負荷下，2 號汽輪機組修正后的發電煤耗為277.08 g（/kW·h），供電煤耗為291.30 g（/kW·h），相比較300 MW 額定負荷下2 號汽輪機組的修正發電/供電煤耗分別提高了6.45%和8.27%。由此可見，電功率越高煤耗越小。相比較圖1，修正后的發/供電煤耗與符合關系曲線下降趨勢更加明顯，進一步驗證改造的節能降本效果。

3.3 汽輪機組各汽缸效率分析

經過實驗研究分析，具體各缸改造前后效率如下表1 所示。

表1 汽輪機組各汽缸效率具體數值

由表1 可知，在改造完成后，高、中、低壓缸內效率依舊與設計值存在著一定的差異，但相比較改造前有較大的改善。相比較改造之前，高壓缸效率提高了0.98%，中壓缸提高了0.99%，高、中壓軸封漏汽量降低了1.18%，因高、中壓缸損失的熱耗值為54 kJ/（kW·h）；低壓缸效率提高有0.91%，因低壓缸損失的熱耗值為34.9 kJ/（kW·h）。相比較改造之前整體損失熱耗值降低88.90 kJ/（kW·h），經過換算可知降低煤耗約3.033 g/（kW·h）。汽封改造后整體發電煤耗為291.61 g/（kW·h），符合國家《電力發展“十三五”規劃》中310 g/（kW·h）的標準，具有良好的節能效果。

4 經濟性分析

本次研究分析所應用的損耗熱耗值均是在修正后計算得出的，進而表明該數值與實際數值基本一致，可以用于改造經濟性分析。由上文可知，相比較改造之前，改造后供電煤耗可降低3.033 g/（kW·h）。

經過對某火力發電廠2 號汽輪機組分析研究，其在2020 年全年發電量為2.36×109（kW·h），經過對機組運行數據可以計算得出其在各種工況下廠用電率為4.11%，因此可以計算出在全年度的實際發電量為：

2.36×109（kW·h）×（1+4.11）%=2.46×109（kW·h）。

經過對2 號汽輪機組銘牌分析可以得出其可應用小時數為4 100 h，因此一年可以節約標煤數量為2.46×109（kW·h）×3.033 g/（kW·h）=7.46×109g=7 460 t。

改造前后整年標準煤平均價格為944.5 元/t，經過計算可以得出全年共節約7 460×944.5≈704.60萬元，本次汽封改造共花費金額為386 萬元，根據某火力發電廠2 號汽輪機組運行情況來看，經過7 個月便可回收成本，而隨著2 號汽輪機組運行小時數的增加，汽封改造經濟效益會持續增大。

5 結論

1）對某火電廠2 號汽輪機組運行情況進行分析，經過試驗發現該汽輪機組在額定工況下熱耗值達到7 651.36 kJ/（kW·h），超出原設計值186.36 kJ/（kW·h），由此可見節能改造勢在必行。

2）對汽輪機組汽封進行節能改造，改造范圍包含高、中、低壓缸，改造方式以更換汽封為主。

3）對火電廠汽輪機組節能改造后熱力性能與節能性進行分析，研究發現改造完成后汽輪機組熱力性能有所提升，并且具有良好的節能效果，相比較改造之前供電煤耗約降低3.033 g/（kW·h）。

4）對改造后的汽輪機組經濟性進行分析，經過分析發現以2020 年為例，改造完成后火電廠全年煤耗成本能夠降低704.6 萬元，改造費用僅需7 個月便能夠實現成本回收。