集控運行汽輪機運行優化措施分析

劉志鵬

（國網能源哈密煤電有限公司，新疆 哈密 839000）

1 火電廠集控運行綠色生產要求

為了引導火力發電企業實現綠色發展，國家制定了“大增小”的方針，明確了火力發電企業的節能減排目標。“十三五”期間，我國的火電廠在節約能源上已取得了一些成績，見表1。

表1 火電廠“十三五”節能成果

由表1可知，火電廠在節約能源方面還有很大的空間。為了提高火力發電廠的能源利用率和節能降耗，技術人員要加大對集控運行運行的有關技術研究，深入分析其各個環節，探索高能耗環節，分析高能耗的原因，介紹相關節能降耗技術，提高能耗。

2 集控運行汽輪機分析

火力發電廠集控運行的汽輪機可以分為脈沖型和反向型兩種。在脈沖裝置中，由于大量的水蒸氣進入氣流通道，產生了驅動動力，帶動葉片的轉動。蒸氣膨脹后，葉片的轉速會增加，整個機組的運轉速率也會隨之增加。該裝置在運轉過程中會產生大量的水蒸氣，從而在氣流中產生葉片反應，加快葉片的轉動，提高機組的工作效率。汽輪機口內的水蒸氣是一種膨脹的過程，其流動方向是連續的，它會直接影響葉片的轉速和整個機組的運轉。

3 電廠集控運行汽輪機運行存在的問題

3.1 汽輪機的蒸汽分配方式對能耗有很大影響

當前，汽輪機的配汽方式多為復合，為了確保機組的高效運轉，在各個階段都要采取不同的方法。在高負載時，采用連續閥作為動力源，其工作效率比較高。在汽輪機起動和低載工況下，汽輪機的工作方式多為單閥。但是，在機組啟動、低負載時，其工作效率比較低下，且能量損耗比較大。

3.2 汽輪機組運行能耗過大

在計算機操作過程中，各個機組的性能都會對整個機組的運行效率產生一定的影響。從目前的情況來看，某些電站的機組存在很大的問題。如循環水泵在使用中存在的能耗高、壓力不足等問題，使其無法充分發揮其應有的功能。再比如，在給水泵裝置的運行中，經常會出現不能精確地給水的問題。另外，建立的供水方式也不夠理想，不僅會造成能耗的增加，而且會造成能源的浪費。

3.3 裂縫泄漏

在集控運行的操作管理模式下，各裝置的工作看似有序，而像汽輪機這樣的水力裝置卻始終承受著很大的外壓和振動。另外，渦輪機的澆鑄材料為鑄鐵，所以，鑄造技術不能精確地檢測出全部的鑄件缺陷。在此基礎上，汽輪機外殼在滿載過程中會逐漸產生砂眼滲漏、裂縫滲漏，從而使整個機組的性能不斷降低，甚至徹底報廢。

4 集控運行汽輪機節能降耗的具體技術措施

4.1 減少汽輪機排熱損失

在降低燃煤機組排氣溫度時，需要從以下幾個方面進行考慮：（1）一次風量的調節能使燃燒曲線得到最優化，保證在磨煤機正常運轉時保持較低的風量，從而進一步減小其燃燒阻力。（2）有效地減小汽輪機燃燒系統的漏風，保證汽輪機的底部密封，并能有效地減小汽輪機底部的空氣泄漏，并對進口進行密封，保證在任何時候都能關閉。在汽輪機主體上有太多的開孔，盡量減小漏風。（3）工作人員應依據現場條件，適當調節含氧量的設計值，以確保過量空氣系數。（4）通過在加熱表面上強化除塵操作，會使熱傳遞效率下降，因為在受熱表面上積累了大量的煙塵，從而使排氣溫度進一步升高，能源損耗增大。所以，為了保證其優良的換熱效果，工人必須定期吹灰。

4.2 減少再熱器的熱水消耗量

現熱井正常補水方式是：啟動補水泵或輸送泵將凝結水儲水箱除鹽水輸送至熱井，補水泵及輸送泵一天的啟停次數達到10次，節能性差，也加劇了設備磨損，降低設備使用周期及加劇設備備件損耗。現改造構思是：利用除鹽水罐液位與熱井的高度差（10m），將除鹽水補水管道改造直接連接在補水泵及輸送泵出口母管，在改造上安裝截止閥與逆止閥實現壓差補水；能持續為熱井提供0.09MPa的壓力水源；此項改造后，熱井能持續提供補水，通過原管道調節閥調節熱井液位，補水水量最大可提高至50t/h，完全滿足機組正常情況下的熱井補水量，減少補水泵（59A）、輸送泵(96A)的啟動頻次，具有節能降耗、熱井液位穩定（見表2）。具有節能降耗，提質增效、減少設備磨損，降低設備維護周期、減少備件使用率，節省檢修資源、不影響原系統運行的特點，具備推廣性。投入改造后的補水管路，在正常運行中，不用啟動補水泵即可滿足熱井補水需求，且熱井水位變化擾動明顯降低，水位波動性更小，投入改造后的補水管路，并不影響系統正常運行，也不影響緊急啟動補水泵、輸送泵進行大量補水，減少人為操作，產生經濟效益一天約為268元，一年9.8萬元，雙機改造后，一年產生經濟效益為19.6萬元（不包含設備檢修備件、油脂更換、人工等費用）。

表2 工作水溫對排汽壓力和機組功率的影響

4.3 加強汽輪機燃燒調整

為了進一步提高汽輪機燃燒效率，工作人員需要做以下工作：（1）設定科學合理的過剩空氣系數，以改善燃燒模式及實際工況。比如，通過改進分配，可以保證過剩的空氣系數是合理的。若系數過高或過低，會使汽輪機的燃燒效率大幅下降。（2）要對燃燒費用進行合理的控制，采取科學、完善的煤種混合燃燒模式，并按煤的熱值進行調節。然而，在節省燃油費用時，應從保證汽輪機燃燒的安全性和穩定性出發，從保證汽輪機運行的安全性和穩定性出發，以減少燃燒費用。（3）員工應該加強對設備的保養，以降低燃料消耗量。（4）在實際運行中，為了避免因燃料狀況不理想而需要加油的情況，必須按照煤種的燃燒狀況和煤種狀況來進行分配。（5）對油箱進行改造，尤其是對大容量油槍進行改造，并將其更名為小型油槍。

5 集控運行中汽輪機運行的優化措施

5.1 優化汽輪機啟停組織

現在，大部分的普通汽輪機都是600MW。該渦輪采用與中壓氣缸共同起動的方法。下面是幾個蒸發器的起動步驟：在起動前，有關人員要認真地做好充分的準備工作，包括全面、系統地檢查和試驗潤滑系統，保證潤滑系統的密封，了解潤滑油的含量，保證其含水量不少于最少的一頁，以及由冷凝器的循環水。在使用過程中，若發現汽輪機的壓力和溫度有顯著上升，有關工作人員要立即開啟備用旁通。在實際的高壓缸啟動時，往往會發生溫升。在高溫下，透平的壽命會隨著溫度的升高而減少。為防止這一現象，減少汽輪機的使用壽命，必須采用以下最優的方法：首先，在啟動時設定適當的熱氣壓力，一般不大于0.5MPa；其次，一定要保證渦輪增壓氣缸的排氣閥門總是處于開啟狀態；在此基礎上，汽輪機的壓力缸應該盡量增大。通過采取上述措施，可以有效地改善汽輪機高壓缸的排氣溫度，提高其工作效率。在渦輪機組停機后，機組的大多數零件會逐步由運行向非運行，或者由動態向靜止過渡。汽輪機進汽量由高峰逐步降至零，部分主進汽閥會自動關閉，其他汽缸也會慢慢地從工作溫度下降。一般情況下，渦輪機可分成兩種，一種是滑動式參數透平，另一種是標稱參數透平機。通常，有關人員都會選擇第一種渦輪，因為它有許多優勢。采用該型式汽輪機，不僅可以有效地減少熱量，而且可以提高機組的工作效率，而且還可以利用汽輪機的預熱作用來實現發電，從而提高機組的利用率。

5.2 裝置的最佳運行

（1）機組運行背壓。運行背壓的高低是空冷機組經濟安全運行的關鍵所在，運行背壓的變化直接影響整個機組的安全和經濟生產。根據背壓的變化，背壓在基準值基礎上增加時，機組的熱耗率和發電煤耗均為正向增加，反之，則為下降；機組背壓進一步運行優化運行方式，可有效機組發電煤耗。而背壓值作為影響機組正常運行中的最大得影響參數，根據300MW直接空冷機組的運行歷史數據，火電機組參數變化對供電煤耗的影響；機組的運行背壓每變化lkPa約影響供電煤耗2.529/kW·h。所有控制機組背壓在合理區間范圍內能有效提高機組經濟性，降低機組煤耗。

通過研究冷端系統的冷凝特性，分析引起機組背壓值變化的主要因素，選擇合適的背壓；冬季對空冷防凍系統邏輯進行優化，通過整體優化系統，經過機組背壓優化控制2020年1～11月，背壓累計值為11.41kPa，同比下降0.75kPa，1～11月發電量為26.5億kWh，節約煤量4969t煤，折算節約資金約134.16萬元。

（2）汽輪機冷卻液系統的優化。在渦輪冷卻液系統中，一般存在排氣口的流量控制薄弱和渦輪運轉時的阻力不穩定等問題。造成這種現象的主要原因是：冷卻水調節閥的開口量過小，造成了高的阻力，增大了渦輪的能量消耗，同時也帶來了一些安全隱患。通過調節水泵轉速、開啟閥門、控制流量、減小揚程等方法，可以有效地解決以上問題。

（3）優化水泵。實施低負荷單臺給水泵運行方式，通過設定單臺給水泵運行邏輯方案，提高單臺給水泵的運行安全可靠性，項目的實施于8月15日開展，將工程師站給水泵邏輯模塊新增單臺給水泵邏輯，在DCS畫面新增單臺給水泵運行模塊點擊按鈕。項目于從08月16日開始正式實施，并組織各個值學習《低負荷運行技術措施》后開展實展低負荷單臺給水泵運行。

實施的效果對比如下：

當負荷145MW時，2臺給水泵運行，給水泵電流平均值總和約520A,1小時耗電為：1.732×520×6×0.916=4949kW/h。

當負荷145MW時，單臺給水泵運行，給水泵電流平均值330A，1h耗電為：1.732×330×6×0.916=3141kW/h。1臺給水泵與2臺給水泵運行比較：1h電量節約1808kW·h。

2017年8月16日～9月30日，共計45天；1#機實施低負荷單臺給水泵運行方案。單泵運行周期時間共計426.5h。平均一天低負荷單臺給水泵運行時間為9.5h。由于本年度執行單臺給水泵周期時間短（45天）共計節約電量：39.87萬kW·h。也就意味著這45天上網電量也就多增加39.87萬kW·h。經測算，維持單臺給水泵耗電率可以降低約0.6左右，按上網電價及電泵自用電計算一度電約0.32元/kW·h，單臺給水泵45天節約金額12.76萬元。如果2臺機組均在低負荷運行階段實施低負荷單臺給水泵運行，預計2臺機在低負荷區域（一天低負荷運行8h），低負荷單臺給水泵運行節約資金17.95萬元，全年可利用月數為5個月，全年可節約資金約90萬元。

6 結語

隨著社會的進步，人們對能源的需求也越來越大。電廠是我國目前最主要的能源基地，必須持續地提高其發電效率和發電容量。盡管在汽輪機實際應用中仍有許多問題，但若能有效地進行解決，將會大大延長汽輪機的壽命，降低機組的運行事故，也能提高汽輪機的發電效能，增加經濟效益。同時，也能有效地緩解我國目前的供電問題，推動社會和經濟的發展。