發(fā)電廠汽輪機(jī)組的節(jié)能降耗技術(shù)分析

華能國際電力股份有限公司濟(jì)寧電廠 王偉峰

對于火電廠而言，汽輪機(jī)組是將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能與電能的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)轉(zhuǎn)效率與火電廠整體能源利用率、發(fā)電率之間存在直接聯(lián)系。受火電汽輪機(jī)組使用時(shí)間較長、運(yùn)維管理不到位等因素的影響，機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能會出現(xiàn)凝汽器真空度下降、汽封間隙增加等問題。上述問題的存在會提高機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的能耗，降低機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性。結(jié)合汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況應(yīng)用針對性的節(jié)能降耗技術(shù)，成為提高汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率、滿足社會發(fā)展需要的必然舉措。

某300MW 火電廠共有兩臺哈汽公司生產(chǎn)的熱電聯(lián)產(chǎn)型CN250/300-16.7/538/538.04汽輪機(jī)組，機(jī)組具體參數(shù)如下：額定功率30×104kW、主汽額定溫度538℃、額定再熱汽門前溫度538℃、主汽額定壓力16.7MPa、再熱額定壓力3.244MPa、額定采暖抽熱量500t/h、最大采暖抽汽量550t/h、工作轉(zhuǎn)速3000r/min、熱耗7843kJ/kWh、加熱器等級8。在長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率有所下降，無法滿足當(dāng)前火電廠的發(fā)電需求，需要采用合適的節(jié)能降耗技術(shù)，切實(shí)解決上述問題。

1 導(dǎo)致汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)能耗上漲的主要影響因素

1.1 凝汽器真空性不足

在汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若機(jī)組內(nèi)的排氣冷卻成冷凝水，那么受H2O 比容急劇縮小的影響，冷凝器內(nèi)會出現(xiàn)真空現(xiàn)象，這一現(xiàn)象的存在是保證汽輪機(jī)組完成正常動力循環(huán)的必要條件。但需要注意的是，受冷凝器內(nèi)存在真空現(xiàn)象的影響，外界的空氣極易通過冷凝器的漏點(diǎn)處流入冷凝器內(nèi)部，新流入的空氣與其中不凝結(jié)的氣體產(chǎn)量的增長會使冷凝器內(nèi)的壓力值有所升高、真空度有所下降，在減少汽輪機(jī)組內(nèi)的有效熵的基礎(chǔ)上，致使機(jī)組循環(huán)效率大幅度降低。通過實(shí)踐研究可以發(fā)現(xiàn)在額定負(fù)荷下，汽輪機(jī)組內(nèi)冷凝器的真空度每下降1000帕機(jī)組的熱耗將增長70kJ/（kWh），熱效率降低1%左右[1]。

1.2 汽封間隙的增加

汽封間隙會對汽輪機(jī)的內(nèi)效率產(chǎn)生直接的影響，通過調(diào)查了解到，汽輪機(jī)組汽封間隙每增加0.05mm汽輪機(jī)組的級效率將下降0.4%～0.6%。參照上述關(guān)系，可用公式Δδs=0.5/（0.05（ηoi-ηoi'））表示汽輪機(jī)組級效率與汽封間隙之間的關(guān)系，式中：ηoi指的是應(yīng)達(dá)到的效率，ηoi'指的是實(shí)測的效率。同時(shí)，結(jié)合汽輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理可了解到汽輪機(jī)效率公式為：ηoi=（h1-h2）/（h1-h2t），式中：h1指的是入口處的蒸汽焓；h2指的是出口處的蒸汽焓；h2t指的是出口處的理想蒸汽焓。通過聯(lián)立公式的方式可求出汽封間隙變化值對汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率產(chǎn)生的影響。在保證機(jī)組安全運(yùn)行的前提下，可通過調(diào)整汽封間隙的方式提高機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

2 節(jié)能降耗技術(shù)在某火電廠的應(yīng)用方法

2.1 提高冷凝器的真空性

2.1.1 真空系統(tǒng)的優(yōu)化方案對于火電廠汽輪機(jī)組來說，其真空系統(tǒng)主要由閥門、管道連接進(jìn)接口、連接設(shè)備等部件共同組成，系統(tǒng)的嚴(yán)密性與汽輪機(jī)組熱效率之間存在著直接的聯(lián)系。現(xiàn)階段為保證機(jī)組真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性，降低漏氣問題的出現(xiàn)概率，可從以下幾方面開展系統(tǒng)的節(jié)能降耗優(yōu)化工作。

應(yīng)保證系統(tǒng)法蘭密封面不存在接觸不良問題。具體來說，在開展汽輪機(jī)組法蘭件連接工作時(shí)，工作人員應(yīng)仔細(xì)檢查接觸面是否密封良好，若檢查過程中發(fā)現(xiàn)接觸面接觸不良，則需要通過對其進(jìn)行對研、研刮等處理的方式提高接觸面的平整度。同時(shí)，為避免外界空氣從法蘭接觸面間的縫隙流入系統(tǒng)內(nèi)，工作人員需要在法蘭接觸面間加裝膠墊，在此過程中應(yīng)避免膠墊存在老化、變形等問題。

在連接系統(tǒng)時(shí)應(yīng)盡量利用焊接代替管頭連接。具體來說，該火電廠汽輪機(jī)組在過去安裝過程中，為降低小管徑管道的拆卸難度，多采用管接接頭將管道連接到一起，這種連接方式在一定程度上使系統(tǒng)整體的漏點(diǎn)有所增加。現(xiàn)階段在開展汽輪機(jī)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作時(shí)，工作人員結(jié)合管道的走向通過盡量利用焊接的方式提升管道連接工作的緊密性。同時(shí)，對于必須利用管接的管道，工作人員采用了球形接頭的管接頭對其進(jìn)行連接處理，并且在管道連接后對接頭處的密封性進(jìn)行了檢查。

由于熱工儀表節(jié)點(diǎn)部位較為隱蔽，容易出現(xiàn)漏點(diǎn)問題，影響汽輪機(jī)組的真空性，因此在開展汽輪機(jī)組節(jié)能降耗改造工作時(shí)，工作人員通過逐一檢查熱工儀表連接點(diǎn)、并在試抽真空時(shí)對接點(diǎn)處的真空性進(jìn)行逐個(gè)排查的方式，提高了本次節(jié)能減排改造工作的可靠性。

為保證汽輪機(jī)組在后續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中有足夠的優(yōu)化改造空間，該火電廠在安裝兩臺汽輪機(jī)組時(shí)為其布置了一些設(shè)備備用口。在火電機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，若存在備用口未曾關(guān)閉緊密的情況，將會影響機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。現(xiàn)階段為切實(shí)解決上述問題，在改造工作過程中，工作人員參照汽輪機(jī)組原有的設(shè)計(jì)安裝圖紙找出了全部的設(shè)備備用口，并在后續(xù)改造工作中，通過嚴(yán)密封堵無用口的方式提高了汽輪機(jī)組真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性[2]。

為避免空氣自水封處進(jìn)入凝汽器影響系統(tǒng)真空性的情況出現(xiàn)，在改造工作中，工作人員在構(gòu)建汽封加熱器輸水系統(tǒng)時(shí)，利用多級水封方式取代了原有的單級水封方式。多級水封方式在應(yīng)用過程中不僅降低了每級水封的高度，還減少了水封埋入地下的工作量。同時(shí)，多級水封系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不僅不需要大量消耗人力資源即可實(shí)現(xiàn)疏水系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)，還降低了傳統(tǒng)水封被沖破、軸封冷卻水滿水等問題的出現(xiàn)概率，提高了系統(tǒng)整體的真空性。

2.1.2 真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的檢查方法

在火電廠汽輪機(jī)組的真空系統(tǒng)中連接密封點(diǎn)偏多，若密封點(diǎn)存在輕微漏氣現(xiàn)象，工作人員將很難在短時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。現(xiàn)階段為實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)問題的有效管控，在汽輪機(jī)組節(jié)能降耗改造工作完成后，工作人員可以通過對真空系統(tǒng)進(jìn)行灌水處理的方式發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)。相對而言，灌水找漏方式是一種較為直觀的技術(shù)方式，但是受真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的影響，這一技術(shù)方法無法找出高于軸封洼窩區(qū)域的漏點(diǎn)。

2.2 調(diào)整汽封間隙

對火電廠汽輪機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)情況加以分析，可以了解到汽輪機(jī)流通部分主要由逐級配置的靜、動葉共同組成，受轉(zhuǎn)子、靜子相對運(yùn)動的影響，汽輪機(jī)組流通部分必然存在間隙，這就增大了漏氣問題的出現(xiàn)概率。現(xiàn)階段，為實(shí)現(xiàn)效率的有效管控，在本次機(jī)組節(jié)能降耗改造工作中，應(yīng)用了合適的檢修手段對流通部分的間隙進(jìn)行了調(diào)整，切實(shí)提高了機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率，降低了熱耗。

2.2.1 汽缸定位

氣缸是汽輪機(jī)組中的重要組成部分，對其定位方式與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)加以監(jiān)測與調(diào)整，可以有效降低缸體變形、汽缸中心偏移等問題，對汽缸間隙產(chǎn)生的影響。具體來說，在開展中高壓氣缸調(diào)整工作時(shí)，工作人員需要在正式連接導(dǎo)氣管并開展試扣操作前，將氣缸定位裝置安裝在相應(yīng)位置，然后對裝置的精密性加以調(diào)整，確保管道連接后汽缸的位置與設(shè)計(jì)方案保持一致。在開展低壓氣缸調(diào)整工作時(shí)，工作人員需要先完成氣缸校正工作后利用臨時(shí)千斤頂固定氣缸兩側(cè)，然后在扣蓋后拆除千斤頂。考慮到在這一定位操作過程中，千斤頂?shù)膽?yīng)力會使氣缸出現(xiàn)一定的應(yīng)力變化，此時(shí)為實(shí)現(xiàn)應(yīng)力變化情況的有效管控，在正式連接管道前需要對自然狀態(tài)下的氣缸位置加以測量，然后開展裝配工作。

2.2.2 設(shè)備及零部件

在開展隔板及汽缸間隙管控工作時(shí)，工作人員不僅需要測定軸向間隙，還需要控制間隙范圍在0.10～0.40mm，并且在間隙調(diào)整工作中應(yīng)保證接觸面的密實(shí)度，隔板、隔套板均不存在變形狀況。在開展汽封塊與隔套板或隔板槽的間隙檢查工作時(shí)，工作人員需要在自由狀態(tài)下使用0.05塞尺對隔板上下平面間隙加以測定，盡可能避免因間隙過大而導(dǎo)致漏氣問題的出現(xiàn)。在檢查汽封塊端部間隙時(shí)，工作人員需要保證汽封徑向間隙尺寸在0.2～0.5mm，若間隙過大可能會導(dǎo)致蒸汽自然從間隙漏入下一級，降低蒸汽的做工效率；若間隙過小則可能使汽封塊受熱膨脹后影響汽封環(huán)整圈間隙的大小，進(jìn)而影響系統(tǒng)的密封性[3]。

2.2.3 流通部分間隙調(diào)整

為保證汽輪機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，工作人員應(yīng)保證流入汽輪機(jī)組的蒸汽盡可能地沖擊葉片，而不會繞過葉片或轉(zhuǎn)子端部流向外部環(huán)境。為達(dá)成上述目標(biāo)，在開展汽輪機(jī)組節(jié)能降耗改造工作時(shí)，工作人員應(yīng)盡可能縮小汽輪機(jī)組中動葉與汽缸、靜葉與轉(zhuǎn)子之間的間隙。同時(shí)，考慮到上述間隙之間的公差極小，因此為實(shí)現(xiàn)間隙距離的有效管控，工作人員在優(yōu)化過程中不僅需要準(zhǔn)確測量間隙距離，還需通過調(diào)整動葉與汽缸、靜葉與轉(zhuǎn)子位置的方式，實(shí)現(xiàn)間隙的有效管控[4]。

在節(jié)能降耗改造工作中，工作人員先對汽封塊與轉(zhuǎn)子間的配合間隙進(jìn)行測定，然后利用銼刀、修汽封齒專用工具對汽封間隙進(jìn)行調(diào)整，在調(diào)整過程中，工作人員保證每一段至少取三個(gè)測量點(diǎn)，在發(fā)現(xiàn)汽封齒高度不符合要求后對其進(jìn)行刮修處理，再對處理后的汽封齒進(jìn)行了測定，以便在保證汽封間隙準(zhǔn)確性的同時(shí)，提高轉(zhuǎn)子與汽封齒間隙的均勻性。

從安裝的角度看，汽輪機(jī)組在改造中應(yīng)保證汽封間隙值為設(shè)計(jì)上限值，但從節(jié)能降耗的角度上看，盡可能減少汽封間隙可以提高蒸汽的做功效率。因此，在具體操作過程中，工作人員需要結(jié)合汽輪機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)條件調(diào)整汽封間隙的取值范圍。具體來說，在調(diào)整高溫區(qū)的汽封間隙時(shí)，工作人員可以使間隙值在設(shè)計(jì)值的中下限范圍內(nèi)；在調(diào)整低溫區(qū)的汽封間隙時(shí)，則可以使其適當(dāng)貼近設(shè)計(jì)值的下限，但最小不能低于下限值加0.05mm。

在測量頂部、底部的汽封間隙時(shí)，為提高測量工作的準(zhǔn)確性，工作人員能保證汽輪機(jī)組處于全實(shí)缸狀態(tài)下，且應(yīng)保證中分面至少緊固1/3螺栓。并且為避免汽封塊中間弧度縫隙過小，工作人員還需要在測量工作完成后利用膠布在轉(zhuǎn)子處進(jìn)行滾動檢查。

2.2.4 進(jìn)汽短管處的膨脹圈

為提高進(jìn)汽短管處膨脹圈的密封性，在檢查過程中，工作人員應(yīng)保證0.03mm 塞尺不入密封環(huán)與相應(yīng)位置的間隙，減少新蒸汽的泄漏量。在開展脹圈組安裝工作時(shí)，需在開口處進(jìn)行錯(cuò)位安裝操作，且錯(cuò)位角度應(yīng)大于90°。在開展氣缸試扣操作時(shí)，工作人員應(yīng)完成密封環(huán)裝配工作，并對其工作狀況加以檢查，確保密封環(huán)能夠與氣缸緊密結(jié)合，減少蒸汽的泄漏量[5]。

3 應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù)取得的成效

如表1所示為火電廠汽輪機(jī)組節(jié)能降耗改造前后的效果對比情況，對表中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以了解到，經(jīng)過節(jié)能降耗改造，汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率有所提高、能耗明顯降低、設(shè)備故障率明顯減少、設(shè)備運(yùn)維成本有所下降，火電廠整體運(yùn)轉(zhuǎn)水平得到了優(yōu)化升級，達(dá)到了預(yù)期的綠色發(fā)電目標(biāo)[6]。

表1 火電廠汽輪機(jī)組節(jié)能降耗改造前后的對比效果

4 結(jié)語

總而言之，在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級的背景下，人們對發(fā)電廠的環(huán)保要求日漸嚴(yán)格，火電廠面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為更好地應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，該廠結(jié)合綠色環(huán)保要求，將節(jié)能降耗技術(shù)融入汽輪機(jī)組改造工作中，在保證汽輪機(jī)組生產(chǎn)質(zhì)量的同時(shí)，推動火電廠朝著綠色化、低碳化的方向發(fā)展，為社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供了可靠的能源支持。