電廠汽輪機(jī)運(yùn)行中節(jié)能降耗措施的研究

何任

摘 要：國家發(fā)改委、能源局共同發(fā)布的《電力“十三五”》中指出，于2016-2020年期間淘汰部分落后火電，同時(shí)要求經(jīng)改造后的燃煤發(fā)電機(jī)組供電煤耗不得高于310克，并實(shí)現(xiàn)超低排放。根據(jù)目前的情況來看，大部分老舊電廠離這一目標(biāo)仍有較大差距。探索和研究節(jié)能降耗措施已迫在眉睫。因此，文章從限制汽輪機(jī)效率提升的因素入手，分析其作用機(jī)理，最后提出相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞：電廠；汽輪機(jī)運(yùn)行；節(jié)能降耗；解決措施

汽輪機(jī)作為電廠的主機(jī)設(shè)備之一，其性能特性及運(yùn)行策略將直接影響電廠的效率和經(jīng)濟(jì)性。而汽輪機(jī)及輔機(jī)設(shè)備組成的非常復(fù)雜，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗，需根據(jù)其工作原理及相關(guān)理論探究限制汽輪機(jī)運(yùn)行效率提升的主要因素[1]。

1 限制汽輪機(jī)效率提升的主要因素

1.1 汽輪機(jī)缸效率

汽輪機(jī)是將水蒸氣的熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的設(shè)備，其轉(zhuǎn)換效率直接決定汽輪機(jī)的缸效率。然而在運(yùn)行中，汽輪機(jī)的實(shí)際效率往往大大低于標(biāo)定值，而不論是何種原因?qū)е缕湫氏陆担罱K將導(dǎo)致汽輪機(jī)整體耗能增加。其中，汽封密封性的優(yōu)劣直接影響著汽缸的運(yùn)行效率。

1.2 汽輪機(jī)組通流性能

通流部分是指汽輪機(jī)本體蒸汽通道，由高壓缸、中壓缸、低壓缸及高壓配汽機(jī)構(gòu)組成。隨著長時(shí)間的運(yùn)行，通流部件會出現(xiàn)積垢問題。此時(shí)，汽輪機(jī)通流部分性能與初始設(shè)計(jì)值將會出現(xiàn)偏差。由于機(jī)組的通流性能與汽輪機(jī)效率是成正比的關(guān)系，該種偏差將影響汽輪機(jī)組的熱力特性。

1.3 汽輪機(jī)主蒸汽壓力和溫度

汽輪機(jī)設(shè)計(jì)與運(yùn)行過程中，主蒸汽的壓力和溫度是兩個(gè)最重要的參數(shù)。在實(shí)際運(yùn)行當(dāng)中，主蒸汽溫度與壓力產(chǎn)生變化，將影響整個(gè)發(fā)電機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性與安全性。例如，當(dāng)機(jī)組處于主蒸汽溫度不變，壓力降低的工況時(shí)，會導(dǎo)致：（1）汽輪機(jī)可用焓減少，耗汽量增加，出力不足，熱經(jīng)濟(jì)性下降；（2）對于需要抽氣供給的小汽輪機(jī)與除氧器而言，由于主蒸汽壓力過低導(dǎo)致抽氣壓力隨之下降，使得小汽輪機(jī)與除氧器都無法正常運(yùn)行。

1.4 凝汽器汽側(cè)真空低、換熱效果差

凝汽器真空較低、換熱效果差是影響汽輪機(jī)運(yùn)行效率的另一個(gè)重要因素。而造成這兩種情況的主要原因是：（1）管束的排列不科學(xué)；（2）管束堵塞及管束表面結(jié)垢；（3）真空泵運(yùn)行效率低。

1.5 汽輪機(jī)啟動(dòng)、運(yùn)行、停止的操作誤區(qū)

在汽輪機(jī)受熱的過程中，如何通過科學(xué)的加熱方式，使溫度處于最佳的狀態(tài)是個(gè)關(guān)鍵的問題。由于通常大家都只注重了快速的啟動(dòng)汽輪機(jī)，而往往忽視了汽輪機(jī)的合理溫度，導(dǎo)致很多的時(shí)候啟動(dòng)方法錯(cuò)誤，造成汽輪機(jī)出現(xiàn)各種問題。

2 電廠汽輪機(jī)運(yùn)行節(jié)能降耗應(yīng)對措施

2.1 汽封換型

導(dǎo)致汽輪機(jī)組熱耗高的一個(gè)重要原因是汽輪機(jī)的汽缸運(yùn)行效率低。汽輪機(jī)通流間隙是否合理、汽封密封性的優(yōu)劣直接影響著汽缸的運(yùn)行效率。部分電廠的梳齒式汽封為結(jié)構(gòu)落后的傳統(tǒng)汽封，它的安裝間隙較大，密封效果不佳，這將顯著降低汽缸的運(yùn)行效率。因此，選擇合理的氣封形式，科學(xué)調(diào)整通流間隙是提高汽輪機(jī)缸效率的有效途徑。目前，汽輪機(jī)最常用的氣封類型有七種：梳齒型汽封、側(cè)齒型汽封、刷式汽封、蜂窩型汽封、接觸型汽封、DAS型汽封、布萊登汽封。這七種氣封類型各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用何種類型應(yīng)根據(jù)具體電廠的實(shí)際情況，充分考慮改造效果和設(shè)備運(yùn)行的可靠性[2]。

2.2 通流部分節(jié)能降耗措施

2.2.1 通流部分濕蒸汽沖洗及化學(xué)沖洗方法。針對通流部件會出現(xiàn)積垢問題，在此提出兩種沖洗方法，濕蒸汽沖洗與化學(xué)沖洗方法。在處理通流部分的積垢時(shí)，將轉(zhuǎn)子吊出，置于備妥的支架上，首先使用高壓水或溶劑進(jìn)行濕沖洗，之后用刮刀、砂紙等工具手工清除，清除積垢時(shí)要葉片的保護(hù)。濕蒸汽沖洗是最常使用的清洗措施，它是將清洗裝置（減溫減壓器）產(chǎn)生的飽和蒸汽通入汽輪機(jī)，在運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下沖洗積垢，積鹽被濕蒸汽中凝結(jié)水帶走而得以清除，對垢層是鹽和SiO2混合物的積垢，當(dāng)溶于水的化合物被沖掉后，不溶于水的SiO2垢層會隨之瓦解而被除去。在特殊情況下，當(dāng)濕蒸汽沖洗不能有效清除硅垢時(shí)（濕蒸汽沖洗方法不能徹底清除積垢），可以用化學(xué)沖洗，化學(xué)沖洗是在沖洗蒸汽的基礎(chǔ)上加入化學(xué)藥品進(jìn)行沖洗，如加入NaOH溶液。但化學(xué)藥品會腐蝕通流部分的構(gòu)件，當(dāng)時(shí)用化學(xué)沖洗時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制添加劑的濃度、溫度，并在最后用純凈的濕蒸汽進(jìn)行二次沖洗以避免殘留的化學(xué)藥劑對葉片產(chǎn)生腐蝕。

2.2.2 低壓缸排氣通道優(yōu)化節(jié)能改造。國產(chǎn)汽輪機(jī)低壓缸排汽通道普遍存在一定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，這就是在排汽通道內(nèi)部設(shè)計(jì)安裝了7號、8號低壓加熱器；此外，還安裝了大量的支撐鋼架和抽汽管道。此種結(jié)構(gòu)既加大了汽輪機(jī)低壓缸排汽的阻力系數(shù)，同時(shí)使凝汽器汽側(cè)排汽場的汽流分配嚴(yán)重不均，甚至產(chǎn)生渦流場。這種不合理的結(jié)構(gòu)是致使凝汽器換熱效率低、真空低的一個(gè)重要原因。針對這一問題，根據(jù)Fluent流場模型在通道內(nèi)部安裝排氣導(dǎo)流板。

2.3 加強(qiáng)汽輪機(jī)的運(yùn)行管理

汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中可以采用定—滑—定的運(yùn)行方式。就是在高負(fù)荷區(qū)域下，改變通流面積。在低負(fù)荷下，使用低水平的定壓調(diào)節(jié)。而在中間負(fù)荷區(qū)，根據(jù)實(shí)際情況來加減負(fù)荷，使得汽門的開關(guān)處于滑壓運(yùn)行狀態(tài)。為了提高給水溫度和投入率，減少加熱器端差，應(yīng)該在高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)適當(dāng)提高汽輪機(jī)的主汽溫度、主汽壓力。

2.4 汽輪機(jī)冷端改造

2.4.1 凝汽器改造。針對凝汽器換熱效率低的問題，可以采用基于先進(jìn)三維計(jì)算流體力學(xué)開發(fā)的新型管束布置（可以采用基于流體力學(xué)軟件優(yōu)化的管束布置），可以增大管束邊界、降低汽側(cè)邊界流速、縮短汽流流程、均衡凝結(jié)負(fù)荷、疏通不凝結(jié)氣體抽氣通道、消除不凝結(jié)氣體滯留區(qū)、提高換熱效能。

2.4.2 真空泵提效改造。由水環(huán)式真空泵組液體流程可知，工作液在泵組內(nèi)部是一個(gè)密閉的循環(huán)過程；工作液在循環(huán)過程中，由于抽氣混合加熱和泵輪的不斷攪拌，溫度會不斷上升，當(dāng)溫度太高，接近或達(dá)到真空泵入口負(fù)壓的飽和溫度時(shí)，工作液在泵體內(nèi)將發(fā)生汽化，真空泵將會降低出力或無法正常工作，嚴(yán)重影響汽輪機(jī)低壓缸排汽的真空度，降低機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，因此真空泵組必須配置冷卻系統(tǒng)，以便及時(shí)補(bǔ)充冷卻工作液。

2.5 汽輪機(jī)的啟動(dòng)、運(yùn)行以及停止的正確操作

汽輪機(jī)的啟動(dòng)：在此過程中，汽輪機(jī)都要經(jīng)過漫長的余熱階段，這將增加熱能的消耗，導(dǎo)致運(yùn)行效率下降。對此，采取的應(yīng)對措施是先開旁壓，使壓力始終維持在2.5MPa～3.0MPa左右，然后手動(dòng)開啟真空破門，保證真空度維持在65～70KPa左右。

汽輪機(jī)的運(yùn)行：若想提高燃料的燃燒效率以及在低負(fù)荷情況下較好的保持鍋爐內(nèi)的水循環(huán)，我們需要采用定、滑、定的方式來使汽輪機(jī)運(yùn)行，這樣才能在負(fù)荷不穩(wěn)定的情況下對機(jī)組實(shí)現(xiàn)一次性調(diào)頻的需要，進(jìn)而減少壓力損失，提高能源的使用效率。

汽輪機(jī)的停機(jī)：只有對汽輪機(jī)進(jìn)行檢修時(shí)才能停機(jī)，停機(jī)時(shí)要設(shè)置合理的參數(shù)，保證汽輪機(jī)的關(guān)鍵部件不會出現(xiàn)緊急停機(jī)，最終達(dá)到延長汽輪機(jī)運(yùn)行壽命的目的[3]。

3 結(jié)束語

文章通過分析汽輪機(jī)缸效率、通流部分性能、主蒸汽溫度與壓力、排氣溫度等因素對整體發(fā)電機(jī)組節(jié)能性與經(jīng)濟(jì)性的作用機(jī)理分析，并針對其存在的問題，提出了多項(xiàng)節(jié)能降耗措施。如汽輪機(jī)氣封換型、汽輪機(jī)冷端改造、氣缸通流性能改造等。此外，科學(xué)合理的啟動(dòng)、運(yùn)行、停止操作同樣能實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約。

參考文獻(xiàn)

[1]李學(xué)忠，孫偉鵬.汽輪機(jī)運(yùn)行[M].中國電力出版社，2014.

[2]李曦濱.提高沖動(dòng)式汽輪機(jī)效率的幾種設(shè)計(jì)方法[J].發(fā)電設(shè)備，2005，19（2）：73-77.

[3]張寶，吳方根.電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析方法的現(xiàn)狀與展望[J].節(jié)能，2004（6）：11-13.