電廠集控運行汽輪機運行優(yōu)化措施探討

蔡文

【摘 ?要】隨著市場經(jīng)濟的快速發(fā)展，各行各業(yè)日新月異的變化，對電能的需求量在不斷的增加。汽輪機的正常運行，是影響電廠設(shè)備工作效率的重要條件，汽輪機設(shè)備的輸出能量，也是電廠正常運行的重要保證。所以要想提高電廠工作的運行效率，就要對汽輪機啟停、管理、配汽等方面進行改進和優(yōu)化。本文將對電廠集控運行中通過改善汽輪機運行優(yōu)化問題展開探討，旨在為電力行業(yè)發(fā)展有所幫助。

【關(guān)鍵詞】電廠集控;電能;汽輪機;優(yōu)化

我國目前能源結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)就是油少煤多，在電力這項資源的獲取上主要還依賴火力發(fā)電。隨著社會的發(fā)展進步，電廠不管是技術(shù)上還是在設(shè)備上都有了翻天覆地的變化，吸收了非常多的先進技術(shù)也引進不少的新設(shè)備，對于電廠來說取得了很大的進步。為了能夠更好的滿足現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ钣秒娦枨螅娏π袠I(yè)也內(nèi)部做出了重大變革，還優(yōu)化升級了全國的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但是想要更好的提高電廠的生產(chǎn)效率，其關(guān)鍵的核心還是在于發(fā)電設(shè)備上，所以對于汽輪機的優(yōu)化和升級也是非常必要的。就目前而言我國各地電廠的汽輪機都存在一定的問題，不僅運行的效果差，生產(chǎn)效率也非常的低，甚至部分電廠的汽輪機，威脅著人們的生命財產(chǎn)安全。

一、關(guān)于發(fā)電廠汽輪機的概述

1.所謂的汽輪機就是電廠在正常進行運行的過程中不可或缺的器械設(shè)備，其對于電廠是否可以正常運行有著非常大的影響。汽輪機工作的時候是按照沖動作用進行運轉(zhuǎn)，把熱能慢慢的變成機械能的一種旋轉(zhuǎn)器械設(shè)備。從總體的構(gòu)造結(jié)構(gòu)上劃分，可以分成兩個不同的部分，其中一個部分就是轉(zhuǎn)動部分。轉(zhuǎn)動部分主要組成結(jié)構(gòu)零件包括：動葉片、主軸以及聯(lián)軸器等;另一部分就是靜止部分，靜止部分主要構(gòu)成零件包括：軸承、氣缸、汽封以及近氣部分等。不管是哪個部分對于汽輪機來說是保證其正常運行的關(guān)鍵點。沖動作用原理就是讓蒸汽噴嘴中的蒸汽在通過動葉氣道時對方向進行改變，讓其作用于汽輪機葉片，保證葉輪轉(zhuǎn)動，最后讓熱能轉(zhuǎn)化成機械動能。

2.汽輪機的工作原理。汽輪機根據(jù)不同的劃分機制可以分成不同種類的汽輪機，從工作原理的角度實行劃分的話，也可以分成兩個部分，就是反動式汽輪機和沖動式汽輪機。以機構(gòu)進行分類的話，可以分成多級汽輪機以及單級汽輪機。以熱力特性劃分的話?？梢苑殖赡狡啓C、抽汽式汽輪機、供熱式汽輪機以及背壓式汽輪機等。在電廠中人們經(jīng)常看到的汽輪機大多數(shù)都是凝汽式汽輪機，也是使用范圍最廣的一種汽輪機。凝汽式汽輪機是由循環(huán)水泵、凝汽器、抽氣器以及凝結(jié)水泵等部件構(gòu)成，對于汽輪機的正常運行來說這些凝器設(shè)備都是輔助設(shè)備。凝汽式汽輪機的工作過程就是，排汽一旦遇到冷就會迅速凝結(jié)變成為水，這就導(dǎo)致其體積逐漸下降，讓原本充滿空氣的封閉空間變成了真空空間，這就會導(dǎo)致氣壓下降，而蒸汽的理想焓降上升，設(shè)備的熱效率也獲得相應(yīng)的上升。凝汽式汽輪機的排氣壓力對汽輪機的正常運行也存在非常大的影響，而影響排氣壓力的就是冷卻水的進水溫度以及冷卻倍率，雖然可以取得非常高的真空度，于此同時也會導(dǎo)致循環(huán)水泵在運行的過程中功耗加劇以及設(shè)備資金的投入力度增加。

3.汽輪機的組織結(jié)構(gòu)特點。除了根據(jù)工作原理可以把汽輪機分成沖動式汽輪機和反動式汽輪機以外，還可以根據(jù)結(jié)構(gòu)把汽輪機分為單級汽輪機和多級汽輪機;根據(jù)熱力特性也可以將汽輪機劃分為凝汽式汽輪機、供熱式汽輪機、背壓式汽輪機、抽汽式汽輪機等。在實際生活中，火電廠中應(yīng)用最廣的就是凝汽式汽輪機。凝汽式汽輪機包括凝汽器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵以及抽氣器，這些凝器設(shè)備是汽輪機運行的輔助設(shè)備。在凝氣設(shè)備中，排汽遇冷凝結(jié)為水，使得體積驟減，原來空氣充斥的密閉空間成為真空狀態(tài)，氣壓降低，蒸汽的理想焓降增加，裝置的熱效率得到相對的提升。凝汽式汽輪機的排氣壓力對運行效果也有影響，冷卻水的進水溫度和冷卻倍率都會影響排氣壓力。冷卻倍率高，就能夠獲得較高的真空度，但是也會使得循環(huán)水泵的功耗和設(shè)備資金增加。

二、關(guān)于電廠集控運行概述

1.集散控制系統(tǒng)。即控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)，指的是以微處理器為基礎(chǔ)的全分布式控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)在20世紀70年代出現(xiàn)，并在工業(yè)自動化領(lǐng)域中得到了比較普遍的應(yīng)用，在很多工業(yè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著積極的作用。集散控制系統(tǒng)的特征是集中管理和分散控制，該系統(tǒng)在運行的過程中會對

幾個控制部分進行分散式的控制，每個部分在應(yīng)用的過程中都能夠起到不同的控制效果而其中管理則指的是對所有的部分進行集中統(tǒng)一管理，從而保證控制工作的高效性。隨著我國信息技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，集散控制系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展，整個集散控制系統(tǒng)的運行向著智能化、自動化和集成化的方向發(fā)展，控制效率顯著提高，在工業(yè)領(lǐng)域中的作用也越來越突出。

2.系統(tǒng)運行特點。集控系統(tǒng)在運行的過程中具有以下顯著特點。（1）標準化、模塊化和通用化。集控系統(tǒng)是對傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的延伸和發(fā)展。從軟硬件方面出發(fā)，對整個控制系統(tǒng)進行模塊化的設(shè)計，從而使其能夠被應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域和生產(chǎn)過程中，提高控制的效率。而且該系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中采用了大量標準化和通用化的技術(shù)，能夠使系統(tǒng)具有良好的適用性和兼容性。（2）控制能力強，集控系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中能夠通過軟件進行有效的控制和管理，實現(xiàn)控制功能，并且通過算法優(yōu)化的方法提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制能力。（3）人機互動。集控系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中設(shè)備操作比較便捷，操作界面比較簡潔，通過簡單的圖形和模塊設(shè)計，能夠簡化操作流程，更加直觀地反映出操作的內(nèi)容，使得操作人員的操作更加便捷，獲取信息更加便利。

三、存在的問題

配汽方式上的問題。就現(xiàn)在的情況來看，汽輪機的配汽方式上主要采用的是復(fù)合型配汽這種方式。當汽輪機實際進行工作的過程中，不同的階段都需要不同的配汽方式來保障汽輪機的正常運行。比如說在汽輪機的低負荷或者剛開啟動的階段，只要采用單閥這種方式就可以讓汽輪機運行起來，但是在低負荷這個階段運行時，不僅運行的效率比較低而且還會消耗非常多的能量。啟停上存在的問題。汽輪機的啟?？梢哉f成汽輪機的應(yīng)變能力，汽輪機在正常運行的過程中，轉(zhuǎn)子的蒸汽參數(shù)是不確定的，在數(shù)值上會有升降的變化，轉(zhuǎn)子內(nèi)部在一個動態(tài)的溫度廠內(nèi)，轉(zhuǎn)子要一直保持在這種高壓高溫的環(huán)境下工作，如果蒸汽參數(shù)沒有處理好，很容易會導(dǎo)致汽輪機的工作效率下降，甚至減少汽輪機的使用壽命。在機組能力上存在問題。汽輪機的氣閥可以說是導(dǎo)致汽輪機出現(xiàn)耗能現(xiàn)象的主要影響因素。汽輪機的氣閥就目前來說可以分成兩個種，即順序閥以及單閥。兩者之間的區(qū)別就是，是調(diào)節(jié)的過程中，順序閥依賴汽輪機的噴嘴實現(xiàn)，而單閥依賴蒸汽參數(shù)來實現(xiàn)。在汽輪機運行的時候這兩種調(diào)節(jié)方法都是有條件限制的，只能在氣閥壓力比較小的時候才能完成，在氣閥壓力大的時候進行運行，那么很容易會出現(xiàn)問題，比如說噴嘴會出現(xiàn)變形的問題、外缸的形狀出現(xiàn)變化，甚至部分的機組能力和密封性都會出現(xiàn)嚴重的問題，最終的后果就是加劇了汽輪機在能源上的消耗。密封水系統(tǒng)存在的問題。一般的情況下，汽輪機汽動給水泵軸端密封采用的基本都是迷宮密封，這種方法在運行的過程中經(jīng)常出現(xiàn)問題，一旦汽動給水泵出現(xiàn)問題的時候，想要停止使用的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)密封水回水不順暢的情況，這樣很容易導(dǎo)致小機油箱經(jīng)常出現(xiàn)進水的問題，在一定程度上為汽動給水泵的正常運行埋下了安全隱患。除此之外還有許多其他的原因也會導(dǎo)致汽輪機運行出現(xiàn)問題，比如說轉(zhuǎn)子彎曲變形、轉(zhuǎn)子的振動故障、傳熱性惡化堵塞以及水環(huán)真空泵過載等。

四、電廠汽輪機優(yōu)化措施

1.優(yōu)化配汽方式。傳統(tǒng)的復(fù)合型配汽方式只能在額定負荷下才能較好的運行，但在低負荷條件下，損耗較大。所以采用三閥式的配汽方式，可以有效的改變這種現(xiàn)狀。配汽方式的轉(zhuǎn)變，可以有效的分擔負荷，同時對調(diào)節(jié)級的要求較小，實現(xiàn)節(jié)能。而且，三閥式的流通能力也較好，可以實現(xiàn)更圓滑的轉(zhuǎn)變，提升瞬間轉(zhuǎn)換的效率，實現(xiàn)節(jié)能。

2.優(yōu)化汽輪機的啟停。（1）汽輪機啟動過程優(yōu)化。如330MW汽輪機組啟動方式采用高中壓缸聯(lián)合啟動的方式，啟動過程一般為：鍋爐點火及暖管，沖動轉(zhuǎn)子升速暖機，并列接帶負荷等。鍋爐點火及暖管：鍋爐點火前，汽機應(yīng)做好提前期準備包括凝汽器通循環(huán)水，檢查潤滑油系統(tǒng)，啟動盤車連續(xù)運轉(zhuǎn)等。聯(lián)系鍋爐點火，汽機抽真空，送軸封。鍋爐升溫升壓，應(yīng)及時開啟旁路。但在實際的高中壓缸聯(lián)合啟動過程中，高壓缸排汽的溫度較高。為使得高壓缸排氣溫度下降，可以在啟動時將再熱蒸汽壓力設(shè)定在某一壓力以下，使高壓缸排汽逆止門及時打開，增大高壓缸通流量，高壓缸排汽溫度高的現(xiàn)象就不會出現(xiàn)，達到很好的效果。（2）汽輪機停機過程優(yōu)化。汽輪機停機的過程中，各部件的工作都在陸續(xù)歸零，進汽量在一步步減小到零，主汽門也將被關(guān)閉，汽缸等各個零部件的溫度都逐漸冷卻。依據(jù)進汽參數(shù)的不同，汽輪機停機分為兩種，滑參數(shù)停機和額定參數(shù)停機。采用滑參數(shù)停機方式，一方面可以提高汽輪機運行效率，能夠有效地利用鍋爐機組的預(yù)熱進行發(fā)電，減少熱量的浪費。同時也能夠?qū)ζ啓C各部件進行有效的降溫，對設(shè)備的檢修非常有利。（3）汽輪機運行過程中的優(yōu)化措施。在汽輪機的運行過程中需要依據(jù)實際負荷的變化來對汽輪機采用定-滑-定的運行方式進行及時調(diào)整。在發(fā)電負荷不同的情況下采用不同的汽輪機運行方式。高電荷采用能夠改變通流面積的噴嘴調(diào)節(jié)，低電荷采用能確保鍋爐機組正常運行的定壓調(diào)節(jié)。

3.優(yōu)化汽輪機輔機。汽輪機的輔機設(shè)備相當?shù)亩?，做好了輔機的節(jié)能工作，汽輪機的節(jié)能工作便也實現(xiàn)了一半?？梢詫o機的進行優(yōu)化改造。（1）優(yōu)化循環(huán)水泵。當機組負荷和冷卻水溫一定，循環(huán)水流量發(fā)生改變的時候，凝汽器壓力也會發(fā)生改變。這就會導(dǎo)致循環(huán)水泵的功耗受到嚴重的影響。循環(huán)水量增加，凝汽器壓力減小，增加了機組的出力，循環(huán)水泵的功耗也會增加。但是當循環(huán)水量增加很多時，循環(huán)水泵的功耗增加就會抵消機組出力的增加。因此增加循環(huán)水流量時，最大時的凝汽器運作壓力是機組出力增加值與循環(huán)水泵功耗增加值的差。只有當凝汽器處于最佳的運行壓力時，循環(huán)水泵運行才能處于最好的狀態(tài)。（2）冷卻液體系的優(yōu)化。冷卻液體系可能出現(xiàn)的問題有很多，比如體系運行受到的阻力不定，出水點的流量控制力度不顯著等，這是因為減小冷卻液調(diào)節(jié)門的開度，阻力就會變大，造成資源的浪費，且易發(fā)生安全事故。所以對冷卻液體系的優(yōu)化采取調(diào)整冷卻液水泵的運輸速度，全部打開調(diào)節(jié)開門，適量降低水流速度，達到降低揚程的目的，使得冷卻液體系實現(xiàn)優(yōu)化。

4.定期清理高壓管道。優(yōu)化鍋爐的大小和燃料的質(zhì)量與充足量對于水溫調(diào)節(jié)優(yōu)化是必不可少的，當水溫不高時，必然需要充足的燃料來進行加熱，而這就造成了大量的濃煙排放，熱量也流失。所以對高壓管道進行定期清理，可以有效的提高熱傳遞的效率，降低熱能的損失，實現(xiàn)節(jié)能。

5.提高鍋爐的給水溫度。工程熱力學告訴我們，在發(fā)電廠的熱力循環(huán)過程中，提高循環(huán)效率的關(guān)鍵是提高循環(huán)的初參數(shù)。所以因鍋爐與汽輪機共同構(gòu)成了熱力循環(huán)系統(tǒng)，所以看似與汽輪機運行沒有多大作用的給水溫度卻發(fā)揮著重要的作用。要提高給水溫度，我們就要對高壓加熱系統(tǒng)進行調(diào)整。（1）加強高壓加熱器的運行為維護。在汽輪機的正常運行前應(yīng)該相對高壓加熱器設(shè)備進行檢查，一切正常后開始運行。運行過程中也應(yīng)該注意高壓加熱器的正常工作。如果高壓加熱器出現(xiàn)故障，會使得給水溫度下降，導(dǎo)致熱力散失，影響耗能，所以，要保證高壓加熱器隨時處于正常的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)問題，通知維修人員對其進行維護。（2）保證高壓加熱器運行時的水位。高壓加熱器的水位對回熱系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和電站等多種設(shè)備的安全運行起著直接決定的作用。在汽輪機運行時必須要保證高壓加熱器運行處于最佳的狀態(tài)。對此，需要定期對加熱器的換熱管道進行清理來保證液位的精準，并且防止管道發(fā)生泄漏。如果存在漏點，要及時通知維修人員對其修補，來保證水位處于最佳的狀態(tài)。

結(jié)語

當前，我國經(jīng)濟的發(fā)展對能源的需求量非常大，我國的電力行業(yè)也應(yīng)該不斷地提高自身的發(fā)電能力和發(fā)電效率。各個電廠應(yīng)該通過對汽輪機配汽方式，汽輪機的啟停，汽輪機輔機等方面進行優(yōu)化處理和技術(shù)革新，讓汽輪機可以高效的運行。這樣不僅能夠延長汽輪機的使用壽命，減少安全隱患，還可以提高發(fā)電效率，提高電廠的經(jīng)濟效益，緩和我國電力資源供需緊張的矛盾，對社會的經(jīng)濟發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活提供有利的支持和保障。

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（作者單位：神華準能集團有限責任公司）