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      汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施分析

      2021-09-10 15:09:58郭存博
      家園·電力與科技 2021年4期
      關(guān)鍵詞:運(yùn)行優(yōu)化汽輪機(jī)措施

      郭存博

      摘要:隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展,電能也成為了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中最為重要的部分。近年來(lái)社會(huì)各界對(duì)于電能的需求量都在不斷的增加,這促使電廠必須要加強(qiáng)發(fā)電效率,而汽輪機(jī)的有效應(yīng)用賊能夠大幅度提高電廠的實(shí)際運(yùn)行效率。但汽輪機(jī)在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中也存在著不少的難點(diǎn),為此下文將對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化措施展開(kāi)詳細(xì)的分析。

      關(guān)鍵詞:汽輪機(jī);運(yùn)行優(yōu)化;措施

      1 電廠汽輪機(jī)概述

      在發(fā)電廠運(yùn)行過(guò)程中,汽輪機(jī)屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在汽輪機(jī)的實(shí)際運(yùn)行時(shí)可以利用沖動(dòng)作用的相關(guān)原理對(duì)熱能進(jìn)行轉(zhuǎn)換,使其變成機(jī)械能然后進(jìn)行發(fā)電。在應(yīng)用中的具體沖動(dòng)原理是利用蒸汽噴嘴內(nèi)的蒸汽進(jìn)行沖動(dòng),在蒸汽通過(guò)動(dòng)葉氣道后可以改變方向,將蒸汽作用在汽輪機(jī)的葉片上,這樣能夠使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng),然后將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。而汽輪機(jī)的主要發(fā)動(dòng)原理是汽輪機(jī)的蒸汽在汽輪機(jī)葉片上進(jìn)行作用時(shí),氣道內(nèi)膨脹并且不斷加速會(huì)促使葉片不斷轉(zhuǎn)動(dòng),使葉片出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)做功。汽輪機(jī)的運(yùn)行原理決定了其具有明顯的機(jī)械設(shè)備特征,并且這種機(jī)械設(shè)備特征導(dǎo)致汽輪機(jī)的能耗相對(duì)較高。汽輪在運(yùn)行時(shí)的單機(jī)功率比較大并且具有較高的熱效率,因此,在對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)時(shí),需要重點(diǎn)考慮汽輪機(jī)能耗的節(jié)約問(wèn)題,降低汽輪機(jī)能耗才能夠提高電廠的整體能耗,從而保證電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

      2 汽輪機(jī)的工作原理

      汽輪機(jī)運(yùn)行可以分為沖動(dòng)原理與反動(dòng)作用原理,其中沖動(dòng)原理主要是利用動(dòng)葉氣道改變蒸汽噴嘴中的蒸汽方向,利用蒸汽推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng),完成能量轉(zhuǎn)換。反動(dòng)作原理則是通過(guò)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中氣道內(nèi)的蒸汽不斷膨脹,對(duì)葉片形成反動(dòng)力,推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。反動(dòng)作原理與沖動(dòng)原理不同的是,其既會(huì)改變蒸汽方向,同時(shí)蒸汽在氣道內(nèi)也會(huì)不斷膨脹,因此,汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定,運(yùn)行效率更高。

      3 電廠汽輪機(jī)存在的問(wèn)題

      3.1 汽輪機(jī)啟停

      汽輪機(jī)無(wú)論是啟動(dòng)還是停機(jī),實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)子應(yīng)力的變化。汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài),轉(zhuǎn)子表面蒸汽參數(shù)隨之變化,若啟動(dòng)或者停止汽輪時(shí),無(wú)法有效控制蒸汽參數(shù),會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成動(dòng)蕩的溫度場(chǎng),進(jìn)而使轉(zhuǎn)子處于高壓、高溫的環(huán)境,這不僅會(huì)造成嚴(yán)重的能耗,同時(shí)也會(huì)降低汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率及壽命。

      3.2 汽輪機(jī)機(jī)組的運(yùn)行能耗

      在汽輪機(jī)運(yùn)行中,氣閥是增加汽輪機(jī)能耗的主要部件,汽輪機(jī)的氣閥主要包括順序閥調(diào)節(jié)以及單發(fā)調(diào)節(jié)兩種。其中順序閥調(diào)節(jié)主要是以噴嘴為主對(duì)蒸汽閥門(mén)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。而單閥調(diào)節(jié)主要是以汽輪機(jī)蒸汽參數(shù)為主對(duì)汽輪機(jī)進(jìn)行直接控制的。順序閥在對(duì)氣閥門(mén)的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制時(shí),一般是在氣閥壓力比較小的情況下,如果氣閥壓力比較大,可能會(huì)導(dǎo)致外缸以及噴嘴出現(xiàn)變形問(wèn)題,從而使氣輪機(jī)受到影響,而對(duì)驅(qū)輪機(jī)機(jī)組的能力產(chǎn)生影響,導(dǎo)致汽輪機(jī)機(jī)組能力損失,增加汽輪機(jī)的機(jī)組損耗。

      3.3 汽輪機(jī)配汽方式

      根據(jù)汽輪機(jī)實(shí)際情況來(lái)看,其配汽方式豐富多樣,對(duì)于汽輪機(jī)而言,在運(yùn)行過(guò)程中除了順序閥方式可以達(dá)到其要求,單閥方式同樣可以,不過(guò)需要將兩種方式應(yīng)用于不同階段,一般在進(jìn)入高負(fù)荷階段之后使用順序閥方式,而在低負(fù)荷階段應(yīng)用單閥方式。當(dāng)汽輪機(jī)處于實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)時(shí),往往有機(jī)結(jié)合兩者,不過(guò)應(yīng)該改進(jìn)與完善單閥方式,以此減小這一方式對(duì)運(yùn)行效率產(chǎn)生的消極影響。

      3.4 給水泵問(wèn)題

      一般情況下,給水泵的運(yùn)行方式主要是使用定速給水的方法。但是運(yùn)用定速給水的方式運(yùn)行給水泵時(shí),存在運(yùn)行功率大、電耗高、啟動(dòng)電壓降大等特點(diǎn),往往會(huì)出現(xiàn)水資源節(jié)流損失的問(wèn)題,增加電廠用電率,降低了機(jī)組的運(yùn)行效率。

      4 電廠汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施分析

      4.1 啟停優(yōu)化

      (1)啟動(dòng)優(yōu)化。汽輪機(jī)啟動(dòng)流程包括鍋爐點(diǎn)火、暖管、沖動(dòng)轉(zhuǎn)子加速暖機(jī)、并列接帶負(fù)荷等。鍋爐點(diǎn)火前,需要提前檢查凝氣器循環(huán)水、潤(rùn)滑油系統(tǒng)以及盤(pán)車運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),然后開(kāi)始點(diǎn)火,將汽輪機(jī)抽真空并送軸封,當(dāng)鍋爐內(nèi)溫度以及壓力升高到一定程度時(shí)要實(shí)時(shí)開(kāi)啟旁路。此過(guò)程中存在的主要問(wèn)題是高壓缸與中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí),高壓缸排汽溫度過(guò)高,對(duì)此,啟動(dòng)汽輪機(jī)前可以調(diào)整再熱蒸汽壓力的上限,控制在0.5MPa,以便可以及時(shí)打開(kāi)排氣逆止門(mén),增加高壓缸通流量,進(jìn)而有效調(diào)節(jié)高壓缸的排汽溫度。

      (2)停機(jī)優(yōu)化。汽輪機(jī)停止運(yùn)行時(shí),各系統(tǒng)逐步停止運(yùn)行狀態(tài),進(jìn)汽量逐漸下降為0,主汽門(mén)關(guān)閉,汽缸等零部件開(kāi)始冷卻。汽輪機(jī)根據(jù)參數(shù)不同,有兩種停機(jī)方式,即滑參數(shù)與額定參數(shù),相較于額定參數(shù)的停機(jī)方式,滑參數(shù)停機(jī)的綜合效益更好,不僅可以利用機(jī)組預(yù)熱發(fā)電,提高熱能利用效率,減少熱能散失,并且便于各部件快速降溫,有利于設(shè)備的檢修維護(hù)。

      4.2 汽輪機(jī)輔機(jī)優(yōu)化措施

      在對(duì)汽輪機(jī)輔機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程中需要從以下方面出發(fā),保證輔機(jī)系統(tǒng)優(yōu)化效果,提高輔機(jī)節(jié)能效率,從而提升汽輪機(jī)的節(jié)能水平。首先,需要對(duì)循環(huán)水源進(jìn)行優(yōu)化,如果汽輪機(jī)的機(jī)組負(fù)荷以及冷卻水溫是確定的,循環(huán)水流量出現(xiàn)改變,會(huì)導(dǎo)致凝汽器內(nèi)的壓力發(fā)生變化。這會(huì)在一定程度上影響循環(huán)水泵的功耗情況,而增加循環(huán)水泵凝汽器的壓力會(huì)減少,會(huì)增加機(jī)組的出力,也會(huì)增加循環(huán)水泵功耗。但是如果大量增加循環(huán)水量,循環(huán)水泵的功耗問(wèn)題不斷增加會(huì)抵消機(jī)組出力的增加值,從而降低整個(gè)系統(tǒng)功耗。因此,在對(duì)循環(huán)水量進(jìn)行增加的過(guò)程中,需要準(zhǔn)確確定循環(huán)水的增加量。

      4.3 圍繞汽輪機(jī)的配汽方式進(jìn)行優(yōu)化

      造成汽輪機(jī)運(yùn)行效率低的一個(gè)關(guān)鍵原因在于,運(yùn)行過(guò)程中損失了大量可以避免的能耗,故對(duì)傳統(tǒng)復(fù)合型汽輪機(jī)配汽方式進(jìn)行全面梳理并優(yōu)化,是一種可行性較高的方案。傳統(tǒng)的配汽方式為:(1)節(jié)流配汽,原理為使進(jìn)入汽輪機(jī)的所有蒸汽均需經(jīng)過(guò)一個(gè)或多個(gè)同時(shí)啟動(dòng)/關(guān)閉的調(diào)節(jié)閥;其中,第一級(jí)為全周進(jìn)汽,沒(méi)有調(diào)節(jié)級(jí)。此種配汽方式的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,且啟動(dòng)或改變復(fù)合時(shí),第一級(jí)的受熱十分均勻,溫度變化幅度較小,產(chǎn)生的熱應(yīng)力也十分有限。但該方式的缺點(diǎn)在于,處于低負(fù)荷狀態(tài)時(shí),因節(jié)流而造成的損失極大。(2)噴嘴配汽,原理在于將第一級(jí)分為3~6個(gè)噴嘴組,各組之間具備一定的間隙,處于“隔開(kāi)”狀態(tài);各自配備一個(gè)調(diào)節(jié)汽門(mén)控制裝置。在蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)的過(guò)程中,各噴嘴組依次開(kāi)啟,能夠有效降低因節(jié)流而造成的損失。此種配汽方式的缺點(diǎn)在于,調(diào)節(jié)級(jí)的受熱分布均勻程度不足,部分噴嘴組會(huì)因進(jìn)汽而產(chǎn)生損失;此外,調(diào)節(jié)級(jí)的余速基本無(wú)法利用,一旦負(fù)荷下降,高壓缸內(nèi)各級(jí)的溫度變化存在巨大的差異。

      4.4 優(yōu)化給水泵

      優(yōu)化給水泵運(yùn)行就是優(yōu)化汽輪機(jī)的運(yùn)行效率,要優(yōu)化給水泵運(yùn)行,我們就要改變傳統(tǒng)的給水泵運(yùn)行方式。改變給水泵的運(yùn)行方式就是要求給水泵相關(guān)技術(shù)人員對(duì)給水泵的變動(dòng)速率和平移泵的曲線進(jìn)行研究,并制定出更合理的運(yùn)行方式。變速給水的方式就是新型的給水方式,在變速給水方式下,給水泵的運(yùn)行效率有了極大的改善。變速給水的方式就是通過(guò)變速控制水流調(diào)節(jié),從而控制給水泵的水流量,這樣可以解決汽輪機(jī)低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)下能源耗費(fèi)量大的問(wèn)題,也解決了汽輪機(jī)因能源耗費(fèi)而產(chǎn)生的機(jī)械故障。變速給水的運(yùn)行方式,很大程度上節(jié)約了汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)耗費(fèi)的資源,并且有效的提高了給水泵的運(yùn)行效率。

      5 結(jié)束語(yǔ)

      綜上所述,在當(dāng)前全球范圍內(nèi)能源緊張的背景下,電廠必須要不斷優(yōu)化設(shè)備、革新技術(shù),以提升電廠的電能輸出效率,通過(guò)優(yōu)化汽輪機(jī)的配汽方式、汽輪機(jī)啟停、機(jī)組性能以及密封等問(wèn)題,可有效降低機(jī)組能耗,提升汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。

      參考文獻(xiàn):

      [1]張海明.電廠集控運(yùn)行中汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施[J].設(shè)備管理與維修,2021(09):85-86.

      [2]宋劍.電廠集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施分析[J].應(yīng)用能源技術(shù),2021(02):4-6.

      [3]俞溶山.電廠集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施探討[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化,2020,10(08):55-56.

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