汽輪機運轉的節能降耗措施分析

摘 要：節能降耗是現代社會的主要議題。汽輪機組作為電廠的主要生產設備，對電廠的經濟運行具有重要的影響，文章主要針對我國汽輪機組的運行現狀、存在的問題及影響節能降耗的因素進行了分析，并提出了一系列節能降耗改造措施，對電廠機組的安全高效運行具有一定的參考意義。

關鍵詞：汽輪機；節能降耗；節能改造

1 影響汽輪機節能降耗的因素

1.1 汽輪機組的通流性能

改善汽輪機組的通流性能是提升汽輪機組整體運行能效的關鍵。通過擴大機組內部的通流面積、增加進氣流量，可以有效地提高缸內效率，達到節能減排的目的。

1.2 汽輪機的缸效率

在我國電廠的實際生產過程中，由于設備自身質量和安裝維護等問題，國產的汽輪機組的缸效率普遍低于設計值，與國外的汽輪機組差距較大。而機組的低壓、中壓和高壓缸內效率每降低1%，機組的整體熱耗率將會分別增加41、12和15kJ/kW·h。為電廠的經濟運行帶來了極大的影響。

1.3 主蒸汽壓力

若機組運行時的給水壓力過低、燃燒調整不當、主蒸汽流量過大，則會導致機組的主蒸汽壓力偏低，進而影響機組運行的整體效率。

1.4 主蒸汽溫度

若機組運行時存在燃料供應不足、吹入空氣比重過大、噴水量大、過熱器積垢等現象，則會導致主蒸汽溫度過低，加大了機組自身的熱損耗，降低了運行效率。

1.5 出力系數

出力系數對汽輪機的經濟運行具有重大影響，由于我國的電力負荷波動較為劇烈，谷峰差值較大，機組不得不頻繁進行調峰來適應電網的波動，導致300MW機組的出力系數偏低，長期處于經濟性較差的運行工況。

2 300MW汽輪機應用現狀及主要問題

截止2011年底，我國應用的200MW汽輪機組為221臺，應用的300MW汽輪機組為539臺，500MW以上的機組為305臺。綜合考慮設備數量、發電能力等因素，300MW汽輪機組的節能降耗是目前我國汽輪機組節能改造的重點。

2.1 300MW汽輪機運行現狀

我國現在使用的300MW汽輪機組大部分都是上世紀80年代之前引進的國外技術，較為落后。由于汽輪機的系統原理、結構設計、安裝維護等各方面的原因，我國現在使用的大部分300MW汽輪機都存在著不同程度的問題，經濟性差，運行能耗高。主要體現在如下幾個方面：

2.1.1 供電煤耗較高

2010年，我國在役的國產發電機組的平均供電煤耗為334g每千瓦時，比進口機組要高10g左右，而目前國際先進水平僅為310g左右。

2.1.2 熱耗水平偏低

我國早期投產的發電機組額定工況熱耗水平普遍比設計值要低6%左右，而新投產的則低2%左右。

2.1.3 缸效率偏低

由于種種原因，我國國產的發電機組缸效率普遍低于設計值，與國外的水平差距較大。

綜上所述，目前我國300MW發電機組的總體運行經濟性較差，且部分機組老化現象嚴重，通流部分效率低下，迫切地需要使用先進的技術進行改造，以降低機組運行能耗，提高整體性能。

2.2 汽輪機本體設計的問題

（1）氣缸效率低于設計值，其中，高壓缸的效率比設計值普遍低5%左右；（2）氣缸效率的下降速度太快；（3）各監視段抽氣溫度偏高，普遍比設計值高出15攝氏度以上；（4）各監視段壓力超限；（5）平衡盤、軸承等系統密封效果差，漏汽嚴重；（6）機組效率整體較低，啟動慢；（7）調節級效率低于設計值。

2.3 疏放水系統存在的問題

疏放水系統是汽輪機組的重要輔助設備，疏放水系統能否高效可靠地運轉，不僅會影響電廠發電的經濟性，還將對設備的安全性構成威脅。一般來說，電廠的疏水系統主要由蒸汽管道疏水和鍋爐、汽輪機本體疏水兩部分組成。目前，大型汽輪機疏水系統存在的主要問題有：

2.3.1 疏水閥數量過多。疏水系統的疏水閥門過多，會導致機組啟停時，疏水管道的蒸汽排量較大。且疏水閥的泄露是電廠普遍存在的一個問題，由于閥門前后壓差較大，閥芯容易受到磨損，出現內漏的幾率比較大。

2.3.2 對于使用背包式疏水擴容器的電廠，蒸汽疏汽量太大會導致擴容器排氣口的蒸汽流速非常大，有可能會損壞凝汽器的防沖板。在我國的一些電廠，就曾經發生過類似的事故。

2.3.3 對于使用外置式擴容器的電廠。由于擴容器的排汽管道較長，有可能會導致中壓缸的疏水不暢，延長機組啟動時間等問題。

3 節能降耗實施措施

3.1 汽輪機本體改造措施

3.1.1 加裝調節級葉頂汽封

通過增加調節級葉頂汽封的數量，可以有效地減少調節級之間的漏氣量，提高效率。

3.1.2 改進導氣管密封

采用密封環進行密封的導氣管，在安裝和運輸中容易導致密封環損壞，進而在運行時會引起蒸汽泄漏，影響機組的經濟運行和安全性。為此，可采用新型的鐘罩式密封結構來替代原有的環形汽封，或者是采用材質和質量更加可靠的密封環，從而減少漏氣量。

3.1.3 改進平衡盤的汽封

300MW機組的平衡盤直徑普遍較大，當汽封間隙不合適時容易導致較多的蒸汽泄漏，為此，可采用新型的蜂窩汽封、布萊登汽封結構來減少漏汽損失。

3.1.4 高中壓缸內外夾層加裝阻汽片

高中壓缸內外夾層安裝阻汽片可以調整蒸汽流動方向，從而減小機組上下缸之間的溫差，提高運行效率和安全性。

3.1.5 凝結器部分銅管更換為不銹合金鋼管

與銅管相比，采用TP316L的優質不銹合金鋼具有更好的硬度和剛度，因此可以減少管壁，從而進一步提高了整體傳熱系數，減少了結垢現象，而且具有較強的抗震性能和抗沖擊能力。因此將部分銅管更換后，可以大大提高設備的安全性和經濟性。并且優化循環水的控制，合理進行膠球清洗。

3.2 熱力及疏水系統的改進

機組在各種不同工況下運行時，疏水系統應能防止汽輪機進水和汽輪機本體的不正常積水，并且滿足系統暖管和熱備用的要求。為了減少熱力及疏水系統泄漏，其改進措施為：

3.2.1 同壓力的疏水管路要盡可能的合并，減少管道長度和閥門數量。

3.2.2 選用的閥門應為質量好、可靠性高、口碑好的閥門。

3.2.3 電動球閥不宜作為疏水閥，選用球閥即可。

3.2.4 為防止閥門泄漏對機組正常運行造成影響，可在電動閥門前方設置手動閥門，當出現異常時，可以通過手動控制這些閥門來保證系統的正常工作，增強系統的可靠性。

3.3 優化運行控制

3.3.1 對于使用噴嘴調節的汽輪機組，當負荷高于80%以上時，應通過運行控制保證主蒸汽的溫度、壓力及再熱器的溫度在正常設計范圍；對于在滑壓運行區域的汽輪機組，應根據機組滑壓運行曲線對主蒸汽的溫度、壓力及再熱器的溫度進行嚴格的控制。

3.3.2 對除氧器排氣量和鍋爐排污量進行嚴格控制，對系統的泄漏進行治理，降低工質帶走的熱損失，控制補水量，300MW的汽輪機組，補水率應控制在1%以下。

3.3.3 完善工廠內自動監控系統的建設，開發相應地在線運行能耗分析系統，并對系統內部的泵和電機設備進行變頻節能改造，提高設備運行能效。

3.3.4 定期開展機組優化運行試驗，如：不同負荷運行方式的優化，凝汽機組系統運行優化加熱器水位控制優化、合理安排膠球清洗的投運時間等等，保證各子系統都工作在最優狀態并相互之間配合良好。

3.4 進行節能宣傳及管理

為了使機組經濟可靠地運行，電廠要加強節能降耗的宣傳，制訂相應的節能年度目標，并將節能作為企業的考核指標來保證各項節能措施的落實。

第一，加強燃煤采購管理，保證使用的燃煤符合鍋爐設計要求；第二，完善節能管理，提高工作人員的節能環保意識，明確各級人員的節能工作職責，建立節能工作考核體系，如：發電煤耗、給水溫度、排煙溫度等等，以此來充分調動操作人員的積極性，提高機組的運行效率；第三，加強宣傳和技術交流，定期對節能工作進行總結，為進一步的節能降耗明確方向。

參考文獻

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[2]孫遜，李光輝，董鳳仁.發電廠汽輪機及其輔機設備節能技術[J].中國高新技術企業，2012，（17）：112-114.