探析600MW超臨界汽輪機組節能技術方法

摘要:節能降耗是火力發電廠的一項重要任務，目前已投運的600MW超臨界機組中，有相當一部分汽輪機組熱耗率偏高，與設計值存在一定的差距，存在較大的節能空間。文章以某600MW超臨界汽輪機組為例進行了研究，并提出了相應的節能優化措施。

關鍵詞:汽輪機；節能；措施

1 機組概況

某電廠600MW汽輪機為東方汽輪機廠引進日本日立公司技術設計和制造，型號為N600－24.2/566/566，型式為超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、凝汽沖動式汽輪機。汽輪機總級數為42級，高壓轉子有8級（其中第一級為調速級），中壓轉子有6級，低壓轉子有2×2×7 級。汽輪機采用高中壓缸合缸結構，兩個低壓缸均為對稱雙流反向布置。熱耗率是對汽輪機及其系統性能進行描述的綜合指標，熱耗率由機組本體性能（指缸效率）、運行參數和熱力系統狀況等三方面因素決定，其與設計值的偏差將決定機組的實際運行水平。通過對該機組進行性能診斷試驗發現，該汽輪機組熱耗率偏高，與設計值存在一定的差距，存在較大的節能空間。

2 能耗方面存在問題

2.1 汽輪機本體方面

汽輪機缸效率是汽輪機本體最重要的性能指標，其高低直接決定汽輪機的熱耗率和機組的循環效率，進而影響到整臺機組的發、供電煤耗。性能診斷試驗表明，該機組在額定參數和600MW銘牌功率下，熱耗率與設計值差距較大，主要體現在：

（1）汽輪機的高、中（實際中壓缸相對內效率）、低壓缸相對內效率均達不到設計值，以低壓缸相對內效率尤為突出。（2）汽輪機通流部分監視段壓力、溫度普遍偏高。（3）軸端汽封、平衡盤汽封、各級通流汽封漏汽量大。

2.2 熱力系統方面

熱力系統及輔助設備存在的問題既影響機組運行安全性，又影響機組運行經濟性，該汽輪機組熱力系統存在的主要問題有:

（1）冷端系統及設備不完善，凝汽器真空度偏低。（2）回熱系統及設備不盡完善，造成高、低壓加熱器運行水位不正常，加熱器端差變大。（3）本體及熱力管道疏水系統設計龐大，閥門易發生內漏，且控制方式設計和管徑設計不合理。（4）熱力系統設計復雜，且工質有效能利用不盡合理，冗余系統多，易發生內漏。（5）汽水品質差，通流部分結垢嚴重，影響汽輪機相對內效率。

3 火電廠節能降耗依據的原理

3.1 熱耗率與功率、流量、效率的關系

HR=■=■

式中：HR-熱耗率kJ/(kW·h)；D-工質流量(kg/h)；Δq-單位重量蒸汽在鍋爐里的吸熱量（kJ/kg）；N-汽輪發電機輸出功率（kW）；ηt-蒸汽動力循環的熱效率；ηoi-汽輪機相對內效率；ηm-機械效率；ηg-發電機效率。

3.2 蒸汽動力循環過程

通過蒸汽循環在i-S圖與T-S圖上表示，直觀反映機組效率，可以概括為三個典型過程，即：有溫差的熱交換、絕熱節流、有摩阻的熱膨脹（或壓縮）。盡可能減少實際熱力循環過程不可逆性，以提高循環效率。

根據以上原理，提高汽輪機機組效率，降低機組熱耗率主要從以下方面著手：

（1）對主設備和主要輔機進行優化改造，提高主機熱效率；

（2）提高蒸汽的初參數和再熱蒸汽問題，以提高循環平均吸熱溫度；

（3）保持最佳排汽壓力，盡可能減少冷源損失；

（4）提高回熱循環效率，減少給水在鍋爐里的換熱溫差；

（5）盡可能減少熱力過程、熱交換設備中的換熱度差；

（6）減少汽、水在設備中工質流動過程壓降和散熱損失；

（7）消除外漏、減少內漏；

（8）提高汽輪機相對內效率。

4 汽輪機組節能優化措施

4.1 本體優化改進措施

造成機組本體性能差的原因較多，主要由機組的設計、制造水平和安裝質量等三方面的因素造成。在機組已投產運行的情況下，機組設計及制造水平所帶來的影響已難以改變。因此，本體優化改進措施主要有以下幾個方面：

（1）安裝質量對本體效率有較大的影響，主要反映在機組的通流間隙上，且通過檢修調整是可以改善的，故各電廠均十分重視此項工作，通過清掃通流、修復損壞汽封、調整汽封間隙，力求提高汽輪機通流效率，降低機組熱耗率。

（2）對汽封、軸封進行改造。試驗和經驗表明，缸效率太低的問題很多情況下不在于通流葉柵效率，而是受汽輪機結構特點所限制，傳統汽封從其結構特點和密封原理上已無法更有效地減小密封間隙，因此對傳統汽封（軸封）的進行更換改造，是彌補汽輪機結構設計不足，提高汽輪機性能的重要措施之一。根據機組結構及性能特點在不同部位選擇適當的汽封形式，減少漏汽量，同時嚴格控制汽封間隙，提高機組效率。

（3）消除或減少汽缸結合面漏汽問題。為滿足快速啟停及變負荷適應能力強的要求，該類型汽輪機采用高中壓內缸合一設計，缸體較長，厚度較薄，結合面易變形，產生泄漏。通過完善汽缸各結合面結構，減少泄漏，可以提高本體效率。大修中消除高中壓內缸變形問題；為減小高壓內缸漏汽，高壓內缸結合面可加裝密封鍵；為防止低壓缸變形，可在低壓內缸及低壓進汽室中分面加密封鍵，減少汽缸漏汽。

（4）大修中對高、中壓缸及低壓缸的通流部分進行清洗。如采用玻璃珠噴珠方法除垢，保證各通流表面光潔度。汽輪機通流部分葉柵的光潔和清潔程度對汽輪機的出力能力和缸效率有很大的影響，經運行一段時間后，難免有顆粒沖刷和結垢.由于反動式機組通流部分的隔板之間和葉輪之間的軸向距離小，無法采用人工方法對表面進行處理，目前一般采用玻璃珠噴丸方法，既可徹底的清除表面結垢，又可使葉柵表面光潔度，同時可消除葉柵表面應力，效果較好。

4.2 熱力系統優化改進措施

熱力系統的狀態是影響汽輪機組安全經濟性的重要因素。熱力系統的設計及其運行狀態對機組的安全性、可靠性均有相應的影響。對熱力系統的優化不僅是降低機組能耗的有效手段，而且可以提高系統的可靠性，降低維護成本，并有利于機組長期保持較高的經濟性水平。只有熱力系統保持良好的狀態，才能保證汽輪機組的經濟效益能夠充分地發揮。熱力系統優化改進主要有以下幾個方面：

（1）熱力系統設計與運行中，存在工質有效能的利用不盡合理，或工質浪費的情況。盡可能的回收利用工質的有效能，減少工質損失，是從系統的設計上提高能量利用率進而提高機組的經濟性的有效途徑。

（2）治理閥門泄漏。機組熱力系統泄漏是影響機組經濟性的一項重要因素，國內外各研究機構及電廠的實踐表明，機組閥門的泄漏雖然對機組煤耗的影響較大，但僅需較小的投入就能獲得較大的節能效果。在一定條件下其投入產出比遠高于對通流部分的改造，因此在節能降耗工作中首先應重視對系統閥門嚴密性的治理。

（3）控制好加熱器端差。加熱器端差偏大，說明運行水位偏低，主要是由于疏水調門調節品質差造成。一般加熱器水位偏低會導致串汽現象，在疏水冷卻段入口處易形成汽水兩相流動，導致該處換熱管振動，嚴重的還會造成疏水管道和調門振動，并損壞下級加熱器疏水入口管路附件。考慮到加熱器水位計精度不高，故運行中，水位的控制應以下端差為準，必要時可上調水位報警定值。

5 結束語

600M機組是當前我國火力發電的主力機組，由于主、輔設備設計、制造、安裝及電廠運行等因素的影響，汽輪機本體、熱力系統存在的不完善問題成為影響機組性能和經濟效益正常發揮的主要原因，對汽輪機本體、熱力系統進行優化改進可以大大降低機組能耗水平，實現節能降耗。

作者簡介：李家鋒（1981－），男，漢族，湖北襄陽人，工程師，學士，主要從事汽輪機技術監督和管理工作。