電廠汽輪機節能降耗的主要措施分析

唐 磊

金爐科技有限責任公司

電廠汽輪機節能降耗的主要措施分析

唐 磊

金爐科技有限責任公司

當前能源和資源瀕臨枯竭問題已經成為全球性的問題，在世界范圍內掀起了激烈的討論，針對能源開發問題提出了更高的要求，競爭愈演愈烈，為了謀求電廠的長遠發展，各大電廠紛紛出臺一系列完善措施，引進先進技術和管理模式，以求占據更大市場份額，更為合理有效的提升企業市場競爭力，實現電廠的可持續發展。由于電廠自身特性，首先需要從節能降耗等方面著手，相較于其他行業存在一定差別，需要通過不同途徑實現節能降耗。在日常生產活動開展中，需要注重用水、用電情況，在保證電廠正常活動開展的同時，降低其他能源的消耗。

電廠；汽輪機；節能降耗

國家多部門聯合頒布的《煤電節能減排升級與改造行動計劃》（發改能源[2014]2093號）中指出：到2020年，所有在服役的燃煤發電機其能耗不得超過310g/kW·h，其中發電量在60kW·h及之上的機組能耗不能超過300g/kW·h，其他低發電量機組經過改良后均可達到大氣污染物排放標準。為確保這一目標的達成，對機組整機性能進行測試和診斷，找出節能突破口，尋找對比相關改造技術，使技術改造適當領先，投資經濟合理，最終選擇最優改造方案是非常必要和迫切的。

依據火電廠節能降耗的相關理論研究可知，實現機組效率提升的同時降低能耗應從下述內容入手：一是改進主副機組，提升主機發電效率；二是提升蒸汽初始參數，以提高熱循環的溫度均值；三是確保排氣壓力的持續穩定，避免冷源損失；四是提升熱循環效率，降低鍋爐換熱溫度差值；五是最大化降低熱力過程及熱交換中的換熱溫度差值；六是降低氣體與液體工質在流動中的熱量散發損失；七是降低內漏、縮減外漏；八是提高汽輪機內效率。

1 電廠汽輪機節能降耗概述

電廠汽輪機技術改革之前，應尋求資金投入和效益平衡點，對資金投入成本和收益情況進行深入分析，不能盲目的因為節能而節能，權衡技術創新成本和節能收益之間的關系。但是就電廠汽輪機節能降耗實際工作開展下現狀來看，主要是通過引進先進的汽輪機來實現節能降耗，但是所耗費的成本遠遠高于對現有汽輪機的技術改造成本，在現有汽輪機基礎上進行改造，同樣能夠達到節能降耗的作用。由此看來，這種汽輪機改造方法，不僅能能夠大大降低電廠技術改造費用，還能夠達到節能降耗作用，從經濟角度來看，這一舉措是切實可行的。較之國外，我國汽輪機改造起步較晚，但是經過了幾十年的創新和技術改造，汽輪機節能降耗工作取得了較為可觀的成效，相關技術漸趨成熟，通過大量的實踐能夠發現，汽輪機技術改造后，能夠大大提升能源利用效率，能源消耗量隨之減少，在一定程度上提高了汽輪機運行可靠性和安全性，在實際應用中是切實可行的，值得推廣應用。

2 電廠汽輪機節能降耗的可行性分析

在整個電廠的組織結構中，汽輪機處于較為中心的環節與地位，它起到的重要作用是把熱能轉化為電能。一般來說，關系到其節能降耗的主要因素包括兩點，一是技術因素，二是經濟因素。

2.1 技術層面的可行性研究

對電廠汽輪機進行節能降耗技術改造的可行性分析，另一個重要的方面是技術層面的可行性研究分析。通過大量的研究結果表明，節能技術改造后的汽輪機，在汽輪機的冷端系統、熱力系統、本體汽封等各系統環節，都得到了技術層面的優化，相關技術方面的節能改造，在很大程度上提升了汽輪機的安全穩定性，使得整個機組的生產運行更加經濟。由此表明，對電廠汽輪機進行技術改造，在技術方面的可行性成立。通過上述對電廠汽輪機在經濟層面與技術層面的研究分析表明，采用科學合理的措施對汽輪機進行改造對其節能降耗是非常有幫助的，研究人員要結合汽輪機的影響因素進行研究分析，以找到最佳的節能降耗措施。

2.2 經濟效益層面的可行性研究

對電廠汽輪機節能降耗方面的研究分析，首先要考慮其經濟效益問題。對汽輪機進行節能改造要將技術改造所需的資金投入和改造后的設備產出進行綜合計算，也就是說要對成本支出與成本收益進行匹配運算，不光要考慮設備的節能，還要考慮經濟的節能。經過研究表明，采用新式汽輪機的投入成本要遠高于技術改造后的汽輪機投入成本，經過技術改造后的汽輪機在節能降耗方面同樣有著十分顯著的效果。因此，對汽輪機進行節能技術改造的經濟可行性研究分析成立。

3 引起汽輪機能耗的主要因素

3.1 工程概況

某火電發電廠共有4臺機組：分別為兩臺600MW和兩臺660MW機組，機組類型為超臨界、單軸、凝氣式汽輪機組，輪機總數為四十二級，其中高壓轉子共八級；中亞轉子共六級；低壓轉子共二十八級。汽輪機選用壓合缸構造，兩個低壓缸采用對稱雙流反向布設。在進行全面維修前先對機組性能進行全面檢測，檢測結果顯示機組存在熱耗率過高，同設計值存在偏差，仍有一定節能空間。熱耗率屬于反應汽輪機綜合性能的參數指標，其由汽輪機自身性能、熱力系統運行狀況、設備參數多方面要素共同決定，這些數據同設計值之間的差距就決定著機組的真實運行狀況。

3.2 具體因素分析

1）水冷凝汽器問題

關于水冷凝汽器的問題主要涉及以下兩方面：首先是水冷凝汽器內的冷卻水水質較差。一旦冷卻水的水質出現問題后，就會使得汽輪機在正常的運轉過程中，凝氣管出現較為嚴重的結垢現象，如此一來，使得汽輪機的排氣換熱效果在原來的基礎上大幅度的降低，并使得九成以上的水分在汽輪機冷卻塔中蒸發；然后是凝汽器的泄露問題導致的鍋爐內部結垢，引發安全隱患問題。凝汽器一旦泄露以后，會使得冷卻水中混入大量的凝結水，若泄露現象較為嚴重時，會使得凝結水通過孔隙進入鍋爐內部，混合水分的進入使得鍋爐內部的水質降低，長期下去引發了鍋爐內部水分結垢現象，若時間久后，水冷壁在強腐蝕情況下會引發鼓包、爆炸等惡劣情況的發生。

2）汽輪機機組氣缸問題

電廠汽輪機氣缸主要起到隔離汽輪機同流部分與大氣連接的作用，并將生成的蒸汽熱能轉換成機械能。同時其還會與外部支撐座架、排汽、進汽以及回熱抽汽等管道相連接，這樣在汽輪機運行時，氣缸內會產生較高的溫度，熱量變會輻射到外缸部分，需要夾層氣流來對其進行冷卻處理。另外，汽輪機啟動冷態后，夾層氣流則轉變為加熱作用，這樣就決定了氣缸工作效率對汽輪機能量耗損的影響，一旦氣缸運行出現問題，勢必會造成汽輪機能耗增大。

3）汽輪機蒸汽壓力及溫度問題

這里所提到的主蒸汽溫度與壓力，實際上強調的就是汽輪機在運行時的蒸汽壓力與溫度。在其一般的運行狀態下，二者間存在的是反比關系。當蒸汽流量提升時，蒸汽壓力會逐漸下降。由此可以看到，一旦正在運行的機組在燃料供給方面出現問題，就會使汽輪機的主蒸汽壓力與溫度雙雙降低，影響到節能降耗的工作開展。

4 完善電廠汽輪機的節能降耗工作

4.1 汽輪機組本體優化

安裝質量：在安裝質量方面主要體現在通流部分的間隙。電廠對這部分應該要重視，通過檢修調整是可以得到改善的。

葉片改進。各級動靜葉片均選擇新型高效變截面扭曲型葉片，以便于降低二次流損失，提升熱效率；低壓次末級拉筋型動葉更換為整圈自鎖阻尼型長葉片，以更好地保障末級葉片的運行安全。

汽封結構改進。將高壓葉片頂部兩齒平汽封形式更改為四齒高低齒汽封，以降低漏氣損失；對低壓末級及次末級動葉頂部增設汽封，并縮小動葉頂部間隔，縮減漏氣量的同時提升各級效率。

缸體改進。對各級內缸及靜葉持續實施優化改進，以提升各缸工作效率；對高壓進氣管實施彈性密封改造，增加密封環數量，以便減小漏氣損失。

調節級改進。選用高效平衡動葉并改良動葉圍帶結構，增多葉頂汽封齒數量，降低漏氣損失；靜葉選用子午端壁型線，降低二次損失。

4.2 提高給水溫度，保證凝汽器內部處于真空狀態

鍋爐和汽輪機是汽輪運行中的熱力循環系統。從熱力學參數分析可知，隨著循環參數的不斷增加，循環效率也會得到提升，而提高給水溫度，可以提升鍋爐的運作效率，同時還會對鍋爐燃料數量產生作用。給水溫度較低，耗費燃料量較大，而且會將大量熱量散發到空氣中，減低了鍋爐運行效率，所以必須提升給水溫度，保證汽輪機運行的順利運行。

（1）確保加熱器的正常運行。為了保證加熱器可以正常運行，應該定期對加熱器進行檢查。如果在檢查過程中，發現加熱器存在泄露問題，必須及時進行維護和檢修，避免事故的發生；定期檢查隔板的封閉性，防止高壓給水出現偏離對機組運行造成的影響，發生不安全問題。

（2）保證高壓加熱器運行率。給水溫度對機組的正常運行具有很大影響。在機組啟動和停止過程中，都必須嚴格控制給水溫度，減少熱量散失；機組運行中，還要定期對機組進行檢查，避免安全問題的產生；將加熱器水位維持在穩定狀態；為了實現降低溫差、減少泄漏，還要定期對加熱器內部污垢進行清除，以提升高壓加熱器的運行效率。

汽輪冷凝器是機組正常運行的前提，只有保證其可以正常穩定運行，才能提高生產效益，延長機組使用壽命。為了防止凝汽器內部真空降低，可進行以下操作：①保證機組的密閉性，減少凝汽器泄漏。定期對凝汽器進行檢查，發現問題及時處理，保證機組運行。②提高循環水質量控制。在長期使用中，凝汽器內部銅管會產生大量水垢，所以必須定期祛除水垢，提升汽輪機運行效率。③控制凝結水位。啟動機組時，必須將水位控制在正常水平，如果操作不慎，導致凝汽器內部冷卻面積不足產生真空下降問題，必須采取措施降低維持在穩定狀態。

4.3 汽輪機啟停及正常運行中的相關措施

汽輪機啟動時，都應按照合理的汽輪機啟動曲線進行。比如，汽輪機冷態啟動的主汽壓力、主汽溫度和凝結器真空等參數啟動期間都有正常的允許范圍。但是，在實際運行過程中，啟動前機組都要進行長時間預熱，導致并網時間被延長，增加了運行成本。對于這個問題，有如下的建議：先使用旁壓先開的方式將壓力維持到2.8MPa左右，然后通過手動方式對真空破壞門進行開啟，使汽輪機真空維持在－60～－50kPa的范圍內。這樣便可以增加汽輪機進汽量，加快暖機的速度。在進行了低速暖機后，如果機組一切正常，可逐漸開大主汽門將轉速升至1300RPM，并保持40～80分鐘。通過指定檢查項目后，如果沒有異常，這樣就可以保證汽輪機高效、平穩運行了。

在電廠汽輪機運行管理方面，建議通過定滑壓試驗找出最佳運行壓力點，日常運行操作根據鍋爐燃燒情況調整汽輪機進汽壓力，按照新的定滑定曲線調整參數運行，保證了汽輪機汽缸的高效率運行。在高負荷區域通過調節噴嘴改變通流面積，維持在高水平的定壓調節；而在低負荷區域，為了保持給水泵臨界轉速、燃燒、水循環工況能夠得到穩定，那么就應該使用低水平的定壓調節；在中間負荷區域，根據實際滑壓曲線控制汽輪機進汽壓力。通過進行加熱器水位調整試驗，找出每臺加熱器合理的疏水水位，保證加熱器端差在合理的運行范圍，達到提高給水溫度和減少加熱器端差的目的，同時合適的抽汽量保證了汽輪機熱力系統的效率。

汽輪機在非正常停機時，盡量保證機組按照合理的參數甩負荷。確保各系統和設備不會因緊急停機而受損，對保證機器壽命有重要作用。

4.4 改造允許技術改造的汽輪機

因為當前冷端系統設備運行的安全性以及經濟性是制約電廠發電效率的重要因素。因此，在改造汽輪機冷端的過程中，我們應該以凝汽器和水塔為主要切入點。可以考慮循泵運行方式的優化，使機組凝汽器處在經濟運行的工況下，同時盡可能降低廠用電，從而實現節能降耗。冷端系統包括循環水泵、凝汽器、冷卻水塔、真空維持裝置（膠球清洗系統、抽真空系統），冷端系統優化不僅從某個設備考慮，而是從真空改善措施和真空維持措施兩方面著手。真空改善措施將循環水泵、凝汽器、冷卻水塔一體化考慮最佳能力，不僅是追求冷端系統某個設備的性能，而且統籌考慮冷端系統整體性能。在凝汽器改造中，主要考慮凝結水過冷度、凝汽器真空、凝汽器端差幾個方面。比如冷卻管材質的更換，冷卻管布置方式的優化等技改，可以大幅提高機組經濟性，并且減少維修和停機次數，從而有效實現節能降耗目標。

4.5 做好汽輪機的運行優化

電廠汽輪機一般選擇定- 滑- 定運行方式，在保證設備運行效率的同時，降低運行能耗，需要就運行方式進行優化，如改變通流面積。在極低負荷狀態下，可以通過低水平定壓調節方法，來保證水泵軸臨界轉速、燃燒、水循環等作業的穩定性。對于中間負荷區，應結合實際情況來對負荷進行調節，確保汽門開關可以處于滑壓運行狀態。同時，應減少加熱器端差，合理調節加熱器水位，以及在設備高負荷運行狀態下，適當提高汽輪機主汽溫度與主汽壓力，來達到提高給水溫度與投入率的目的。當低速暖機完畢后，在確定機組一切正常后，可以逐漸開大主汽門轉速，并保持40～80min 后，對油位、油溫、油流、油壓等參數進行檢查，并確定油泵運行狀態，監聽機組內部是否存在摩擦等聲音，以此來作為后續管理工作實施的依據。

4.6 更新理念，完善體系

想要實現電廠汽輪機節能降耗的目的，完善電廠管理制度無疑是一項根本保障。對于電廠自身而言，首先要在更新管理理念的基礎上，實現管理體系的強化。要提高節能降耗管理工作的重視程度，并將其貫穿于電廠生產經營的全周期。其次，要在電廠各部門的協調配合下，做好科學的節能規劃，推進節能管理工作開展。例如，依規嚴格選定水電計量表裝置與測量范圍;或組建專業的部門團隊對節能管理進行監督考核等。最后，要在上述工作的帶動下，對具體汽輪機節能降耗工作加大投入，可以參考一些發達國家的經驗，建立具有自身特色的節能管理模式。特別是在節能評估方面，可組建專家團隊對本廠汽輪機性能進行評估，再根據評估結果制定相應具體的節能降耗措施，落實具體的節能降耗管理工作責任。

綜上所述，汽輪機節能降耗是當下發電廠運行管理的重要內容，其對提升電廠運行效益有著重要影響。造成汽輪機能耗的因素是多方面的，包括汽缸工作效率、機組通流性、汽壓溫度、出力系數等，對汽輪機的節能減排要從技術改造與管理兩方面入手，通過多種措施手段穩固及提升汽輪機機組工作效率，降低其能量消耗。

[1] 曹中華,盧秀珍. 電廠汽輪機節能降耗的主要措施分析[J]. 硅谷,2014,01:72-70.

[2] 丘宇峰. 電廠汽輪機節能降耗的主要措施探討[J]. 中國高新技術企業,2015,06:102-103.

[3] 賀江頌,姜皓然,王軒. 探究電廠汽輪機運行中的節能降耗工作[J].電子制作,2015,16:71.

[4] 王磊. 電廠汽輪機運行中節能降耗的對策分析[J]. 技術與市場,2016,02:75.

[5] 金培紅. 電廠汽輪機節能降耗的主要措施分析[J]. 技術與市場,2017,01:101-102.