電廠集控運行中汽輪機運行優化策略探討

葉 博

（國家電投集團江西分宜發電廠，江西新余336607）

0 引言

隨著我國工業化和城市化進程不斷加快，社會對電能的需求也顯著增加，為了保證社會日益擴大的用電需求，在合理區間內擴大電廠數量和電廠規模的同時，更要保障現有電廠的穩定高效運行。在電廠集控運行中，汽輪機作為核心部件，其運行的安全性、穩定性和工作效率，會對電廠的發電效率和實際效益產生較大影響。在實際生產中，為避免發生影響汽輪機安全性和工作效率的問題，必須持續對電廠集控運行汽輪機開展優化工作，使汽輪機能夠長期安全高效運行，保障電廠的發電效率和經營效益，進而滿足社會對電能的需求。

1 電廠汽輪機概述

汽輪機是一種表面設有大量葉片結構的旋轉式蒸汽動力裝置，該裝置主要將蒸汽的熱能轉化為機械能，從而驅動發電機進行發電。具體過程為：鍋爐將其內部的水加熱后變為水蒸氣，由于液體向氣體轉化的過程中體積快速膨脹，因此蒸汽沿管路加速進入汽輪機，并從一定角度的噴嘴中快速噴向汽輪機葉片，推動汽輪機葉片旋轉，從而實現了熱能到旋轉機械能的轉化。汽輪機的工作原理直接決定了它的特點和存在的問題，即該設備具備單機功率大、熱效率高的特點，但同時也存在能耗損失較大、易發生機械故障等問題。因此，針對電廠汽輪機運行優化的研究，對于提升電廠發電效率和經營效益以及降低發電能耗具有重要意義。

2 江西分宜發電廠汽輪機問題分析

2.1 汽輪機配汽問題

當前江西分宜發電廠火電機組采用330 MW亞臨界單軸、三汽缸、雙排汽、凝汽沖動式汽輪機。該型汽輪機采用復合型配汽方式，即在汽輪機不同的運行過程中采用不同的配汽方式驅動汽輪機旋轉，以盡可能實現較高的工作效率，并降低能耗。具體如下：在高負荷運行過程中，選擇打開并調節順序閥驅動汽輪機運行；在低負荷運行及啟動過程中，選擇打開并調節單閥門來驅動汽輪機運行。從能量損失方面來講，盡管從整體能耗看，目前該電廠復合型配汽方式的汽輪機能量損失已經較小，但汽輪機處于低負荷運行過程時，仍存在能量損失過大的問題。

2.2 汽輪機啟停問題

決定汽輪機啟停的動力源是其內部的轉子應力變化。汽輪機在常規工作階段，其內部轉子對自身所處環境的壓力與溫度要求較高，只有轉子一直處于合適的高溫、高壓狀態時，才能為汽輪機的正常運行提供充足動能。同時受實際工作條件的限制，汽輪機內轉子表面蒸汽的壓力與溫度無法保持絕對恒定，而是處于一定程度的波動狀態，這使轉子內溫度場十分不穩定。因此，汽輪機的頻繁啟停會導致能量損失，同時也會減少汽輪機的壽命，為此，必須優化汽輪機的啟動過程與停機過程。

2.3 重要輔機電耗高的問題

江西分宜發電廠汽輪機組給水泵為6 kV電動給水泵，電廠擁有3臺電動給水泵，另外還有2臺循泵、2臺凝泵等6 kV大功率運行設備，其運行模式為均工頻運行，具有運行功率大、電耗高、啟動電壓降大等特點，因此在日常運行中存在一定程度能源浪費和安全風險，造成電廠的生產廠用電率大大高于同類型容量機組的平均水平，對提高機組經濟性不利。

3 針對江西分宜發電廠汽輪機的運行優化策略

3.1 針對配汽問題的優化措施

為應對江西分宜發電廠火電機組汽輪機因所受負荷突然發生變化，而導致能量損失過大的問題，筆者根據多年實際工作經驗，提出以下優化調節配汽方式的改善措施：把過去的復合型配汽方式（即汽輪機啟動過程中，其配汽方式為由低負載時的單閥門調節逐漸轉變為高負載時的順序閥調節），改成更先進的三閥式配汽方式（即汽輪機啟動過程中，其配汽方式為單閥門調節轉為順序閥調節，再轉為單閥門調節）。配汽方式更改后，能夠在配汽過程中更好地優化負荷的作用，進而使汽輪機在低負荷運行過程中，其能量損失更低，汽輪機的工作效率更高，但在調節期間必須準確校核調節級的大小。同時配汽方式調整為三閥式配汽后，系統能夠更有效地分擔負荷，從而獲得了比復合型配汽更優秀的流通能力，能夠更加圓滑地轉變負荷運行方式，降低系統轉變時的負擔，提升系統瞬時轉換效率，進而實現滑壓運行曲線的優化，有效降低能量的損失。

3.2 針對汽輪機啟停問題的優化措施

在實際工作中可以明顯看出汽輪機頻繁的啟動或停機會導致大量能量的損失，而且還會對汽輪機的壽命產生不良影響，所以優化汽輪機啟停問題對提高汽輪機效率十分重要。江西分宜發電廠火電機組汽輪機啟動方式為高中壓缸聯合啟動，具體表現為首先鍋爐點火并進行相應暖管工作，蒸汽參數達到沖轉參數后驅動汽輪機轉子升速，進行升速暖機，機組定速后發電機并列帶動負荷。然而在長期工作經驗和研究中發現，通過傳統啟動方式啟動汽輪機時，容易導致高壓缸排汽溫度過高的情況。而為降低其排汽溫度，可以啟動汽輪機時調低再熱蒸汽壓力至0.5 MPa以下，該操作會幫助高壓缸排汽逆止門適當地提前開啟，增加進入高壓缸內的汽流量，從而將排汽溫度控制在合理范圍內，實現汽溫與缸溫的最優匹配，從而縮短機組啟動時間，減少工質的損失，提高經濟性。汽輪機停機方法有兩種，分別是額定參數停機與滑參數停機，兩種方式相比較可以發現，滑參數停機法具有更明顯的優勢，該方法一方面能夠顯著增加汽輪機工作效率，另一方面還能夠盡早使用鍋爐機組的余熱發電，加速降低機組其他部件的溫度，這樣可以有效減少能量的損失。

3.3 針對汽輪機輔機運作問題的優化措施

由于汽輪機運行中有較多的輔機，而重要大功率輔機的運行效率和能量損耗對于汽輪機也有很大影響，所以必須優化重要大功率輔機的工作方式，從而降低其能量損耗，提高運行效率。針對江西分宜發電廠的汽輪機輔機功率大、電耗高等問題進行了以下優化：通過改造大功率輔機的PLC控制變頻器，將分宜發電廠其中2臺大功率電動給水泵、1臺凝結水泵以及1臺循環泵等6 kV設備的運行模式，由工頻運行改造為變頻運行，以降低大功率輔機設備的能耗以及系統母管運行壓力，提高設備的安全性與運行效率。同時，考慮到發電廠備用輔機設備緊急運行的安全性和可靠性要求，保留1臺備用設備維持工頻運行狀態。經2016年數據統計，分宜發電廠針對大功率輔機設備變頻改造后，其生產廠用電率由11.5%下降為10.2%，節能降耗效果明顯，有效提高了發電廠的實際發電效率和經營效益。

4 結語

如今我國環境保護力度持續加碼，為更好地滿足社會的環保需求和日益增長的電能需求，提升現有火電汽輪機組的發電效率是最高效的方式。本文以國家電投集團江西分宜發電廠為研究對象，針對其存在的汽輪機配汽問題、汽輪機啟停問題和重要輔機電耗高問題，提出了對應的三項優化調整措施，對于促進汽輪機組的高效穩定運行，幫助提升該廠的發電效率和經營效益具有重要意義。