電廠集控運行汽輪機運行優化措施分析

劉明利 鄒鑫磊 南山集團有限公司

引言：近年來，我國用電量持續增加，對電網結構優化調整提出了更高的要求，汽輪機是電廠集控運行的主要設備，其運行效率對電廠發電量有重要影響。通過優化汽輪機運行效率，可節約資源消耗量，提升電廠的經濟效益。基于此，本文結合理論實踐，對電廠集控運行汽輪機運行優化措施做了如下分析。

1 、汽輪機工作原理

1.1 沖動作用原理

電廠汽輪機沖動作用原理圖如圖1所示：

圖1 電廠汽輪機沖動作用原理圖

蒸汽以相對速度w1進入動葉通道時，會受到動葉阻礙，從而降低蒸汽流動速度，其氣流方向不變的情況下，以相對速度w2流出動葉通道。在通道中蒸汽會對動葉產生一個輪周方向的沖動力F1，F1對動葉做的功促使動葉轉動。

1.2 反動作用原理

電廠汽輪機反動作用原理圖如圖2所示：

圖2 電廠汽輪機反動作用原理圖

蒸汽在動葉汽到內部膨脹時會對動葉產生一個作用力，根據動量守恒定律：一個系統不受外力或所受外力之和為零，這個系統的總動量保持不變。當蒸汽從容器加速流出時，必然會對容器產生一個和蒸汽流動方向相反的力。這個力就汽輪機運行時的反動力。其基本特點是：蒸汽在動葉流道中運行時，不但要改變流動方向，而且還要發生膨脹加速，這一點也導致汽輪機在運行中，從結構上看動葉通道處于一個逐漸收縮的主要原因。

2 、目前影響汽輪機運行效率的主要因素

2.1 配汽方式欠缺合理性

目前電廠汽輪機中應用的主要配汽方式是復合型配汽，這就導致汽輪機在不同的運行階段，需要采用不同的運行方式。比如：在高負荷階段，需要通過調節順序閥的方法進行穩定運行。但在低負荷階段，需要通過調節單閥的方法進行運行，其運行效率遠遠低于高負荷階段的運行效率，導致大量能量被無故浪費。

2.2 啟停損耗比較大

目前各大電廠中汽輪機主要通過改變轉子應力的方法實現啟停，汽輪機在正常運行是，轉子表面的蒸汽參數處于時刻變化的狀態，使得轉子處于一個時刻動蕩的溫度場中。如果蒸汽參數配置發生問題，則汽輪機在啟停過程中，勢必會消耗大量能量，不但會影響汽輪機的工作效率，而且會就降低汽輪機的使用年限。

2.3 汽閥調節設置不合理

大量實例表明，汽輪機在運行中，汽閥是耗能最大的結構之一，根據應用階段不同，汽閥調節方式有兩種，一種是單閥調節；另一種是順序閥調節。所謂單閥調節指的是通過調節汽輪機中的蒸汽參數實現控制。順序閥則是通過控制蒸汽閥門開關實現調節和控制。當汽閥壓力比較大時，會對順序閥造成一定的損壞，如降低密封效果或者導致順序閥的部分機組能量損失，從而難以發揮出應有的調節作用，增加整個機組的耗能量。

2.4 密封水系統設計不合理

汽輪機給水泵軸端主要采用迷宮密封的方法進行密封沉降量，如果給水泵發生故障，而出現緊急停機問題，則會發生密封水回水不夠流暢問題，如果情況嚴重，還會發生油箱進水的嚴重問題，從而影響汽輪機給水泵運行的經濟性。

3 、電廠集控運行汽輪機運行優化措施

3.1 配汽方式優化措施

研究表明，復合型配汽方式只有在額定負荷下才具有良好的運行效率，但汽輪機運行環境比較復雜，任何細微的環節控制不當，都會影響負荷的穩定性，因此，難以滿足實際需求。而采用三閥式配汽方式就可以有效解決這一問題，可對汽輪機運行負荷進行合理分配，而且對調節級的要求比較小，不但能提升汽輪機的運行效率，達到低耗節能的目的，而且此種配汽方式還具有很強的流通能力，對提升汽輪機瞬間轉換效率有重要意義。

3.2 啟停過程的優化措施

如果在汽輪機啟動過程中，采用高中壓缸聯合啟動的方法，啟動流程如圖3所示：

圖 3 高中壓缸聯合啟動流程圖

在點火前汽輪機中要事先準備好凝汽器通循環水、檢查潤滑系統是否良好，確認無誤后才能進行點火操作。并做好鍋爐升溫升壓操作， 根據啟動情況，及時開啟旁路。但在具體啟動過程中，高壓氣缸的排汽溫度比較高。為有效降低排汽溫度，節約能源。可以在啟動前把再熱蒸汽壓力設定在0.5MPa以下，并及時打開排汽逆止門，以達到提升流量的目的，從而降低高壓缸排汽溫度。

在汽輪機停機時，系統進汽量要逐步減少到0，主汽門也隨之關閉，各個零部件的溫度逐步降低到室溫。根據汽輪機進汽參數的不同，有兩種停機方法可以使用，一種滑參數停機，此種停機方式的優點是既能有效提升汽輪機運行效率，還能利用余熱進行發電，停機時間比較長；另一種是額定參數停機，可對各個部門進行有效降溫，便于零部件的檢修和維護。

3.3 汽輪機輔機優化措施

汽輪機在運行中涉及到的輔機種類比較多，因此，提升輔機運行效率和節能效率，就可以大幅度改善汽輪機的運行效率。比如：在進行循環水泵優化時，要根據給水泵變動速度和平移泵曲線來進行設計，在進行調節閥控制水流量時，通過變速自動控制水流調節方式就可有效解決的發電站汽輪機低負荷能源損耗問題，通過這種方式，既能提升發電廠的發電效率，還能提升經濟效益。

3.4 高壓管道清理優化。

如果管道中水溫比較低，則需要通過添加燃料的方法來提升水溫此時，會造成大量能源浪費，也會排出大量有害氣體污染環境，熱量損失也比較嚴重。因此，通過對定期清理管道，可以有效的提高熱傳遞的效率，降低熱能的損失，實現節能。

4 、結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，分析了電廠集控運行汽輪機運行優化措施，分析就結果表明，在我國能源日益緊張的背景下，電力企業需要加強對汽輪機運行優化研究力度，可通過配汽方式優化、汽輪機的啟停優化、汽輪機輔機優化、高壓管道清理優化四個方面來提升汽輪機運行性效率，促使各項資源得到充分利用。