鍋爐汽輪機節能及運行管理初探

吳傳善

（中外合資合肥第二發電廠，安徽 合肥 230000）

1 鍋爐汽輪機引發的環境問題

鍋爐熱效率偏低。實踐生產中的鍋爐汽輪機以小容量為主，這類鍋爐汽輪機難以開展完全燃燒，損失較多的熱量，難以實現最佳工況下的設備運行。而大容量的鍋爐汽輪機大都處于低負荷狀態，能源損耗問題嚴重。

排煙溫度偏高。燃料燃燒是鍋爐汽輪機的運行基礎，目前，鍋爐汽輪機的燃燒為層燃狀態，屬于不完全燃燒，排煙溫度可達300～350 ℃，排煙的成分包括一氧化氮、二氧化碳及二氧化硫，會對環境造成較大污染。

控制系統不足。鍋爐汽輪機的控制系統不夠完善，操作人員難以掌握設備運行的實時參數，使鍋爐汽輪機長期處于非最佳工況運行狀態，不僅浪費電能與熱能，還會對設備內部部件造成損傷，縮短鍋爐汽輪機的使用壽命。

2 鍋爐汽輪機的節能技術措施

2.1 改進鍋爐汽輪機設備

2.1.1 鍋爐汽輪機的結構改進

針對鍋爐設備，制造企業可以從鍋爐爐拱結構入手，通過尺寸和形狀的改進，擴大鍋爐的內部空間，避免鍋爐出現配風不合理或者漏煤等問題，加大運行能耗。同時，鍋爐結構中保溫巖棉材料的應用，可以增強鍋爐的保溫性能，減少熱量損失。

針對汽輪機設備，制造企業可以從高壓缸或者低壓缸入手，改進其構造，實現節能的目標。在高壓缸改進中，制造企業需降低高壓缸的運行阻力，提升高壓缸的運行效率，以此降低能耗。對于動葉型汽輪機，制造企業可整體固定動葉片，增強其動力強度，并加大隔板氣軸間的縫隙；對于靜葉型汽輪機，制造企業可去除靜葉片中的加強筋，降低汽輪機的運行阻力。在低壓缸改進中，制造企業需要延長其工作時長，避免低壓缸出現運行疲勞問題。以200 MW機組的低壓缸為例，制造企業在生產中提高根莖的參數數值，并加固動葉片。在低壓缸投入運行后，抗疲勞性能和耐腐蝕性能有較大提升，可減少能耗。

2.1.2 鍋爐汽輪機的運行方式改進

在結構改造的同時，運行方式的改進也能夠實現節能減排的目的。針對鍋爐設備，制造企業可通過鍋爐進風和出風方式的改進、煙氣余熱的利用和分層燃燒技術的引進，保障鍋爐的完全燃燒，實現鍋爐燃料的最大化利用，降低能耗。同時，制造企業可在鍋爐中應用變頻技術，控制鍋爐運行中的煤量與風量，減少煤炭的使用量。

循環水泵。企業可通過機組負荷的控制，加大該設備的運行效率，減少能源損耗。大量生產實踐表明，在同樣的壓力條件下，循環水量的提升，可以加大機組的作用力，增加能源損耗。因此，企業需要調節機組負荷，將機組的作用力控制在標準范圍內，確保機組出力增加值和循環水泵增加值間的差值最大，將機組的能源損耗降到最低。

加熱器。水位和溫度聯系密切，在端差處于最低值時，加熱器的水位為最佳工況水位，熱量損失最低。企業需在加熱器中安裝溫度傳感器和溫度調控裝置，傳感器可以實時采集加熱器不同部位的溫度，獲得加熱器的端差。結合PLC控制系統，調節加熱器的溫度，將端差控制在最低值，實現降低能源損耗的目標。

抽氣設備。該設備負責汽輪機真空工況的創造，運行效率與液體溫度、環境溫度與壓力相關。夏季溫度偏高時，抽氣設備的工作效率偏低，能源損耗較大。因此，企業需注重抽氣設備液體溫度和環境溫度的控制，利用低溫冷卻水降低工作液的溫度，利用空調系統降低環境溫度[1]。

2.2 引進多元化節能技術

在鍋爐汽輪機應用中，設備制造和使用中的節能技術引進，可以優化設備的運行工況，實現節能減排。在設備制造領域，制造企業可引進多齒蜂窩狀汽封技術 （見圖1），增強鍋爐汽輪機的流通性能，降低部件運行阻力，提升設備運行效率。濰坊特鋼集團在12 MW汽輪機中，應用多齒蜂窩狀汽封技術，將其額定進氣壓力控制在3.14 MPa、額定排氣壓力控制在0.007 3 MPa。結合生產數據，節能技術在濰坊特鋼集團的應用，可使企業生產能源節約近9 428噸標準煤，二氧化碳的年排放量減少24 701 t，約節約成本528 萬元。在設備使用中，工業企業可引進干冰清洗技術及工業鍋爐水處理技術。前者利用干冰的低溫收縮功能，清除鍋爐汽輪機中的煤垢與油垢；后者利用低溫廢熱產生的能量，帶動設備運行，減少電能損耗。

圖1 多齒蜂窩狀汽封示意圖

3 鍋爐汽輪機的運行管理建議

企業需要通過鍋爐汽輪機的運行管理，使其長期保持最佳工況，提升設備運行效率，降低設備能耗，實現節能減排的目標。

3.1 加強鍋爐汽輪機參數的控制

基于鍋爐汽輪機的能耗影響因素，企業需要加強汽輪機給水溫度的控制，定期開展加熱器的檢修，確保加熱器中的高加鋼管等部件在密封性方面，符合鍋爐汽輪機的運行需求，保障設備的高效換熱與傳熱。一旦檢修中發現高加鋼管存在泄漏點，立即采取修補措施，嚴重時可更換全新的鋼管，避免能源損耗不斷擴大。為了避免水垢沉積過多，影響高加鋼管換熱效果，檢修人員需采用化學清洗或噴射清洗方式，清潔高加鋼管。其中，噴射清洗是指通過礦物質、鋼砂或鐵絲段等磨料，對高加鋼管內部進行全面清潔，將管內存在的氧化物及雜物清理干凈[2]。

同時，企業需要確保凝結器始終處于真空狀態，使鍋爐汽輪機保持較高的工作功率，減少鍋爐汽輪機運行的耗煤量。首先，運維人員需定期開展凝結器的檢修工作，每月進行一次真空嚴密性試驗，確保凝結器的真空狀態與最佳工況要求相符；然后，運維人員需定期檢測循環水的水質，并做好凝結器內部器件的清潔工作，避免凝結器內部管道積聚水垢，降低設備的換熱效果，加大能源損耗。

3.2 加強鍋爐汽輪機的日常管理

企業需安排專業人員負責鍋爐汽輪機的啟動和停止操作，避免鍋爐汽輪機出現緊急停機狀態，對設備造成破壞。

鍋爐汽輪機的啟動過程為逐漸加熱過程，在操作人員點火操作完成后，需要較長時間完成機組并網，并網過程將會消耗較多能源。因此，啟動人員需要在保障汽輪機安全運行的基礎上，減少啟動時長，從而減少電能及熱能的損耗。首先打開旁壓，將汽輪機的壓力控制在4 MPa左右，再手動開啟真空破門，將汽輪機的真空控制在-60～-50 kPa左右；然后加大蒸汽量，增加汽輪機啟動的速度，減少啟動過程的能耗。

鍋爐汽輪機的停機時，停機人員需采用滑參數停機方式，降低汽輪機與鍋爐的溫度，為鍋爐余熱利用提供條件，實現節能減排的目標。同時，企業需利用停機機會，開展設備的部件檢修及大修。在部件檢修中，對凝汽器進行灌水查漏，及時發現真空系統存在的漏點，確保鍋爐汽輪機在規范的真空狀態運行；在設備大修中，優化機組軸封裝置、隔板和葉片等部件，軸封裝置的優化通過器件更換來實現；隔板與葉片的優化由噴砂除垢來實現。

另外，企業需將閥門內漏管理納入日常管理工作，在鍋爐汽輪機投入運行之前，檢測疏水閥門的密封性，必要時可閥門更換為可靠性更強的高壓閥門，避免疏水閥門出現內漏問題，減少鍋爐汽輪機系統熱量的損失，降低鍋爐汽輪機運行所需的煤量。

3.3 制定完善的運行管理制度

在鍋爐汽輪機運行管理中，完善的管理制度能夠約束工作人員的行為，使鍋爐汽輪機保持最佳工況運行。企業需要根據鍋爐汽輪機的運行狀況，結合崗位需求，制定責任到人制，將鍋爐汽輪機的運行責任、環保責任落實到具體工作人員，并對工作人員進行培訓，使其掌握鍋爐汽輪機的參數控制與日常管理要點，確保鍋爐汽輪機長期處于最佳工況。以某火電廠為例，在運行管理制度中，明確鍋爐汽輪機的運行參數要求、運行管理要點、運維管理要點等內容，將相應工作崗位的管理責任落實于工作人員，提升工作人員的責任意識，保障鍋爐汽輪機的穩定可持續運行[3]。

該火電廠組建了汽輪機監測小組，組長負責鍋爐汽輪機監督管理的協調調度；副組長負責督促監督工作；監督人員聽從組長及副組長指揮，開展汽輪機監測工作。制度規定的監測內容如下：振動監測、葉片監測、負荷監測、閥門監測等。以振動監測為例，針對鍋爐汽輪機出現的突發性強烈振動，一旦振動數值過大，超過緊急停機標準，需立即采取緊急停機處理，查找振動來源，處理振動故障后方可啟動鍋爐汽輪機；針對數值逐漸加大，但并未超過緊急停機標準的異常振動，監督人員需全面檢查鍋爐汽輪機的真空狀態、工作液溫度、膨脹及膨差、潤滑油溫度等參數，將異常參數調整到標準范圍，恢復鍋爐汽輪機組的正常運行。同時，監督人員需將上述工作內容匯報給上級領導，為領導進行振動故障預防決策提供資料參考。

4 結語

綜上所述，鍋爐汽輪機的節能及運行管理，是降低鍋爐汽輪機能耗、 控制環境污染的關鍵。 通過本文的分析可知，制造企業需要改進鍋爐汽輪機的器件，應用企業需要引進多元化節能技術，并加強鍋爐汽輪機的參數控制及日常管理，制定完善的運行管理制度，保障鍋爐汽輪機的低能耗運行。