電廠集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施探討

蔡文

【摘 ?要】隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各行各業(yè)日新月異的變化，對(duì)電能的需求量在不斷的增加。汽輪機(jī)的正常運(yùn)行，是影響電廠設(shè)備工作效率的重要條件，汽輪機(jī)設(shè)備的輸出能量，也是電廠正常運(yùn)行的重要保證。所以要想提高電廠工作的運(yùn)行效率，就要對(duì)汽輪機(jī)啟停、管理、配汽等方面進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。本文將對(duì)電廠集控運(yùn)行中通過(guò)改善汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題展開探討，旨在為電力行業(yè)發(fā)展有所幫助。

【關(guān)鍵詞】電廠集控;電能;汽輪機(jī);優(yōu)化

我國(guó)目前能源結(jié)構(gòu)的體現(xiàn)就是油少煤多，在電力這項(xiàng)資源的獲取上主要還依賴火力發(fā)電。隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，電廠不管是技術(shù)上還是在設(shè)備上都有了翻天覆地的變化，吸收了非常多的先進(jìn)技術(shù)也引進(jìn)不少的新設(shè)備，對(duì)于電廠來(lái)說(shuō)取得了很大的進(jìn)步。為了能夠更好的滿足現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ钣秒娦枨螅娏π袠I(yè)也內(nèi)部做出了重大變革，還優(yōu)化升級(jí)了全國(guó)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但是想要更好的提高電廠的生產(chǎn)效率，其關(guān)鍵的核心還是在于發(fā)電設(shè)備上，所以對(duì)于汽輪機(jī)的優(yōu)化和升級(jí)也是非常必要的。就目前而言我國(guó)各地電廠的汽輪機(jī)都存在一定的問(wèn)題，不僅運(yùn)行的效果差，生產(chǎn)效率也非常的低，甚至部分電廠的汽輪機(jī)，威脅著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

一、關(guān)于發(fā)電廠汽輪機(jī)的概述

1.所謂的汽輪機(jī)就是電廠在正常進(jìn)行運(yùn)行的過(guò)程中不可或缺的器械設(shè)備，其對(duì)于電廠是否可以正常運(yùn)行有著非常大的影響。汽輪機(jī)工作的時(shí)候是按照沖動(dòng)作用進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，把熱能慢慢的變成機(jī)械能的一種旋轉(zhuǎn)器械設(shè)備。從總體的構(gòu)造結(jié)構(gòu)上劃分，可以分成兩個(gè)不同的部分，其中一個(gè)部分就是轉(zhuǎn)動(dòng)部分。轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要組成結(jié)構(gòu)零件包括：動(dòng)葉片、主軸以及聯(lián)軸器等;另一部分就是靜止部分，靜止部分主要構(gòu)成零件包括：軸承、氣缸、汽封以及近氣部分等。不管是哪個(gè)部分對(duì)于汽輪機(jī)來(lái)說(shuō)是保證其正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)。沖動(dòng)作用原理就是讓蒸汽噴嘴中的蒸汽在通過(guò)動(dòng)葉氣道時(shí)對(duì)方向進(jìn)行改變，讓其作用于汽輪機(jī)葉片，保證葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，最后讓熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械動(dòng)能。

2.汽輪機(jī)的工作原理。汽輪機(jī)根據(jù)不同的劃分機(jī)制可以分成不同種類的汽輪機(jī)，從工作原理的角度實(shí)行劃分的話，也可以分成兩個(gè)部分，就是反動(dòng)式汽輪機(jī)和沖動(dòng)式汽輪機(jī)。以機(jī)構(gòu)進(jìn)行分類的話，可以分成多級(jí)汽輪機(jī)以及單級(jí)汽輪機(jī)。以熱力特性劃分的話?？梢苑殖赡狡啓C(jī)、抽汽式汽輪機(jī)、供熱式汽輪機(jī)以及背壓式汽輪機(jī)等。在電廠中人們經(jīng)常看到的汽輪機(jī)大多數(shù)都是凝汽式汽輪機(jī)，也是使用范圍最廣的一種汽輪機(jī)。凝汽式汽輪機(jī)是由循環(huán)水泵、凝汽器、抽氣器以及凝結(jié)水泵等部件構(gòu)成，對(duì)于汽輪機(jī)的正常運(yùn)行來(lái)說(shuō)這些凝器設(shè)備都是輔助設(shè)備。凝汽式汽輪機(jī)的工作過(guò)程就是，排汽一旦遇到冷就會(huì)迅速凝結(jié)變成為水，這就導(dǎo)致其體積逐漸下降，讓原本充滿空氣的封閉空間變成了真空空間，這就會(huì)導(dǎo)致氣壓下降，而蒸汽的理想焓降上升，設(shè)備的熱效率也獲得相應(yīng)的上升。凝汽式汽輪機(jī)的排氣壓力對(duì)汽輪機(jī)的正常運(yùn)行也存在非常大的影響，而影響排氣壓力的就是冷卻水的進(jìn)水溫度以及冷卻倍率，雖然可以取得非常高的真空度，于此同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水泵在運(yùn)行的過(guò)程中功耗加劇以及設(shè)備資金的投入力度增加。

3.汽輪機(jī)的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。除了根據(jù)工作原理可以把汽輪機(jī)分成沖動(dòng)式汽輪機(jī)和反動(dòng)式汽輪機(jī)以外，還可以根據(jù)結(jié)構(gòu)把汽輪機(jī)分為單級(jí)汽輪機(jī)和多級(jí)汽輪機(jī);根據(jù)熱力特性也可以將汽輪機(jī)劃分為凝汽式汽輪機(jī)、供熱式汽輪機(jī)、背壓式汽輪機(jī)、抽汽式汽輪機(jī)等。在實(shí)際生活中，火電廠中應(yīng)用最廣的就是凝汽式汽輪機(jī)。凝汽式汽輪機(jī)包括凝汽器、凝結(jié)水泵、循環(huán)水泵以及抽氣器，這些凝器設(shè)備是汽輪機(jī)運(yùn)行的輔助設(shè)備。在凝氣設(shè)備中，排汽遇冷凝結(jié)為水，使得體積驟減，原來(lái)空氣充斥的密閉空間成為真空狀態(tài)，氣壓降低，蒸汽的理想焓降增加，裝置的熱效率得到相對(duì)的提升。凝汽式汽輪機(jī)的排氣壓力對(duì)運(yùn)行效果也有影響，冷卻水的進(jìn)水溫度和冷卻倍率都會(huì)影響排氣壓力。冷卻倍率高，就能夠獲得較高的真空度，但是也會(huì)使得循環(huán)水泵的功耗和設(shè)備資金增加。

二、關(guān)于電廠集控運(yùn)行概述

1.集散控制系統(tǒng)。即控制系統(tǒng)是集散控制系統(tǒng)，指的是以微處理器為基礎(chǔ)的全分布式控制系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱DCS系統(tǒng)。集散控制系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代出現(xiàn)，并在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域中得到了比較普遍的應(yīng)用，在很多工業(yè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著積極的作用。集散控制系統(tǒng)的特征是集中管理和分散控制，該系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)對(duì)

幾個(gè)控制部分進(jìn)行分散式的控制，每個(gè)部分在應(yīng)用的過(guò)程中都能夠起到不同的控制效果而其中管理則指的是對(duì)所有的部分進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，從而保證控制工作的高效性。隨著我國(guó)信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，集散控制系統(tǒng)也得到了很大的發(fā)展，整個(gè)集散控制系統(tǒng)的運(yùn)行向著智能化、自動(dòng)化和集成化的方向發(fā)展，控制效率顯著提高，在工業(yè)領(lǐng)域中的作用也越來(lái)越突出。

2.系統(tǒng)運(yùn)行特點(diǎn)。集控系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中具有以下顯著特點(diǎn)。（1）標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化和通用化。集控系統(tǒng)是對(duì)傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的延伸和發(fā)展。從軟硬件方面出發(fā)，對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，從而使其能夠被應(yīng)用于不同的工業(yè)領(lǐng)域和生產(chǎn)過(guò)程中，提高控制的效率。而且該系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中采用了大量標(biāo)準(zhǔn)化和通用化的技術(shù)，能夠使系統(tǒng)具有良好的適用性和兼容性。（2）控制能力強(qiáng)，集控系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中能夠通過(guò)軟件進(jìn)行有效的控制和管理，實(shí)現(xiàn)控制功能，并且通過(guò)算法優(yōu)化的方法提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制能力。（3）人機(jī)互動(dòng)。集控系統(tǒng)在應(yīng)用的過(guò)程中設(shè)備操作比較便捷，操作界面比較簡(jiǎn)潔，通過(guò)簡(jiǎn)單的圖形和模塊設(shè)計(jì)，能夠簡(jiǎn)化操作流程，更加直觀地反映出操作的內(nèi)容，使得操作人員的操作更加便捷，獲取信息更加便利。

三、存在的問(wèn)題

配汽方式上的問(wèn)題。就現(xiàn)在的情況來(lái)看，汽輪機(jī)的配汽方式上主要采用的是復(fù)合型配汽這種方式。當(dāng)汽輪機(jī)實(shí)際進(jìn)行工作的過(guò)程中，不同的階段都需要不同的配汽方式來(lái)保障汽輪機(jī)的正常運(yùn)行。比如說(shuō)在汽輪機(jī)的低負(fù)荷或者剛開啟動(dòng)的階段，只要采用單閥這種方式就可以讓汽輪機(jī)運(yùn)行起來(lái)，但是在低負(fù)荷這個(gè)階段運(yùn)行時(shí)，不僅運(yùn)行的效率比較低而且還會(huì)消耗非常多的能量。啟停上存在的問(wèn)題。汽輪機(jī)的啟?？梢哉f(shuō)成汽輪機(jī)的應(yīng)變能力，汽輪機(jī)在正常運(yùn)行的過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的蒸汽參數(shù)是不確定的，在數(shù)值上會(huì)有升降的變化，轉(zhuǎn)子內(nèi)部在一個(gè)動(dòng)態(tài)的溫度廠內(nèi)，轉(zhuǎn)子要一直保持在這種高壓高溫的環(huán)境下工作，如果蒸汽參數(shù)沒有處理好，很容易會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)的工作效率下降，甚至減少汽輪機(jī)的使用壽命。在機(jī)組能力上存在問(wèn)題。汽輪機(jī)的氣閥可以說(shuō)是導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)耗能現(xiàn)象的主要影響因素。汽輪機(jī)的氣閥就目前來(lái)說(shuō)可以分成兩個(gè)種，即順序閥以及單閥。兩者之間的區(qū)別就是，是調(diào)節(jié)的過(guò)程中，順序閥依賴汽輪機(jī)的噴嘴實(shí)現(xiàn)，而單閥依賴蒸汽參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在汽輪機(jī)運(yùn)行的時(shí)候這兩種調(diào)節(jié)方法都是有條件限制的，只能在氣閥壓力比較小的時(shí)候才能完成，在氣閥壓力大的時(shí)候進(jìn)行運(yùn)行，那么很容易會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，比如說(shuō)噴嘴會(huì)出現(xiàn)變形的問(wèn)題、外缸的形狀出現(xiàn)變化，甚至部分的機(jī)組能力和密封性都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題，最終的后果就是加劇了汽輪機(jī)在能源上的消耗。密封水系統(tǒng)存在的問(wèn)題。一般的情況下，汽輪機(jī)汽動(dòng)給水泵軸端密封采用的基本都是迷宮密封，這種方法在運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，一旦汽動(dòng)給水泵出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，想要停止使用的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)密封水回水不順暢的情況，這樣很容易導(dǎo)致小機(jī)油箱經(jīng)常出現(xiàn)進(jìn)水的問(wèn)題，在一定程度上為汽動(dòng)給水泵的正常運(yùn)行埋下了安全隱患。除此之外還有許多其他的原因也會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題，比如說(shuō)轉(zhuǎn)子彎曲變形、轉(zhuǎn)子的振動(dòng)故障、傳熱性惡化堵塞以及水環(huán)真空泵過(guò)載等。

四、電廠汽輪機(jī)優(yōu)化措施

1.優(yōu)化配汽方式。傳統(tǒng)的復(fù)合型配汽方式只能在額定負(fù)荷下才能較好的運(yùn)行，但在低負(fù)荷條件下，損耗較大。所以采用三閥式的配汽方式，可以有效的改變這種現(xiàn)狀。配汽方式的轉(zhuǎn)變，可以有效的分擔(dān)負(fù)荷，同時(shí)對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)的要求較小，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。而且，三閥式的流通能力也較好，可以實(shí)現(xiàn)更圓滑的轉(zhuǎn)變，提升瞬間轉(zhuǎn)換的效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2.優(yōu)化汽輪機(jī)的啟停。（1）汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程優(yōu)化。如330MW汽輪機(jī)組啟動(dòng)方式采用高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)的方式，啟動(dòng)過(guò)程一般為：鍋爐點(diǎn)火及暖管，沖動(dòng)轉(zhuǎn)子升速暖機(jī)，并列接帶負(fù)荷等。鍋爐點(diǎn)火及暖管：鍋爐點(diǎn)火前，汽機(jī)應(yīng)做好提前期準(zhǔn)備包括凝汽器通循環(huán)水，檢查潤(rùn)滑油系統(tǒng)，啟動(dòng)盤車連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等。聯(lián)系鍋爐點(diǎn)火，汽機(jī)抽真空，送軸封。鍋爐升溫升壓，應(yīng)及時(shí)開啟旁路。但在實(shí)際的高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)過(guò)程中，高壓缸排汽的溫度較高。為使得高壓缸排氣溫度下降，可以在啟動(dòng)時(shí)將再熱蒸汽壓力設(shè)定在某一壓力以下，使高壓缸排汽逆止門及時(shí)打開，增大高壓缸通流量，高壓缸排汽溫度高的現(xiàn)象就不會(huì)出現(xiàn)，達(dá)到很好的效果。（2）汽輪機(jī)停機(jī)過(guò)程優(yōu)化。汽輪機(jī)停機(jī)的過(guò)程中，各部件的工作都在陸續(xù)歸零，進(jìn)汽量在一步步減小到零，主汽門也將被關(guān)閉，汽缸等各個(gè)零部件的溫度都逐漸冷卻。依據(jù)進(jìn)汽參數(shù)的不同，汽輪機(jī)停機(jī)分為兩種，滑參數(shù)停機(jī)和額定參數(shù)停機(jī)。采用滑參數(shù)停機(jī)方式，一方面可以提高汽輪機(jī)運(yùn)行效率，能夠有效地利用鍋爐機(jī)組的預(yù)熱進(jìn)行發(fā)電，減少熱量的浪費(fèi)。同時(shí)也能夠?qū)ζ啓C(jī)各部件進(jìn)行有效的降溫，對(duì)設(shè)備的檢修非常有利。（3）汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的優(yōu)化措施。在汽輪機(jī)的運(yùn)行過(guò)程中需要依據(jù)實(shí)際負(fù)荷的變化來(lái)對(duì)汽輪機(jī)采用定-滑-定的運(yùn)行方式進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。在發(fā)電負(fù)荷不同的情況下采用不同的汽輪機(jī)運(yùn)行方式。高電荷采用能夠改變通流面積的噴嘴調(diào)節(jié)，低電荷采用能確保鍋爐機(jī)組正常運(yùn)行的定壓調(diào)節(jié)。

3.優(yōu)化汽輪機(jī)輔機(jī)。汽輪機(jī)的輔機(jī)設(shè)備相當(dāng)?shù)亩?，做好了輔機(jī)的節(jié)能工作，汽輪機(jī)的節(jié)能工作便也實(shí)現(xiàn)了一半?？梢詫?duì)輔機(jī)的進(jìn)行優(yōu)化改造。（1）優(yōu)化循環(huán)水泵。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷和冷卻水溫一定，循環(huán)水流量發(fā)生改變的時(shí)候，凝汽器壓力也會(huì)發(fā)生改變。這就會(huì)導(dǎo)致循環(huán)水泵的功耗受到嚴(yán)重的影響。循環(huán)水量增加，凝汽器壓力減小，增加了機(jī)組的出力，循環(huán)水泵的功耗也會(huì)增加。但是當(dāng)循環(huán)水量增加很多時(shí)，循環(huán)水泵的功耗增加就會(huì)抵消機(jī)組出力的增加。因此增加循環(huán)水流量時(shí)，最大時(shí)的凝汽器運(yùn)作壓力是機(jī)組出力增加值與循環(huán)水泵功耗增加值的差。只有當(dāng)凝汽器處于最佳的運(yùn)行壓力時(shí)，循環(huán)水泵運(yùn)行才能處于最好的狀態(tài)。（2）冷卻液體系的優(yōu)化。冷卻液體系可能出現(xiàn)的問(wèn)題有很多，比如體系運(yùn)行受到的阻力不定，出水點(diǎn)的流量控制力度不顯著等，這是因?yàn)闇p小冷卻液調(diào)節(jié)門的開度，阻力就會(huì)變大，造成資源的浪費(fèi)，且易發(fā)生安全事故。所以對(duì)冷卻液體系的優(yōu)化采取調(diào)整冷卻液水泵的運(yùn)輸速度，全部打開調(diào)節(jié)開門，適量降低水流速度，達(dá)到降低揚(yáng)程的目的，使得冷卻液體系實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。

4.定期清理高壓管道。優(yōu)化鍋爐的大小和燃料的質(zhì)量與充足量對(duì)于水溫調(diào)節(jié)優(yōu)化是必不可少的，當(dāng)水溫不高時(shí)，必然需要充足的燃料來(lái)進(jìn)行加熱，而這就造成了大量的濃煙排放，熱量也流失。所以對(duì)高壓管道進(jìn)行定期清理，可以有效的提高熱傳遞的效率，降低熱能的損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

5.提高鍋爐的給水溫度。工程熱力學(xué)告訴我們，在發(fā)電廠的熱力循環(huán)過(guò)程中，提高循環(huán)效率的關(guān)鍵是提高循環(huán)的初參數(shù)。所以因鍋爐與汽輪機(jī)共同構(gòu)成了熱力循環(huán)系統(tǒng)，所以看似與汽輪機(jī)運(yùn)行沒有多大作用的給水溫度卻發(fā)揮著重要的作用。要提高給水溫度，我們就要對(duì)高壓加熱系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。（1）加強(qiáng)高壓加熱器的運(yùn)行為維護(hù)。在汽輪機(jī)的正常運(yùn)行前應(yīng)該相對(duì)高壓加熱器設(shè)備進(jìn)行檢查，一切正常后開始運(yùn)行。運(yùn)行過(guò)程中也應(yīng)該注意高壓加熱器的正常工作。如果高壓加熱器出現(xiàn)故障，會(huì)使得給水溫度下降，導(dǎo)致熱力散失，影響耗能，所以，要保證高壓加熱器隨時(shí)處于正常的狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通知維修人員對(duì)其進(jìn)行維護(hù)。（2）保證高壓加熱器運(yùn)行時(shí)的水位。高壓加熱器的水位對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和電站等多種設(shè)備的安全運(yùn)行起著直接決定的作用。在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)必須要保證高壓加熱器運(yùn)行處于最佳的狀態(tài)。對(duì)此，需要定期對(duì)加熱器的換熱管道進(jìn)行清理來(lái)保證液位的精準(zhǔn)，并且防止管道發(fā)生泄漏。如果存在漏點(diǎn)，要及時(shí)通知維修人員對(duì)其修補(bǔ)，來(lái)保證水位處于最佳的狀態(tài)。

結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)能源的需求量非常大，我國(guó)的電力行業(yè)也應(yīng)該不斷地提高自身的發(fā)電能力和發(fā)電效率。各個(gè)電廠應(yīng)該通過(guò)對(duì)汽輪機(jī)配汽方式，汽輪機(jī)的啟停，汽輪機(jī)輔機(jī)等方面進(jìn)行優(yōu)化處理和技術(shù)革新，讓汽輪機(jī)可以高效的運(yùn)行。這樣不僅能夠延長(zhǎng)汽輪機(jī)的使用壽命，減少安全隱患，還可以提高發(fā)電效率，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益，緩和我國(guó)電力資源供需緊張的矛盾，對(duì)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活提供有利的支持和保障。

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（作者單位：神華準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司）