電廠汽輪機輔機的設計及運行優化

劉嬌 張梁 李鵬飛

摘 要：電力行業的發展影響著國民經濟的發展，電力行業的發展水平是決定工業、農業及互聯網行業的基礎水平。電廠必須在保證供電質量的同時，提高供電供應效率，減少發電能耗，提高熱經濟性。為了進一步的提升電廠運行經濟效益，不只是對汽輪機及鍋爐等設備進行優化設計，而且更要對汽輪機的輔機開展各項優化工作，減少不必要的能源消耗，提高輔機工作效率，從而提高整個電廠的熱效率。本文僅是對汽機輔助設備的結構優化探討。

關鍵詞：電廠;汽輪機;輔機;優化;改進

1 電廠汽機輔機系統設備構成

在電廠發電的系統中，主要的熱力設備包含鍋爐及汽輪發電機，除此以外還有各種輔助設備將主機設備與水系統、蒸汽系統、輸送電系統連接起來，形成整個的電廠系統。

汽機部分的輔助系統包含水系統、油系統及蒸汽系統三大部分。水系統：包含循環水冷卻水系統、凝結水及給水系統、除鹽水系統。油系統：潤滑油系統、密封油系統（若設計需要）及抗燃油系統。蒸汽系統：四大管道系統、高低壓旁路系統、抽汽系統及軸封系統。汽機部分的輔助設備包含凝汽設備、低壓加熱器、高壓加熱器、除氧器、給水泵及冷卻塔等設備。

2 電廠汽輪機部分輔機系統實際優化方案

2.1 以凝汽設備為對象開展優化工作

凝汽設備是凝汽式汽輪發電機組一組很重要的設備。凝汽器的主要作用是在汽輪機的排汽口建立并保持高度真空。將低壓缸排出的蒸汽凝結成水，然后回收到給水系統進行循環利用。凝汽設備主要包括：凝汽器、真空泵（或抽汽器）、凝結水泵。影響凝汽器真空度的原因有很多：如循環水入口水溫、凝汽器端差、循環水的溫升、換熱面積、冷卻水量、蒸汽負荷、真空系統的嚴密性等。在設計階段，凝汽器真空度的最佳選擇設計。循環冷卻水溫取決于環境溫度，相對穩定。蒸汽負荷是根據鍋爐來汽及抽汽系統決定的，一般汽機及鍋爐選好后，這些數值都是比較確定的數據。而當換熱面積一定的情況下，只有增加冷卻水量才能是提高凝汽器的真空度，冷卻水量的增加會導致循環水泵的流量增大，則導致循環水泵的能耗增加。故設計階段考慮的真空最佳數值，則是提高真空度可以使汽機能耗的減小與增加水量使循環水泵能耗的增加的比較最佳值。在運行階段，提高凝汽器真空度的方式分析。在機組運行階段，凝汽器真空度的緩慢及快速下降，則分析一下原因：

（1）真空系統嚴密性。真空系統不嚴密，導致空氣從外部漏入，使系統內不飽和蒸汽量變多，真空度下降。具體表現出來的現象是：汽輪機的排汽溫度與循冷卻水出口的溫差變大。

（2）循環水量減少或者暫時中斷。循環水量減少會使冷卻不及時，也會導致真空度下降。

（3）循環水的水溫增高。循環水的水溫是根據室外溫度及冷卻塔的冷卻效果而改變，若電廠所在地區的氣候溫度升高或者冷卻塔故障會導致冷卻水溫升高，進而導致真空度下降。

（4）真空泵或者射水抽氣器故障。工業水水溫升高，使抽氣室壓力升高，降低了抽氣器的效率。

根據以上分析，在設計階段要考慮好最佳的循環水量及冷卻塔的冷卻面積，要選取好換熱的最佳端差，使我們設計的真空度為最佳。在設備采購階段，要選取減少泄露真空，質量好點的設備。在運行階段，真空系統的安全閥、法蘭及疏水門等處要常檢查，定期維修;夏季工況，可以補充冷卻水方式及增加冷卻塔的冷卻風量，使循環水溫增加的少些。循環水泵、冷卻塔、真空泵等設備也要定期維護，做到少出故障，安全正常運行。

2.2 以高壓加熱器為對象開展優化工作

高壓加熱器是汽機熱力循環系統最重要設備之一，它的工作原理是利用汽輪機的抽汽來加熱進入鍋爐的給水的溫度。此設備跟低壓加熱器及除氧器等設備構成了汽輪機的給水加熱系統，它在系統中起到了換熱器的作用。一般情況下，高壓加熱器設計為表面式換熱器，蒸汽跟水通過管板等介質來交換熱量。高加設備若發生故障造成停運，則會使輸送到鍋爐的給水溫度大大降低。鍋爐內水的吸熱量增加，水的蒸發量相對減少，熱經濟性降低，煤耗增加。蒸汽在鍋爐中的加熱度提高，引起過熱蒸汽溫度提高，會燒壞鍋爐過熱器。高加設備運行的好壞也直接影響汽輪機組的安全運行，高壓加熱器管束泄漏輕則影響汽輪機組跳閘，重則會發生汽輪機水擊，對汽輪機設備造成損壞。高壓加熱器的損壞原因大部分是由于高加管束泄漏。而造成管束泄漏的原因有以下方面：

（1）機組運行時，暖管時間不充足。進入高加的給水與蒸汽對管束產生很大沖擊力，管束兩側的溫差對材質的屈服強度產生很大影響。沖擊力的累加超過了管束材料的屈服強度，管束變形，造成了管束泄漏。

（2）給水中的溶氧量超標。溶氧量超標會對管束造成腐蝕，長時間運行。

（3）設備管束結垢，不及時清理，使管束應力變小，長時間運行造成管道泄漏。

針對以上問題，高壓加熱器優化運行措施如下：

（1）運行之前、停機之后要暖機，減少管束兩側端差的數值，減少管束兩次的熱沖擊，緩解管道變形。

（2）運行中加強對給水水質的監督，嚴格控制給水的PH值。

（3）及時清理水垢，通過大小修機會，增加對水垢的清理次數及化學清洗次數。長時間停運，要進行充氮保護。

2.3 以冷卻塔為對象開展優化工作

冷卻塔根據冷卻介質分為空冷塔和濕冷塔。本文只講空冷塔的優化設計。空冷塔的初始端差是影響空冷機組經濟性運行最重要的指標之一。初始端差簡稱ITD，指熱交換前空冷凝汽器入口設計點排汽溫度與冷卻空氣入口設計點溫度的差值。影響初始端差的因素有很多：廠址氣象條件、空冷系統的總投資額度、不同排汽參數的汽機設備費與年少發電量的差值比較等。在設計階段，應根據需要冷卻的蒸汽量及熱負荷、設計溫度、海拔等溫度，選擇，初步選取幾種不同ITD參數時的風扇數及冷卻塔大小等參數，計算每種方案下的運行費用及投資費用，然后作對比，選取最佳方案。

3 結語

目前，保證電廠主要輔機系統維持良好運行狀態的最主要方法就是進行相應的優化改進。在通過優化設計，提高設備工作效率的同時，嚴格遵守運行程序操作，保證系統之間協調配合，從而減少設備運行過程中不必要的能源浪費。通過對電廠輔機系統的優化，可以提高電廠的熱效率及熱經濟性。

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