電廠集控運行中汽輪機運行優化措施

張海明

（內蒙古大唐國際托克托發電有限責任公司，內蒙古呼和浩特 010206）

0 引言

電能作為清潔能源之一，是我國能源結構中的重要構成部分，與人們的日常生活以及社會生產活動密切相關。近年來，隨著社會發展，電能需求量不斷增加，促使電廠不斷革新技術、改進設備，提升發電效率，以滿足社會用電需求。汽輪機自20 世紀50 年代應用于電廠以來，至今已有70 余年的歷史，極大提升了電廠的運行效率。但是社會在不斷發展，技術也在不斷進步，隨著我國能源結構的優化調整，需要電廠要保持高效率的電能輸出，就必須要對汽輪機的運行進行優化，不斷提升汽輪機的運行狀態與效率，在降低能源的基礎上持續提升電廠發電量。

1 汽輪機結構形式及工作原理

1.1 結構形式

汽輪機作為發電廠的關鍵設備，直接影響電廠的整體運行效率，其主要作用是完成能量的轉換。其整體結構可分為兩部分，即靜止部分與轉動部分，其中靜止部分包括氣缸、軸承、隔板、汽封以及進氣裝置；轉動部分包括葉輪、動葉片、主軸以及聯軸器。

汽輪機的類型多種多樣，根據組織結構特點，可以將其分為單級、多級汽輪機；以熱力特性分類，可分為背壓式汽輪機、供熱式汽輪機、抽氣式汽輪機以及凝汽式汽輪機。目前，電廠使用最為普遍的是凝汽式汽輪機，當排汽遇冷可凝結為水，體積會大幅縮減，原本被空氣充斥的空間會變成真空狀態，此時氣壓降低，理想焓降上升，裝備熱效率可顯著提高[1]。

1.2 工作原理

汽輪機運行可以分為沖動原理與反動作用原理，其中沖動原理主要是利用動葉氣道改變蒸汽噴嘴中的蒸汽方向，利用蒸汽推動葉片轉動，完成能量轉換。反動作原理則是通過汽輪機運行過程中氣道內的蒸汽不斷膨脹，對葉片形成反動力，推動葉片轉動。反動作原理與沖動原理不同的是，其既會改變蒸汽方向，同時蒸汽在氣道內也會不斷膨脹，因此，汽輪機的運行狀態更加穩定，運行效率更高。

2 存在的問題

2.1 汽輪機配汽方式

發電廠目前的汽配方式以復合型為主，汽輪機在不同狀態下需要以不同方式運行，復合型的汽配方式正是基于此。汽輪機啟動或低負荷時，以單閥的方式運行；高負荷時以順序閥方式運行。其特點是當以單閥的方式運行時，汽輪機的運行效率較低，耗能較大，而以順序閥的方式運行時，汽輪機運行效率較高，資源利用率高。

2.2 汽輪機啟停

汽輪機無論是啟動還是停機，實質上是轉子應力的變化。汽輪機處于運行狀態，轉子表面蒸汽參數隨之變化，若啟動或者停止汽輪時，無法有效控制蒸汽參數，會導致轉子內部形成動蕩的溫度場，進而使轉子處于高壓、高溫的環境，這不僅會造成嚴重的能耗，同時也會降低汽輪機運轉效率及壽命。

2.3 汽輪機機組性能

汽輪機的能耗與機組性能有直接關系，其中最為關鍵的影響因素是調節氣閥。一般汽輪機有兩種調節方式，即單閥調節和順序閥調節。單閥調節以控制蒸汽參數為主；而順序閥主要是通過噴嘴控制蒸汽閥門開關，以達到調節的目的[2]。但只有當氣閥壓力比較小時才能使用順序閥調節，若氣閥壓力過大，噴嘴與外缸變形，影響其密封性，進而導致機組性能受到影響，增加能耗。

2.4 汽輪機密封水系統

目前，給水泵的軸端普遍采用迷宮密封，其密封效果雖然良好，但這種方式存在一定的弊端，即汽輪機給水泵如果緊急停機，會導致密封水回水補償，使小機箱中進水，影響給水泵的正常運行。

3 優化措施

3.1 配汽方式優化

汽輪機采用復合型配汽方式，只有當汽輪機處于高負荷狀態運行時，才能保持較高的運行效率和較低的能耗，但在汽輪機啟動或者低負荷狀態運行時，損耗比較大，運行效率不高。針對這種情況，可以考慮采用三閥式配汽方式，這種配汽方式不僅可以有效分擔運行負荷，同時對于調節級要求相對較低，節能效果良好[3]。三閥式配汽方式下，無論汽輪機處于高負荷運行狀態還是低負荷運行狀態，都能實現有效調節，并且三閥式配汽方式流通性能良好，瞬間轉換效率較高，可以有效降低能耗。

3.2 啟停優化

3.2.1 啟動優化

汽輪機啟動流程包括鍋爐點火、暖管、沖動轉子加速暖機、并列接帶負荷等。鍋爐點火前，需要提前檢查凝氣器循環水、潤滑油系統以及盤車運轉狀態，然后開始點火，將汽輪機抽真空并送軸封，當鍋爐內溫度以及壓力升高到一定程度時要實時開啟旁路。此過程中存在的主要問題是高壓缸與中壓缸聯合啟動時，高壓缸排汽溫度過高，對此，啟動汽輪機前可以調整再熱蒸汽壓力的上限，控制在0.5 MPa，以便可以及時打開排氣逆止門，增加高壓缸通流量，進而有效調節高壓缸的排汽溫度[4]。

3.2.2 停機優化

汽輪機停止運行時，各系統逐步停止運行狀態，進汽量逐漸下降為0，主汽門關閉，汽缸等零部件開始冷卻。汽輪機根據參數不同，有兩種停機方式，即滑參數與額定參數，相較于額定參數的停機方式，滑參數停機的綜合效益更好，不僅可以利用機組預熱發電，提高熱能利用效率，減少熱能散失，并且便于各部件快速降溫，有利于設備的檢修維護。

3.2.3 運行過程優化

汽輪機運行過程的優化需要根據實際運行負荷變化采用“定→滑→定”的方式對汽輪機進行調整，在不同發電負荷下采用不同的運行方式。當處于高負荷狀態時，以改變通流面積的噴嘴進行調節；當處于低負荷狀態時，采用定壓調節，這樣可以確保鍋爐機組的正常運行。

3.3 機組性能優化

3.3.1 循環水泵優化

若機組負荷與冷卻水溫保持恒定，當循環水流量發生變化時，凝汽器壓力也會隨之發生變化，這會對循環水泵造成一定影響[5]。循環水流量增加，則凝汽器壓力變小，機組出力增加，循環水泵的功耗增大，當循環水流量增加至一定程度后，循環水泵功耗的增加會抵消機組增加的出力。當循環水流量保持增加時，凝汽器最大運作壓力為機組增加出力值與循環水泵增加的功耗值之差，因此，必須使凝汽器保持最好的運行狀態，才能確保循環水泵運行良好。

3.3.2 汽輪機冷卻液體系優化

汽輪機冷卻液體系比較常見的問題是出水點的流量控制偏弱以及運行汽輪機時阻力不定，出現這些問題的主要原因是冷卻液的調節門開度偏小，造成阻力偏高，使汽輪機能耗增加，并且存在安全隱患。對此，可以嘗試調節水泵的運行速度，并完全打開調節門，控制流速，降低揚程，可有效解決上述問題。

3.4 給水泵優化

目前，給水泵普遍采用定速給水的運行方式，這種方式的缺陷是導致較大節流損失。給水泵的優化需要技術人員根據平移泵曲線以及變動速度設計變速給水的運行方式。相較于定速給水，變速給水的運行方式可以有效解決調節閥控制水流量問題，可以降低汽輪機在低負荷運行狀態下的能耗，具有一定的節能效果

4 結語

綜上所述，在當前全球范圍內能源緊張的背景下，電廠必須要不斷優化設備、革新技術，以提升電廠的電能輸出效率，通過優化汽輪機的配汽方式、汽輪機啟停、機組性能以及密封等問題，可有效降低機組能耗，提升汽輪機的運行效率。