电厂集控运行中汽轮机运行优化策略探讨

叶 博

（国家电投集团江西分宜发电厂，江西新余336607）

0 引言

随着我国工业化和城市化进程不断加快，社会对电能的需求也显著增加，为了保证社会日益扩大的用电需求，在合理区间内扩大电厂数量和电厂规模的同时，更要保障现有电厂的稳定高效运行。在电厂集控运行中，汽轮机作为核心部件，其运行的安全性、稳定性和工作效率，会对电厂的发电效率和实际效益产生较大影响。在实际生产中，为避免发生影响汽轮机安全性和工作效率的问题，必须持续对电厂集控运行汽轮机开展优化工作，使汽轮机能够长期安全高效运行，保障电厂的发电效率和经营效益，进而满足社会对电能的需求。

1 电厂汽轮机概述

汽轮机是一种表面设有大量叶片结构的旋转式蒸汽动力装置，该装置主要将蒸汽的热能转化为机械能，从而驱动发电机进行发电。具体过程为：锅炉将其内部的水加热后变为水蒸气，由于液体向气体转化的过程中体积快速膨胀，因此蒸汽沿管路加速进入汽轮机，并从一定角度的喷嘴中快速喷向汽轮机叶片，推动汽轮机叶片旋转，从而实现了热能到旋转机械能的转化。汽轮机的工作原理直接决定了它的特点和存在的问题，即该设备具备单机功率大、热效率高的特点，但同时也存在能耗损失较大、易发生机械故障等问题。因此，针对电厂汽轮机运行优化的研究，对于提升电厂发电效率和经营效益以及降低发电能耗具有重要意义。

2 江西分宜发电厂汽轮机问题分析

2.1 汽轮机配汽问题

当前江西分宜发电厂火电机组采用330 MW亚临界单轴、三汽缸、双排汽、凝汽冲动式汽轮机。该型汽轮机采用复合型配汽方式，即在汽轮机不同的运行过程中采用不同的配汽方式驱动汽轮机旋转，以尽可能实现较高的工作效率，并降低能耗。具体如下：在高负荷运行过程中，选择打开并调节顺序阀驱动汽轮机运行；在低负荷运行及启动过程中，选择打开并调节单阀门来驱动汽轮机运行。从能量损失方面来讲，尽管从整体能耗看，目前该电厂复合型配汽方式的汽轮机能量损失已经较小，但汽轮机处于低负荷运行过程时，仍存在能量损失过大的问题。

2.2 汽轮机启停问题

决定汽轮机启停的动力源是其内部的转子应力变化。汽轮机在常规工作阶段，其内部转子对自身所处环境的压力与温度要求较高，只有转子一直处于合适的高温、高压状态时，才能为汽轮机的正常运行提供充足动能。同时受实际工作条件的限制，汽轮机内转子表面蒸汽的压力与温度无法保持绝对恒定，而是处于一定程度的波动状态，这使转子内温度场十分不稳定。因此，汽轮机的频繁启停会导致能量损失，同时也会减少汽轮机的寿命，为此，必须优化汽轮机的启动过程与停机过程。

2.3 重要辅机电耗高的问题

江西分宜发电厂汽轮机组给水泵为6 kV电动给水泵，电厂拥有3台电动给水泵，另外还有2台循泵、2台凝泵等6 kV大功率运行设备，其运行模式为均工频运行，具有运行功率大、电耗高、启动电压降大等特点，因此在日常运行中存在一定程度能源浪费和安全风险，造成电厂的生产厂用电率大大高于同类型容量机组的平均水平，对提高机组经济性不利。

3 针对江西分宜发电厂汽轮机的运行优化策略

3.1 针对配汽问题的优化措施

为应对江西分宜发电厂火电机组汽轮机因所受负荷突然发生变化，而导致能量损失过大的问题，笔者根据多年实际工作经验，提出以下优化调节配汽方式的改善措施：把过去的复合型配汽方式（即汽轮机启动过程中，其配汽方式为由低负载时的单阀门调节逐渐转变为高负载时的顺序阀调节），改成更先进的三阀式配汽方式（即汽轮机启动过程中，其配汽方式为单阀门调节转为顺序阀调节，再转为单阀门调节）。配汽方式更改后，能够在配汽过程中更好地优化负荷的作用，进而使汽轮机在低负荷运行过程中，其能量损失更低，汽轮机的工作效率更高，但在调节期间必须准确校核调节级的大小。同时配汽方式调整为三阀式配汽后，系统能够更有效地分担负荷，从而获得了比复合型配汽更优秀的流通能力，能够更加圆滑地转变负荷运行方式，降低系统转变时的负担，提升系统瞬时转换效率，进而实现滑压运行曲线的优化，有效降低能量的损失。

3.2 针对汽轮机启停问题的优化措施

在实际工作中可以明显看出汽轮机频繁的启动或停机会导致大量能量的损失，而且还会对汽轮机的寿命产生不良影响，所以优化汽轮机启停问题对提高汽轮机效率十分重要。江西分宜发电厂火电机组汽轮机启动方式为高中压缸联合启动，具体表现为首先锅炉点火并进行相应暖管工作，蒸汽参数达到冲转参数后驱动汽轮机转子升速，进行升速暖机，机组定速后发电机并列带动负荷。然而在长期工作经验和研究中发现，通过传统启动方式启动汽轮机时，容易导致高压缸排汽温度过高的情况。而为降低其排汽温度，可以启动汽轮机时调低再热蒸汽压力至0.5 MPa以下，该操作会帮助高压缸排汽逆止门适当地提前开启，增加进入高压缸内的汽流量，从而将排汽温度控制在合理范围内，实现汽温与缸温的最优匹配，从而缩短机组启动时间，减少工质的损失，提高经济性。汽轮机停机方法有两种，分别是额定参数停机与滑参数停机，两种方式相比较可以发现，滑参数停机法具有更明显的优势，该方法一方面能够显著增加汽轮机工作效率，另一方面还能够尽早使用锅炉机组的余热发电，加速降低机组其他部件的温度，这样可以有效减少能量的损失。

3.3 针对汽轮机辅机运作问题的优化措施

由于汽轮机运行中有较多的辅机，而重要大功率辅机的运行效率和能量损耗对于汽轮机也有很大影响，所以必须优化重要大功率辅机的工作方式，从而降低其能量损耗，提高运行效率。针对江西分宜发电厂的汽轮机辅机功率大、电耗高等问题进行了以下优化：通过改造大功率辅机的PLC控制变频器，将分宜发电厂其中2台大功率电动给水泵、1台凝结水泵以及1台循环泵等6 kV设备的运行模式，由工频运行改造为变频运行，以降低大功率辅机设备的能耗以及系统母管运行压力，提高设备的安全性与运行效率。同时，考虑到发电厂备用辅机设备紧急运行的安全性和可靠性要求，保留1台备用设备维持工频运行状态。经2016年数据统计，分宜发电厂针对大功率辅机设备变频改造后，其生产厂用电率由11.5%下降为10.2%，节能降耗效果明显，有效提高了发电厂的实际发电效率和经营效益。

4 结语

如今我国环境保护力度持续加码，为更好地满足社会的环保需求和日益增长的电能需求，提升现有火电汽轮机组的发电效率是最高效的方式。本文以国家电投集团江西分宜发电厂为研究对象，针对其存在的汽轮机配汽问题、汽轮机启停问题和重要辅机电耗高问题，提出了对应的三项优化调整措施，对于促进汽轮机组的高效稳定运行，帮助提升该厂的发电效率和经营效益具有重要意义。