发电厂汽轮机运行节能降耗策略研究

丁玲珑 山西鲁能河曲发电有限公司

汽轮机是目前主流发电厂中的重要组成设备，汽轮机在运行时因自身设备的功能设计，需要消耗大量的能源，同时也会导致一些污染物的产生。这与我国当前所提倡的节能减排理念是相冲突的。现代社会对于能源的节约和环境的保护都是极为重视的。因此，对于发电厂汽轮机采取降耗策略是势在必行的要求。为了有效降低汽轮机的能耗，减少对周边环境的影响，需要对汽轮机能耗较大的原因进行综合分析，才能针对具体的能耗问题，提出最适合的汽轮机降耗策略，进而保证降耗策略的可行性。

一、发电厂汽轮机的工作原理

在研究发电厂汽轮机能耗问题之前，需要对汽轮机的工作原理进行深入的了解，才能确保汽轮机节能降耗研究的科学性，进而在此基础上提出更加合理的降耗策略。汽轮机是火力发电厂中的基础设备之一。火力发电厂通过锅炉燃烧煤炭会产生的大量热量，将这些热量加热水会产生大量的水蒸气，而高温水蒸气会驱动汽轮机转动。当汽轮机快速转动时，与汽轮机连接在一起的发电机便可以借助汽轮机产生的机械能进行发电。所以，在火力发电厂中，汽轮机是实现机械能转化电能的关键设备，没有汽轮机，火力发电厂便无法进行正常发电。

二、汽轮机高能耗的主要影响因素

（一）汽缸效率的影响

汽缸是汽轮机工作运行的重要组成，其本身具有良好的密闭性，可以完全地阻断缸内气体与外界空气的联系。火力发电厂发电时，需要先将热能转化为机械能。在转化过程中，通过锅炉的加热，汽缸内部会产生大量的蒸汽，高温蒸汽会带动叶片进行转动，而汽缸内部的热量也会越来越高。汽缸的工作效率在很大程度上决定了汽轮机的能耗水平。如果汽缸工作效率较低，汽轮机在运行时会需要更多的能源，才能保证输出功率的稳定。如果汽缸工作效率较高，汽轮机的能耗水平也会有所下降。

（二）机组流通性的影响

汽轮机的流通性是影响其整体能耗水平的重要因素。在实际发电的过程中，汽轮机的机械能是由蒸汽热能转化而来的。因此，高温蒸汽的流通性在一定程度上影响了汽轮机机械能的大小，进而影响了机械能转化为电能。如果整个汽轮机组的流通性受到了影响，汽轮机的能耗情况也会因此而改变。目前，影响汽轮机组流通性主要有两方面。一是机组的流通面积。如果机组的流通面积无法得到有效的保障，导致流通面积减小，汽轮机获得的机械能同样会因此降低，从而降低了汽轮机的整体效率，造成能源的空耗。二是机组的汽流量。汽轮机运行使用的蒸汽是密闭的，不会轻易与外界空气联系。我们可以通过分析汽缸的工作情况，从中得判断汽缸轴封间是否存在漏气问题。若发生漏气问题，高温蒸汽的汽流量输出必然受到影响，从而降低了汽轮机汽缸的工作效率。

（三）蒸汽压力与温度的影响

发电厂汽轮机为了保证其正常的运行状态，除了要保证机组的流通面积和汽流量外，还要保证蒸汽的压力和温度。一旦蒸汽的压力和温度出现大幅变化，会直接导致汽轮机工作效率的降低，从而增加其运行能耗。发电厂锅炉产生的热量会传递到汽缸，汽缸在热能的持续供给下，内部会产生大量高温高压的蒸汽，当蒸汽压力和温度处于某一水平时，汽轮机的工作效率会达到最大。此时如果机组内蒸汽的压力和温度持续上升，汽轮机的工作效率反而会出现下降的趋势。发生这一情况时，驱动汽轮机运行的能量会出现较为严重的损耗。而蒸汽压力和温度过低也会导致汽轮机工作效率无法达到最佳。

因此，实际操作汽轮机时，需要根据汽轮机的实际运行情况，对蒸汽压力和温度进行合理的调整。而控制蒸汽压力和温度变化的因素主要有两种。首先，是由于水压和燃烧量的调整工作出现问题，而导致蒸汽压力和温度的变化。所以，汽轮机工作时需要调整好锅炉的燃烧量，并根据汽轮机运行需求调整水量，以保证汽轮机始终保持最佳的工作状态。其次，汽轮机冷凝器也是影响蒸汽压力和温度一大因素。冷凝器的热传递一旦出现问题会直接影响冷凝器的散热情况，进而影响汽轮机的汽流量。为此，汽轮机冷凝器需要保持一定的清洁度，此外，锅炉过热器的管线线路要保证合理的封闭，以最大限度地控制蒸汽温度。

三、汽轮机的降耗策略

汽轮机在火力、核能等发电厂的应用地位是十分重要的，为了进一步控制发电厂的发电成本，必须对汽轮机的能耗情况进行有效控制。尤其是火力发电厂，汽轮机的高能耗意味着消耗更多的煤炭，同时也会因此产生更多的污染问题。所以，我们必须通过采取降耗策略的方式，在保持或提升汽轮机工作效率的同时，实现汽轮机的节能降耗。

（一）控制冷却系统的温度

冷却装置是汽轮机运行的保障装置，若冷却装置故障，汽轮机的工作效率将大幅降低。因此，降低汽轮机的能耗要控制好冷却装置的温度。以水冷装置为例，在众多冷却方式中，冷却水冷却是最为普遍且成本最低的一种冷却方式。这种冷却方式可以有效地对汽轮机进行冷却降温，且不会产生较多的冷却成本。所以，相关管理人员需要定期对水冷装置进行检查，检查冷却水的循环情况和水文情况。发现循环冷却水中含有较多杂质时，要立即使用专业的清洁手段进行清洁，以保证水冷装置的正常工作效率。管理人员要做好冷却水输送过程的监控工作，如果在输送过程中发生故障，冷却水的出水口温度便会出现上升，此时需要对冷却塔进行巡查和维护。

（二）控制锅炉水的温度

锅炉水的温度会影响热能的输出效率，一旦锅炉水温度偏低，则需要燃烧更多的煤炭以保证锅炉的热量值。如此不仅会导致煤炭的过量消耗，还会增加燃烧废气的排放量，进而带走更多的热量，对锅炉的运转造成干扰。因此，电厂工作人员要严格检查汽轮机组的密闭性，防止出现漏水漏气的问题，要对机械内水室隔板进行重点检查，以保证其密封性，避免因泄漏问题影响到汽轮机组中蒸汽与水的能量交换。如果蒸汽与水的能量交换率降低，水温便会下降，并增加汽轮机组的能耗。为了确保锅炉水保持较高的温度，提高蒸汽和水的热能转换效率，需要使用适合汽轮机的疏水器和U型加热管。

（三）控制汽轮机的运行

控制汽轮机组的运行是降低汽轮机组能耗的关键，我们可以对汽轮机组的启动、运行和停止等三种状态进行控制。汽轮机得到能耗主要集中在机组的启动，在启动前需要进行长时间的预热。为了缩短预热时间，我们可以通过加压的方式加速汽轮机的预热，以减少启动时间内对能源的消耗。在汽轮机组运行的过程中，要保持汽轮机内部气压的稳定，可通过控制气门，对汽轮机组的高负荷运行状态进行调整，以提高整个机组对能源的利用效率。由于汽轮机组启动需要消耗的能源过大，所以汽轮机组在运行后物特殊情况时一般不宜停机。在发电厂中，通常只有检修汽轮机组时，才会停止汽轮机的运行。

（四）优化汽轮机组

优化汽轮机组是降低汽轮机组能耗的重要手段。在对汽轮机组进行优化时，涉及的方面较多，但主要针对汽轮机组的流通性。优化并改善汽轮机组的流通性，首先要优化汽轮机叶片，可以改装扭曲型叶片，以代替传统的动静叶片，从而降低二次流失，提升其热效率。其次要改善机组的汽封结构，减小高压叶片的顶部间隙，提高汽封性。第三，要改进汽缸的缸体，可以优化内缸结构与静叶片，对于缸体高压气管的改善，要以提升密封性为主，以控制因蒸汽泄漏造成的损失。第四，要改机组的调节级，可以改装更加高效的平衡动叶片。

（五）控制凝汽器的热负荷

降低汽轮机凝汽器的热负荷可有效地改善汽轮机的能耗情况。目前，主要有两种方法可控制凝汽器的热负荷。一是在凝汽器的上部与排汽缸的喉部之间放置表面式加热器，然后将加热器的出口与工业水系统连接起来。二是在凝汽器的喉部安装雾化喷头。雾化喷头可利用自身的换热方式来减少凝汽器的热负荷，同时更加便于凝汽器保持真空状态。

四、结束语

降低发电厂汽轮机组的能源消耗可大幅降低发电厂的发电成本，这对于发电厂的可持续发展具有重要帮助。汽轮机的节能降耗，需要根据汽轮机的实际工作情况来选择最佳的降耗方法，以确保汽轮机在安全性的前提下，真正实现节能降耗。