火力发电厂汽机辅机运行优化研究

2020-01-19宋树全

中国设备工程 2020年3期

宋树全

（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，湖北武汉 430071）

汽机辅机作为机组的重要组成部分，对火力发电稳定性有直接影响。在传统技术条件下，汽机辅机自身功能性能不够完善，在长期运行过程中，容易出现问题，进而导致汽机能量转化效率下降。为提高汽机整体运行的稳定性，需要对汽机辅机系统进行优化，并采用先进的技术设备，确保各项指标能够满足实际生产要求。

1 火力发电厂汽机辅机运行原理

火力发电厂汽机辅机系统主要由抽气设备、凝气设备、冷却设备等组成，在蒸汽能量向机械能的转化过程中，发挥着重要作用。其中，抽气设备主要使用射流式抽气机、容积式真空泵等设备。射流式抽气机可以为汽机运行过程中的高压室蒸汽提供辅助，能够抽取多余气体，提高能量转化效率。但是，射流式抽气机的结构较为复杂，操作也较为烦琐，目前多采用容积式真空泵。凝气设备具体包括凝汽器、抽水设备和凝结水泵等设备。在汽机运行过程中，凝气设备可以在真空状态下对凝结水、补给水进行除氧，控制排气口的真空状态，从而提升汽机循环运行的热效率。此外，在火力发电厂汽机运行过程中，还需要使用冷却系统设备，辅助系统内部温度的调节。在汽机运行中，供水系统主要在两种模式下切换，即开式运行与闭式运行。在开式运行模式下，采用直流型供水体系，在闭式运行模式下则采用循环型供水体系，需要为闭式运行模式设计冷却系统，通常采用冷取水和喷水池形式。通过采用这些辅机设备，能够为火力发电厂的汽机运行稳定性提供保障，使其保持较高的热效率。

2 火力发电厂汽机辅机运行问题

2.1 辅机性能有待提升

在火力发电厂汽机辅机的实际运行过程中，仍存在多方面的问题。目前，许多火力发电厂的汽机辅机设备性能不够完善，在火力发电技术的快速发展下，辅机系统已经成为实际生产中的薄弱环节。比如，在管网性能方面，由于汽机辅机设备与管网结合性较差，导致部分设备的性能没有得到充分发挥，严重时还会引发故障问题，影响火力发电厂生产的安全性。

2.2 运行故障控制不足

火力发电厂汽机辅机设备运行控制技术较为落后，智能化水平偏低，在实际运行过程中，难以发现故障隐患，进而导致突发性故障问题的出现。特别是在社会电力供应需求不断增加的情况下，火力发电厂生产负荷水平较高，对汽机辅机系统运行稳定性有严格要求。由于缺乏故障监测与控制的有效手段，导致在实际生产过程中故障概率较高。

2.3 系统结构需要改进

在汽机辅机系统结构设计方面，由于设计人员对辅机设备运行原理不够了解，缺乏对实际影响因素的考虑，导致系统结构设计方案存在不合理之处。在此情况下，设备经过长时间的运行，容易出现老化、故障问题。而且系统结构设计不合理，会导致汽机辅机设备运行能耗显著增加，不符合火力发电生产的节能环保要求，也需要对系统结构设计作出改进和优化。

2.4 技术设备更新缓慢

受资金投入等方面的限制，目前，火力发电厂汽机辅机设备更新较为缓慢，许多先进的技术研究成果没有在实际生产中得到应用。在火力发电厂机组改造过程中，对辅机设备的更新和升级不够重视，部分火力发电厂中老化严重的设备仍然继续使用，容易增加故障隐患，威胁实际生产过程中的安全性和稳定性。因此，应尽快对火力发电厂汽机辅机设备采取运行优化措施。

3 火力发电厂汽机辅机运行优化措施

3.1 给水泵运行优化

针对上述存在的问题，在火力发电厂汽机辅机运行优化过程中，应综合考虑辅机运行安全性、稳定性、经济性等方面的需求，优化系统结构，更新技术设备，提高辅机设备功能和性能的完善性。在给水泵的运行优化方面，目前火力发电厂主要使用定速给水泵或变速给水泵。定速给水泵在运行过程中依赖于锅炉给水阀门调节，如果机组处于较低的负荷状态，阀门节流损耗水平较高。变速给水泵相比定速给水泵具有明显的应用优势，其运行过程负荷变动转速平移泵特征曲线，不需要调节阀门就可以改变水流量。

在发电厂生产负荷的变化过程中，可以自动调节水泵转速，从而实现节能目标。在具体的设计优化过程中，应考虑火电厂汽机辅机水泵系统的实际运行情况，设计多种不同备用方式，并从经济性角度对水泵系统运行效果进行评价。一般情况下，备用给水泵在热备用状态下的转速应维持在3000r/min 左右，从而保证水泵再循环流量。但是，这种方式也会增加蒸汽流量消耗，因此，在低负荷运行工况下可选择单泵运行方式，提高水泵运行经济效益。此外，考虑到水泵频繁启停会造成一定的能量损失，需要基于对实际生产过程的观察分析，确定最佳的组合运行方案，提高水泵运行综合效益。

3.2 回热加热器运行优化

火力发电厂汽机辅机在正常的运行状态下，需要回热加热器全部参与机组运行，如果在运行过程中出现问题，则切除发生故障的一个或多个加热器。此时，如果未关闭回热加热器旁路阀门，容易出现加热器进水流入其他支路的情况，进而引发泄露问题，对机组正常运行造成影响。从以往的运行经验来看，在故障时切除回热加热器，会导致给水泵水温出现大幅度下降，低于正常给水水温，从而导致汽机循环吸热效率下降。如果仅切除低压加热器，可能给汽机机组运行带来其他影响问题。比如，在切除火电机组低压加热器后，机组标准煤耗会出现明显增加。如果再出现旁路泄露问题，则会严重影响机组运行效益。因此，在汽机辅机运行优化过程中，应重视回热加热器的优化。具体可以根据汽机抽气压力等级确定优化措施，在抽气压力等级较低的情况下，需要通过缓慢提升压力打下，提升抽气量。同时，应将回热加热器端差变化控制在合理范围内，如果端差变化较大，会导致出水温度下降。引起端差变化问题的主要原因是传热面结垢或抽气侧密封不严，需要对这些结构进行检查和处理，从而确保回热加热器的运行效率。

3.3 循环水泵运行优化

在循环水泵优化方面，汽机辅机中的凝汽器设备运行压力会随着循环水流量变化而发生变化。因此，循环水流量变化会对循环水泵功耗水平产生影响，在流量递增的情况下，凝汽器压力下降，机组功率较大，循环水泵功能水平也较高。当流量超过一定水平后，循环水泵功耗的增加还会抵消机组功率的增加，进而产生不必要的能源浪费。为了使训话水泵保持最佳运行状态，在实际生产过程中，需要根据火电厂机组配置的循环水泵数量，对其流量进行连续优化调整，并采取试验方式确定不同优化方案下的凝汽器工况变化以及循环水泵功耗变化情况。最终结合机组负荷、处理增加值等计算结果，确定机组最佳运行背压，从而确定循环水泵的最佳运行方案。

3.4 凝汽器运行优化

在火力发电厂汽机辅机系统中，凝汽器的功能是对汽机排放的蒸汽进行凝结，供锅炉重新使用，从而形成循环系统。在排气口处还需要利用抽汽设备使其保持真空状态，这是汽机能够稳定运行的关键条件。因此，凝汽器运行状态对汽机运行稳定性有重要影响，无论机组处于何种运行工况，都需要保持其内部真空。目前，许多火力发电厂均采用喷射式真空抽气器，根据其介质的不同，可分为射水式和射汽式两种，其区别在于采用不同的压力介质抽取真空。虽然两种方式工作原理相同，但是射水式抽气器的运行效果相对更好。在火力发电厂凝汽器运行优化过程中，可以采用更加先进的真空泵代替抽气器。真空泵的应用优势在于工作效率高，在机组启动时，真空泵抽取真空的时间仅为抽气器的1/3 左右，能够明显提升机组启动效率。但是，真空泵的成本也相对较高，需要考虑经济方面的因素，逐步更换真空泵。另外，在真空泵的使用过程中，要防止出现泄漏问题，如果发生泄漏，会严重影响真空泵运行安全性。总体而言，通过积极更换汽机辅机技术设备，对其运行结构进行合理设计，可以明显改善辅机系统的运行效果。