电厂集控运行中汽轮机运行优化措施

2021-01-27张海明

设备管理与维修 2021年9期

张海明

（内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司，内蒙古呼和浩特 010206）

0 引言

电能作为清洁能源之一，是我国能源结构中的重要构成部分，与人们的日常生活以及社会生产活动密切相关。近年来，随着社会发展，电能需求量不断增加，促使电厂不断革新技术、改进设备，提升发电效率，以满足社会用电需求。汽轮机自20 世纪50 年代应用于电厂以来，至今已有70 余年的历史，极大提升了电厂的运行效率。但是社会在不断发展，技术也在不断进步，随着我国能源结构的优化调整，需要电厂要保持高效率的电能输出，就必须要对汽轮机的运行进行优化，不断提升汽轮机的运行状态与效率，在降低能源的基础上持续提升电厂发电量。

1 汽轮机结构形式及工作原理

1.1 结构形式

汽轮机作为发电厂的关键设备，直接影响电厂的整体运行效率，其主要作用是完成能量的转换。其整体结构可分为两部分，即静止部分与转动部分，其中静止部分包括气缸、轴承、隔板、汽封以及进气装置；转动部分包括叶轮、动叶片、主轴以及联轴器。

汽轮机的类型多种多样，根据组织结构特点，可以将其分为单级、多级汽轮机；以热力特性分类，可分为背压式汽轮机、供热式汽轮机、抽气式汽轮机以及凝汽式汽轮机。目前，电厂使用最为普遍的是凝汽式汽轮机，当排汽遇冷可凝结为水，体积会大幅缩减，原本被空气充斥的空间会变成真空状态，此时气压降低，理想焓降上升，装备热效率可显著提高[1]。

1.2 工作原理

汽轮机运行可以分为冲动原理与反动作用原理，其中冲动原理主要是利用动叶气道改变蒸汽喷嘴中的蒸汽方向，利用蒸汽推动叶片转动，完成能量转换。反动作原理则是通过汽轮机运行过程中气道内的蒸汽不断膨胀，对叶片形成反动力，推动叶片转动。反动作原理与冲动原理不同的是，其既会改变蒸汽方向，同时蒸汽在气道内也会不断膨胀，因此，汽轮机的运行状态更加稳定，运行效率更高。

2 存在的问题

2.1 汽轮机配汽方式

发电厂目前的汽配方式以复合型为主，汽轮机在不同状态下需要以不同方式运行，复合型的汽配方式正是基于此。汽轮机启动或低负荷时，以单阀的方式运行；高负荷时以顺序阀方式运行。其特点是当以单阀的方式运行时，汽轮机的运行效率较低，耗能较大，而以顺序阀的方式运行时，汽轮机运行效率较高，资源利用率高。

2.2 汽轮机启停

汽轮机无论是启动还是停机，实质上是转子应力的变化。汽轮机处于运行状态，转子表面蒸汽参数随之变化，若启动或者停止汽轮时，无法有效控制蒸汽参数，会导致转子内部形成动荡的温度场，进而使转子处于高压、高温的环境，这不仅会造成严重的能耗，同时也会降低汽轮机运转效率及寿命。

2.3 汽轮机机组性能

汽轮机的能耗与机组性能有直接关系，其中最为关键的影响因素是调节气阀。一般汽轮机有两种调节方式，即单阀调节和顺序阀调节。单阀调节以控制蒸汽参数为主；而顺序阀主要是通过喷嘴控制蒸汽阀门开关，以达到调节的目的[2]。但只有当气阀压力比较小时才能使用顺序阀调节，若气阀压力过大，喷嘴与外缸变形，影响其密封性，进而导致机组性能受到影响，增加能耗。

2.4 汽轮机密封水系统

目前，给水泵的轴端普遍采用迷宫密封，其密封效果虽然良好，但这种方式存在一定的弊端，即汽轮机给水泵如果紧急停机，会导致密封水回水补偿，使小机箱中进水，影响给水泵的正常运行。

3 优化措施

3.1 配汽方式优化

汽轮机采用复合型配汽方式，只有当汽轮机处于高负荷状态运行时，才能保持较高的运行效率和较低的能耗，但在汽轮机启动或者低负荷状态运行时，损耗比较大，运行效率不高。针对这种情况，可以考虑采用三阀式配汽方式，这种配汽方式不仅可以有效分担运行负荷，同时对于调节级要求相对较低，节能效果良好[3]。三阀式配汽方式下，无论汽轮机处于高负荷运行状态还是低负荷运行状态，都能实现有效调节，并且三阀式配汽方式流通性能良好，瞬间转换效率较高，可以有效降低能耗。

3.2 启停优化

3.2.1 启动优化

汽轮机启动流程包括锅炉点火、暖管、冲动转子加速暖机、并列接带负荷等。锅炉点火前，需要提前检查凝气器循环水、润滑油系统以及盘车运转状态，然后开始点火，将汽轮机抽真空并送轴封，当锅炉内温度以及压力升高到一定程度时要实时开启旁路。此过程中存在的主要问题是高压缸与中压缸联合启动时，高压缸排汽温度过高，对此，启动汽轮机前可以调整再热蒸汽压力的上限，控制在0.5 MPa，以便可以及时打开排气逆止门，增加高压缸通流量，进而有效调节高压缸的排汽温度[4]。

3.2.2 停机优化

汽轮机停止运行时，各系统逐步停止运行状态，进汽量逐渐下降为0，主汽门关闭，汽缸等零部件开始冷却。汽轮机根据参数不同，有两种停机方式，即滑参数与额定参数，相较于额定参数的停机方式，滑参数停机的综合效益更好，不仅可以利用机组预热发电，提高热能利用效率，减少热能散失，并且便于各部件快速降温，有利于设备的检修维护。

3.2.3 运行过程优化

汽轮机运行过程的优化需要根据实际运行负荷变化采用“定→滑→定”的方式对汽轮机进行调整，在不同发电负荷下采用不同的运行方式。当处于高负荷状态时，以改变通流面积的喷嘴进行调节；当处于低负荷状态时，采用定压调节，这样可以确保锅炉机组的正常运行。

3.3 机组性能优化

3.3.1 循环水泵优化

若机组负荷与冷却水温保持恒定，当循环水流量发生变化时，凝汽器压力也会随之发生变化，这会对循环水泵造成一定影响[5]。循环水流量增加，则凝汽器压力变小，机组出力增加，循环水泵的功耗增大，当循环水流量增加至一定程度后，循环水泵功耗的增加会抵消机组增加的出力。当循环水流量保持增加时，凝汽器最大运作压力为机组增加出力值与循环水泵增加的功耗值之差，因此，必须使凝汽器保持最好的运行状态，才能确保循环水泵运行良好。

3.3.2 汽轮机冷却液体系优化

汽轮机冷却液体系比较常见的问题是出水点的流量控制偏弱以及运行汽轮机时阻力不定，出现这些问题的主要原因是冷却液的调节门开度偏小，造成阻力偏高，使汽轮机能耗增加，并且存在安全隐患。对此，可以尝试调节水泵的运行速度，并完全打开调节门，控制流速，降低扬程，可有效解决上述问题。