热电厂汽轮机运行节能降耗研究

关 哲

（福建省石狮热电有限责任公司）

0 引言

随着我国市场经济不断发展，能源市场的竞争也愈加激烈，热电厂想要提高经营效益、市场竞争力，就必须减少不必要的浪费，降低运营能耗。热电厂在运营中，主要是将化学能转变为电能、热能，在转化过程中会损耗掉大量能耗，节能降耗成为热电厂降低运营成本的关键点，提升能源转换率是热电厂节能的重要手段。汽轮机作为热电厂运营中的重要设备，并且汽轮机作为能源消耗大户，应重点做好汽轮机的节能降耗工作。

1 汽轮机的运行机理

汽轮机能够把蒸汽热能转变为机械能，而机械能则可以应用于发电机发电。汽轮机作为火电厂经营的核心设备之一，具有功率大、损耗大、长期运行等特性。在汽轮机运行中，蒸汽流在温度、压力作用下通过喷嘴，在喷嘴中不断扩张，通过消耗蒸汽的温度、压力提升流动速度，完成整个蒸汽热能、机械动能的转换［1］。汽轮机之所以功率大，是因为其内部有持续的高速蒸汽流动，在单位面积中通过巨大的流量，导致其能耗相对较高。

2 汽轮机的能耗分析

2.1 机组能耗高

在汽轮机运行中，受到高温、高压的作用，机组的喷嘴室、外缸容易出现变形问题，同时轴两端汽封、隔板汽封产生泄漏情况，低压缸出汽边容易被水腐蚀，热力系统也有可能存在泄漏情况。可见，汽轮机组自身存在的易泄漏处就有很多。与此同时，汽轮机组调整作业中，存在冷却水温度高、凝汽器真空度较大等情况，实际运行负荷超出了额定参数标准［2］。再者，日常操作中不够规范，也会增加汽轮机在运行中的能耗量，提升了热电厂经营成本。

2.2 空气凝汽器问题

空气凝汽器胶球清洗装置会受到风、沙尘的影响，翅片上容易聚集沙尘，增加了翅片热阻量，降低了凝汽器热传输性能，出现机械内部通道堵塞问题。在负风压区域，风机吸入的空气量不足，导致凝汽器内部热量无法顺畅流通。此外，如果凝结水溶氧度超标，会增加设备本身及其管道的腐蚀速度，在冬季凝汽器可能产生大量凝聚、流量不通畅情况，在很大程度上影响了汽轮机的正常运行。

3 热电厂汽轮机运行节能降耗对策

3.1 控制汽轮机给水温度

汽轮机给水温度会直接受到锅炉燃料量、燃料充分度等因素影响。如果水温过低，则会增加锅炉单位用电量、煤耗量，增加排烟损耗热量，从而降低汽轮机的运行效率。基于此，可以科学控制加煤量和加煤速度，特别是在机组开启、停止运行中，应严控给水温度，确保水温能够满足实际需求。在实际操作中，应定期进行运行维护，为避免误操作造成的程序崩溃问题，应定期清洗加热系统管道，避免管道中沉淀物过多堆积，提升系统的供热效率，避免热能过多损耗。再者，应做好渗漏管道检查工作，避免出现管道泄漏问题，保障加热器的投入率。一般情况下，加热器水位应符合使用标准，这也是保证热效率的基础，确保机组运行安全。在进行机组检查、维修中，应重点关注加热系统是否有漏点，保证水室的密封性。如果水室密封性较差，则汽轮机蒸汽加压时会泄漏较多的高压蒸汽，热量与冷水管交换能量，造成极大的热损失、冷损失，降低了汽轮机的给水温度，延长了汽轮机组启动时间。

3.2 保持凝结器真空度

汽轮机正常运行必须有凝结器作为支撑，作为汽轮机中的重要设施，将凝结器调整为最佳运行状态，在一定程度上可以提高汽轮机组的运行效率，降低燃煤能源损耗量，同时保持凝结器最佳真空度还有助于延长汽轮机组的使用寿命。如何保障凝结器处于最佳的真空状态是需要重点考虑的问题。为了保持凝结器处于最佳的真空状态，应保证汽轮机组时刻处于最佳密封效果，定期对凝结器的真空严密度进行检查，试验检测频率为2次／月［3］。同时，在凝结器检修时进行灌水检验，观察是否存在泄漏点，一旦发现渗漏部位及时修复，禁止带病运行。与此同时，做好水泵运行的维修与检查，确保水位处于正常水位线范围内，水温处于正常水温范围内。再者，做好管线内循环水的质量监督管理工作，确保凝结器中的铜管没有残留水垢。在检修中，如果发现水垢情况，应及时处理干净，避免在铜管中热水交换时的热能损耗，降低汽轮机组运行效率。凝结水位应处于合适范围内，保持冷却面充足。

降低凝汽器热负荷，提升设备运行效率，可在凝汽器喉管位置安装雾化喷头，利用接触式热传导特性，吸收凝汽器的凝结热量，通过增加雾化喷头组成为混合式凝汽器，降低凝汽器表面热负荷量，保持热气器运行时良好的真空度。还可以在凝汽器与排气缸喉部中间增设表面加热器，连接工业用水系统、加热器入口，出口部位与供水系统连接，自动完成水加热，降低水加热能耗量。

3.3 汽轮机运行优化

汽轮机启动时，应根据汽轮机的启动曲线科学选择启动参数，汽轮机启动前会经过预热暖机，因此会增加并网时间，提高了启动时的耗电量，增加了发电成本。因此，启动时可以先开启旁压维持内部压力，之后手动打开真空门。该开启方法可以有效增加蒸汽量，提升暖机运行速度，启动时间也会有所缩短，保证膨胀差值在可控范围内，减少并网周期。

汽轮机运行中，应采用“定—滑—定”的方式操作，确保汽轮机在低负荷运行下提高锅炉燃料的燃烧率、水循环效率。还可以控制液偶水泵转速，保证汽轮机组运行效率。“定—滑—定”操作方式可以适应在负荷变化幅度较大的情况下保持汽轮机组运行效率，实现一次性调频控制［4］。通过优化操作方法有助于凝结器的有效控制。如果持续冷凝，会增加热量损失度。

由于汽轮机正常是24h不间断运行，因此之后在检修时才会处在停机状态，而如何合理的停机也是需要重点考虑的问题。在汽轮机停机时应谨慎调整运行参数，确保其他部位不会因为紧急状况出现停机情况，否则会损坏汽轮机的辅助设备。通过滑参数进行正常停机、非计划停机，充分利用余热发电，还可以降低汽轮机、锅炉设备温度，从而更好地开展检修工作。

3.4 给水泵耗电控制

给水泵可以持续为锅炉提供除盐水，对于中温中压电厂来说，给水泵耗电量占据全厂耗电量的10%以上，而高压高温电厂给水泵耗电量会占据全厂耗电量的30%以上。在给水泵电能损耗分析时，应根据给水泵单耗量进行分析（给水泵单耗量是指在锅炉每个单位生产的蒸汽量，所用的给水泵损耗电量）。降低给水泵耗电量的措施有：①设计给水系统时，尽可能减少给水系统弯头、阀门、异形件使用量，从而降低管道中水流阻力。②严控给水压力，确保水泵出口压力能够满足锅炉的给水需求。③定期维护给水泵，对给水泵内部间隙进行调整，从而提升给水泵的运行效率，据试验调查表明，如果给水泵间隙增加了0.4～0.6mm，则会降低给水泵3%～4%的运行效率。④采用新型调速给水泵，也可以在原给水泵上安装变频调节装置，结合负荷量表现装置可自动调节转速、给水泵运行频率，从而实现节能降耗目标。⑤做好给水泵循环阀检修管理工作，避免给水泵循环阀出现泄漏问题［5］。

3.5 提升高压投入率

高压加热器启停、操作方式、给水压力稳定性、高压加热器自身情况会直接对高压加热器投入率产生影响。如果高压加热器工作介质压力过高，会增加操作运行中的损坏几率，降低高压投入率，水温下降，增加热电厂煤耗量。提高高压加热器投入率可以采取以下措施：①严格按照规范操作标准控制高压加热器启停时的温度变化，避免因为误操作或错误操作造成的温度急剧变化或设备损坏。②在高压加热器运行中保持水位处于标准范围内，确保高压加热器旁阀门的严密性，保证给水温度符合使用标准。③启动加热器时，应确保加热器排汽的通畅性，有效排除加热器内部的非凝结气体，保证高压加热器正常运行。④避免高压加热器长期高负荷运行，如果长期超负荷运行，在给水、蒸汽的同时会提升加热器工作应力，缩短加热器的使用寿命。⑤如果高压加热器长期停运，应提前做好运维工作，做好防锈、防垢、防腐蚀工作，确保后续可以正常使用［6］。

3.6 汽轮机改造

汽轮机改造也是节能降耗的重要手段，如果在资金允许、技术允许的情况下，可以考虑改造汽轮机。汽轮机改造重点是凝汽器改造，这是由于凝汽器冷端系统设备运行安全、效率会直接影响电厂发电率，保证凝汽器性能水平尤为重要。如果凝汽器与汽轮机不匹配或性能不足，会直接增加汽轮机的能耗量。汽轮机改造主要内容为凝结水过冷、凝汽器真空度、凝汽器端差。通过科学改造可以提升汽轮机运行安全，降低设备损坏、故障几率。虽然改造前期投入较大，但后期的运维成本会大大降低。

4 结束语

综上所述，降低汽轮机运行能耗对提高整个热电厂运行经济效益有着重要意义，其不仅能够提高热电厂能源利用率，还可以降低经营成本以及污染问题。当然，为了进一步加强热电厂的节能降耗性能，除了要对汽轮机进行调整、改造，还应对整个运行系统进行定期维护，在日常工作中不断总结经验，降低能量损耗，保障热电厂运营整体效益。