发电厂汽轮机运行节能降耗策略分析

华电电力科学研究院有限公司 董 洋 宋 昂 康艳昌

2021年4月国家能源局研究制定了《2021年能源工作指导意见》，指出到2022年全部在用燃煤发电机组的煤资源损耗不得超过310g/kWh，600MW 以上机组的煤资源损耗不得超过300g/kWh，其他功率比较小的机组改造后能满足空气污染物排放标准。为保证这一目标的实现，火电厂有必要对机组进行性能测试和诊断，找出节能的突破点，并对相关改造技术进行比较，从而在有限的投资下选择最佳的节能减排改造方案。

目在节能减排和可持续发展的环境下如何提高汽轮发电机组运行水平、实现节能减排是各电厂面临的问题。如何实现电厂汽轮机的有效节能降耗，是电厂的重要课题之一。但在实际操作运行过程中，为了最大限度摸索节能减排的突破口，须对汽轮机的整体性能进行相应的测试和诊断，才能实现电厂汽轮机节能降耗的目标。并有必要在针对实际情况的基础上，测试和分析电厂汽轮机的技术及其自身性能，从而实现电厂汽轮机运行时节能降耗总体目标。

1 发电厂汽轮机运行现状分析

电力对促进社会生产正常发展具有重要作用。随着我国经济的发展，社会对电力的需求逐渐增加。当前社会发展的主要形式是节能降耗，这就要求企业从技术、人才、管理等方面降低设备能耗，根据自身实际情况，结合实际工作需要，在发展过程中降低设备能耗，提高设备利用效率，带来更大的社会效益，企业可合理控制整体成本。

中国是个能源消耗大国。但由于世界环境的日趋变化，为了环保已刻不容缓，而不可再生资源的损耗也不可避免，所以减少能源、提高效率才是中国目前经济社会发展的首要目标。同时国家又投资了大批的物资和人力与海外协作，以利用中国巨大的市场换取其他发达国家的先进科技。汽车动力设备中的汽轮与风力发电设备耗费了大量电力资源，是中国节能降耗工作的重心。但同时也因为科技资金等因素，这也是一个相当繁重的任务，尽管在这方面已经取得了好一些的成绩，但中国汽轮机总体技术水平和国外仍有很大差距。我国有相当大一部分电厂的设备运行时的能耗远远达不到国家规定标准。因此，有必要提高节能降耗水平，积极向世界发达国家学习节能降耗技术、进而提高国内技术水平。

电厂节能减排创新能力的先进与否与它的汽轮发电机组能耗高的现状是息息相关的。厂方高层普遍不重视节能减排方面的创新工作，这导致解决汽轮机节能降耗问题相对困难，这是致使一些电厂出现瓶颈的重要原因之一。同时电厂管理体制不够严格也导致汽轮机能耗稍高。中国电厂普遍存在的一个问题是：没有一个统一的、能严格去执行的管理体制，但却过分注重于经济效益，从而使电厂工作人员缺乏提高创新能力的动力，以至于无法对汽轮机的设备运行状况去进行生产改革[1]。

2 发电厂汽轮机运行原理和主要经济技术指标

发电厂汽轮机的运行原理。汽轮机是指一类完全靠蒸发热量工作的机器，它所采取的科学原理是在充分利用冲击作用与反作用的基础上，对经过锅炉温度区加热后带有高温和高压的蒸汽进行做功，并通过主汽阀和调节汽阀后流入汽轮机，再经过一个环形的喷嘴烤架和动叶格栅膨胀做功，使其将热量转变为机械能，并带动汽轮机的转子进行旋转，最后利用齿轮联轴器驱动汽轮机发电。汽轮机排气部分会流出一些膨胀后的蒸气，这些蒸汽经过凝汽器后变成水，再通过高温的加热器，最后送入锅炉被超高的温度加热成蒸汽。这样，蒸汽的热能首先在喷嘴格栅中转化为动能，然后在动叶格栅中转化为机械能。

发电厂汽轮机主要经济技术指标。发电厂汽轮机热耗率计算公式为HR=[G0×H0-Gfw×Hfw+GR(Hr-Hi)+Gj(Hr-Hj)]/Ni，式中，G0为主蒸汽流量，kg/h；Gfw为锅炉给水流量，kg/h；GR为高压缸排汽流量，kg/h；Gj为再热减温水流量，kg/h；H0为主蒸汽焓值，kJ/kg；Hfw为给水焓值，kJ/kg；Hr为再热蒸汽焓值，kJ/kg；Hi为高压缸排汽焓值，kJ/kg；Hj为再热减温水焓值，kJ/kg；Nt为实测发电机端功率，kW。

3 发电厂汽轮机运行能耗的影响因素

3.1 蒸汽压力和温度

汽轮机正常运行时不仅要保证气体本身的流动性，且蒸汽压力和温度也是直接影响汽轮机节能降耗的主要原因之一。怎么对发电机的电能进行转换，其中蕴含的原理是：首先动能通过进入汽轮机叶片中的蒸汽膨胀产生，这种动能可通过推动汽轮机运作，从而使发电机高速旋转。进入凝汽器的排汽焓和进入汽轮机的蒸汽焓的差值就可决定汽轮机做功能力的大小。一般而言，排气焓的大小由机组的排汽湿度和压力决定，因此要想使汽轮机带着发电机的做功（转化为电能）越多、发电量越多，就要让汽轮机的进汽压力和湿度越多，产生高的进汽焓。热能消耗在一定程度上受蒸汽压力和温度的实际变化的影响，其自身的变化也会引起能耗的变化[2]。

因此在实际操作过程中，需根据实际情况进行合理的改进和调整：首先，水压调整或燃烧没有做好会导致主蒸汽压力的变化。因此在这种情况下，为从根本上使汽轮机正常运行，就须改善相应的燃烧量或增加一定的水量；其次，风量、换热面积等多方面的原因会造成主蒸汽温度的变化。因此，在实际检修维护过程中，有必要清洁锅炉水冷壁和过热器内部，从而最大限度地保证汽温的有效控制，从而达到电厂汽轮机运行中节能降耗的目的。

3.2 凝汽器冷凝系统结垢或者循环供水流量不足

凝汽器管束是在整个生产过程中负责工作的主要部件，水质较差的循环水在汽轮机组运行过程中会沉积污垢，这将减小凝汽器管道的内部流动面积，降低凝汽器管道的冷却效果，增加汽轮机排汽压力，降低汽轮机效率。最终当排汽压力达到一定极限时，整台机组也需要被迫停运。

3.3 机组流通性

在火力发电厂的汽轮机运行中，影响能耗的主要因素之一是蒸汽的流通性，而在实际运行过程中，汽轮机中的热能通过一定量的蒸汽逐渐转化为机械能，从一定程度来讲，蒸汽的流通性是有效保证汽轮机正常运行的重要因素之一。机组的流通性如果被物体阻碍，就会使能量的形成耗损，从而影响发电厂汽轮机的整体运行能源耗损。在汽轮机运行过程中，流通性的保证分为两个主要方面：一是流通面积，二是蒸汽流量。汽轮机中的蒸汽在一定程度上是封闭的，这也是影响电厂汽轮机正常运行的主要因素之一，因此在实际运行过程中，通过对汽缸动、静叶片的轴向间隙和覆盖度的分析，可得出汽缸与轴封之间是否存在大量的漏汽，及时调整、设置科学合理的间隙和覆盖度，使流通性得到及时恢复，既能保证各缸本身的工作效率，又能从根本上保证其流通面积，从而保证汽轮机的正常运行。

4 发电厂汽轮机运行节能降耗的策略

4.1 对锅炉给水进行严格的控制

锅炉内燃料燃烧是否充分，燃料量决定蒸汽温度。一般来说，如蒸汽温度较低会增加锅炉的煤耗，增加排烟过程中的热损失，降低汽轮发电机组的整体运行效率。因此，在运行过程中须合理控制锅炉内的燃料量和加燃料的速度，特别是汽轮机停止和开始工作时的蒸汽温度，以确保其符合相关标准的要求。具体而言，现阶段节能降耗的策略包括：加强高压加热器的运行维护，防止因操作不当导致高压加热器停运；定期清理高压加热器加热系统的管道，在一定程度上提高加热效率，避免管道内结垢造成热能损失。

4.2 对凝汽器冷凝管进行定期清洁

有如下方法对汽轮机排汽压力进行降低：一是对凝汽器管道进行定期清洁，减少污垢在其中的积聚，提高凝汽器换热系数；二是在提高循环水的质量的基础上，去保证循环水冷却的流量。因为循环水对汽轮机排汽凝结效果有重要的影响，所以为了汽轮机保持好的工作效率，一定保证要在循环水的冷却流量的同时，提高循环水的水质。

4.3 优化汽轮机流通性

提高汽轮机的流通性是电厂汽轮机运行过程中实现节能降耗的主要策略之一。在实际操作中可从多方面提高汽轮机的流通性，包括叶片、汽封结构、缸体、调节级等。只有这些方面才能得到相应的改进，这样才能保证汽轮机的整体流通性得到一定程度的提高。首先是叶片的改进。对于叶片来说，由于各级动、静叶片都会在一定程度上选择一些比较新颖、高效的变截面扭曲叶片，这可在一定程度上降低二次损失或损耗，从而有效地提高热效率。此外，将低压二级末级拉筋叶片更换为能自动锁定整圈的长叶片，为其自身安全合理运行提供相应保障。

二是对汽封的结构进行相应的改进。在实际运行过程中，应将高压叶片顶部的两齿平汽封逐渐改为四齿高低齿汽封，以有效减少漏汽造成的损失。在低压末级和第二末级动叶顶部增加相应汽封的过程中，必须在一定程度上缩短动叶顶部的间隔，从根本上减少漏汽，从而有效提高各阶段的工作效率，达到节能降耗的目的。对于缸体的改进，在实际操作过程中，需要对内缸和静叶挡圈进行相应的优化和改进，可有效提高各缸的工作效率，而对于高压进汽管，要实施相应的密封改造，从根本上增加自身密封圈的数量，这样可有效减少漏汽现象，从而有效降低损耗。

4.4 强化人才培养的汽轮机管理制度

怎样去强化人才培养的汽轮机管理制度是一个非常根本的问题：一方面，首先是针对发电厂的工作人员，应想办法提高其工作质量。通过定期的专业培训，从国家、工厂和个人三方面去说明节能效益，从而最大程度的提高个人节能减排的积极性。加大考核力度，将汽轮机能耗作为考核指标。改进发电厂管理制度，惩罚纪律松懈、工作不认真的员工，指派专人对现场安全和设备使用标准进行检查教育，既能提高现场工作人员的自觉性，又能提高设备的使用寿命，节约能源，降低能耗；在另一方面，国家应加强节能降耗人才的培养，只有祖国未来的中流砥柱意识到节能减排的重要性，国人才能真正的理解节能减耗的益处，所以应把重点放在高校这一领域的人才培养上，这样将来就可拥有大量节能降耗的人才，为发展做出贡献。

综上，节能降耗是社会发展的趋势，也是企业工作的发展方向。企业自身应积极适应环境的变化，并根据实际情况采取积极的变革措施，从而降低设备能耗，提高效率和利润空间。在实际运行过程中，由于多种原因会造成汽轮机能量损失，包括汽缸本身的效率、机组循环等，这些问题都会直接影响运行。因此在汽轮机运行节能降耗的过程中，有必要制定相应的改进管理内容，以降低汽轮机本身的能耗。