现代技术在汽轮机改造中的应用

2023-09-11朱建华

中国设备工程 2023年15期

朱建华

（国能宁夏灵武发电有限公司，宁夏灵武 750400）

工业是社会运行的基础产业，对我国经济的发展起着重要的支撑作用。汽轮机作为工业生产的重要设备，关乎着工业生产的工序安全，也影响着汽轮机设备的运行。虽然当前汽轮机已经得到了广泛使用，但在操作中仍然存在诸多缺陷，也容易受到外界环境的影响，导致汽轮机出现故障。一旦发生故障，不仅会直接影响工业的生产与运行，同时也会影响企业的经济效益，甚至会造成工作人员的人身伤害与生命安全，严重影响了工业生产的稳步进行。因此，要积极利用现代技术对汽轮机加以改造，保障汽轮机运行的稳定性。

1 影响汽轮机运行的主要因素

汽轮机的运行原理是借助蒸汽能量获得功率支持，一般主要是用于发电原动机，使用期限相对较长，工作效率较高，但是容易受到外界因素的影响。而且汽轮机在运行过程中存在较高的能源消耗，影响了生产的经济效益。

1.1 机组性能与缸效率

汽轮机能够在蒸汽或者其他能源的作用下获得电能，而这一转化过程所产生的效率为缸效率。但是就实际生产情况来看，汽轮机的实际功率与额定功率标准值却存在着较大差距，导致缸效率低主要原因较为复杂，容易使得汽轮机的整体运行功率与实际能源消耗存在较大差异。汽轮机的实际运行功率与机组流通性之间的关系呈现为正相关关系，因此，如果增加或者流动面积增加时，则会有效降低能耗，提高节能效果。

1.2 运行温度与蒸汽压力

汽轮机的运行效率会受到运行温度与蒸汽压力的影响，而蒸汽压力与蒸汽流量之间的关系为反相关关系，当在正常运行过程中，如果燃料未及时向机组提供稳定供应，则会导致运行温度与蒸汽压力同步降低，使得热量损耗不断增加，从而对汽轮机的整体运行效率产生了直接影响。

1.3 其他影响因素

如果导致汽轮机运转效率受到影响的主要因素分为两个方面：一方面，汽轮机设备的叶型设计并不合理，导致在运行过程中带来的损失相对较大；另一方面，汽轮机的各级焓降的分配不均匀，也会导致蒸汽泄漏问题，导致损耗不断增加，带来不菲的损失。

2 汽轮机改造的主要内容

汽轮机经过改造后，能够实现对流通部分效率起到有效的提升作用，且机组的额定工况热耗不可炒股8122kJ/kW·h，如果锅炉的处理不变，则需要保障机组运行灵活性的有效提升，而机组的额定处理应当在60MW左右，使得老机组运行存在的缺陷得到有效消除，从而保障运行的安全性与可靠性，使得调控能力能够增强，基础设施的应用寿命延长，并使得机组的自动化营销水平得到保障。

2.1 汽轮机供热改造

汽轮机在进行供热改造时，可选择低压缸连通管采取打孔抽汽操作，使得汽轮机连通管的分缸压力得到有效控制。将调节蝶阀可安装在中低压连通管上，使得周期压力得到有效调整，中压末级叶片允许的范围可作为抽汽压力范围。抽汽口的布置选择在抽汽管道的连通管上，而抽汽量需要根据实际情况加以调整。

2.2 汽轮机现场安装技术改造

基础浇灌技术是汽轮机安装的关键技术，涉及的影响因素较为复杂，首先，在浇筑时需要把握好浇灌尺寸，制冷机组在运行过程中会受到锚固板的影响，无法保障气缸膨胀符合标准，导致锚固板发生拱翻，究其原因，主要是由于浇筑尺寸不合理导致。过去在安装时一般会打开气缸进行二次打磨，使得间隙得以扩大，从而从根本上解决问题，但是，整体操作工序却较为复杂。因此，在安装过程中要结合技术要求保障基础浇灌质量，在浇灌前要认真地核对图纸。而天气也会对浇灌的尺寸产生直接影响，因此需要提前做好测量操作并且出现误差。锚固板与低压缸的预埋，需要对各项参数数据进行严格核对，避免出现倾斜度或垂直幅度不正确的问题，影响安装质量。气缸组合技术也是安装的关键技术，在安装低压内缸时，需要提前确定好排气装置的位置，保障排气装置与抽气口之间的有效焊接。在施工现场，要按照先中间后两边的顺序对其进行整体组合，然后再进行切割，保障气缸接缝的有效处理。

2.3 汽轮机通流技术改造

第一，将叶型加以调整，使得动静叶型的损失得到有效控制，原有的汽轮机动静叶片损失较大，使得整体能耗相对较高，而且在整个机组的高中低压缸都存在类似问题。因此，在改造时可选用后加载叶型叶片，使得改造的动静叶损失明显降低。第二，改进调节级。调节级喷嘴展弦的叶片相对偏小，而且二次流损失相对较高，整体运行效率降低。在改造时可借助NS 方程法，对调节器喷嘴进行计算，确定最终的收缩比，从而有效降低叶栅的实验损失，提高效率。第三，将窄叶片加强筋结构调整为分流叶栅。汽轮机的前三级叶片相对较短，为了有效控制二次流损失带来的影响，所以会选择加强筋叶片结构。但是，加强筋的光洁度较差，难以保证与叶片之间对准，使得局部过压问题较为严重，流动损失相对较大。改造后的分流叶栅既能够满足强度需求，也能够避免脱流扩张，使得整体运行效率提升。第四，选择更光滑的通道子午面，由于低压缸在蒸汽中需要急剧膨胀，所以蒸汽比容变化也就相对降低，叶片高度也就随之升高。针对低压部分的叶片顶部，如果选择铆接围带，气流的通道子午面则会表现为阶梯状，内外壁结构也属于阶梯结构，气流容易发生脱流于扩张的问题，从而导致流场发生紊乱，对端部造成较为严重的损失。如果动叶选择内斜外平的围带，隔板顶部子午面则也表现为斜通道，整个通道更光滑，有效降低了实际损失，使缸效率显著提升。

3 冗余改造技术的应用

3.1 信号发送冗余

为了有效避免汽轮机超速导致的发电机负荷超载问题，就需要在热工保护回路中引入引发发电机甩负荷的各种电炉设备保护信号，信号的导入方式需要按照若干路导入。热工保护回路发生的停机动作能够触发任一信号，而保护出口继电器的接点输出信号当被任一动作触发跳发电机出口开关时，则代表出口开关的辅助接点存在故障因素，但是发电机跳闸后仍然能够保障动作的稳步进行，使得发电机跳闸信号实现冗余。

3.2 保护回路冗余

保护回路的设计主要是以单一主回路为主，经过改造后的回路能够保持主回路的优势，同时又再次设立了两个独立回路，当任一回路发生任何动作后，汽轮机都能够安全停机，实现了保护回路的冗余。但在实际操作中，机械制作的方式使得磁力断路油门电磁阀出现卡滞问题，无法保障动作的顺利进行，要想有效解决这一问题，就需要选择动作更加灵敏的电磁阀。为了实现电磁阀线圈在长期带电情况下仍不会被烧毁影响，同时，也要保障自动主气门的关闭，此时，可适当地增加手动解除或电气自保功能。采取冗余改造技术，可添加保安油路，使得发电机在甩负荷时能够避免转速飞升而引发电磁阀关闭的问题，从而保证动作的有效进行。辅助回流的设计与主回路设计标准相同，需要根据数字逻辑电路，对回路线进行科学控制，发电机的保护信号则需要作用于保护回路与辅助保护回路。

3.3 保护电源冗余

主保护回路应该与副保护回路之间保持电源的相互独立，直流总单元系统可分别从主路与回路进入到热工保护盘。在加装抽汽快关阀的控制下，能够对电源起到有效的控制作用，同时，也能够实现电源的冗余。

3.4 执行机构冗余

无论是主保护回路还是辅保护回路电磁阀，其短路油门电磁阀需要保持独立，当断路油门电磁阀出现动作时，主汽门与调速汽门会同步开启，电磁阀执行机构能够实现冗余。为了使得外界故障停机问题得到有效克服，在抽汽逆止门与旋转隔板关闭不严密的情况下，容易发生飞车事故，因此，在原有的基础上可添加供热油气门保护装置，通过与电动汽门的联动，实现执行机构的冗余。

4 节能改造技术的应用

汽轮机的运行容易受到外界因素的干扰，在实际运行过程中消耗相对较高，直接影响了实际运行效率，也带来了诸多损失。如果在最佳真空度条件下，促进汽轮机运行，此时，水泵与真空的配置条件属于最优配置。要想实现汽轮机的节能，就需要结合实际运行情况对其运行程序加以调整，保障资源利用率。在建筑改造中，可将数字型电液调节系统应用于汽轮机系统中，使得汽轮机的功能得以丰富。数字型电液调节系统能够对系统负荷进行有效调整，同时也能够对汽轮机转速加以控制，使得运行过程中的数据得到有效收集，避免设备超速等问题的发生。节能型调节系统的有效应用，可使得汽轮机的智能化控制水平得以提升，促进汽轮机自动化运行。除了调节系统以外，在高压缸的流通部分也可采用节能技术，比如，可将原有的拉筋替代为焊接隔板材料，实现窄叶片与宽叶片的同步使用并形成分流叶栅，使得整个通道更为通畅。汽轮机的转子也可进行改造，使得高压隔板与气封轴的间隙得到提升，促进设备的快速转动。低压缸节能技术可采用焊接钢隔板，也可在叶顶增加迷宫式气封片，有效控制顶部漏气问题。选择椭圆形轴承使得损耗得到有效控制，同时油膜振荡问题也可以得到有效解决。多元性轴承不会对润滑系统产生影响，机组能够保持稳定运行。在进行节能改造时，也可积极引进环保型转轴，维持系统的稳定性，节约能源。

5 汽轮机运行的优化与维护

5.1 大力发展核心技术

汽轮机运行需要积极选择，更配合新的技术，使得整体运行效率得到提升，降低能源消耗的问题，保证能量供应的充足。随着国家节能环保战略的提出，越来越多企业在运行过程中意识到了节能环保的重要性，并将绿色减排作为主要发展理念。企业可将核心技术的应用，作为节能减排的关键方向之一，比如，火力发电厂汽轮机可选择使用静止可控硅励磁；在里端的隔音刷架内可集中布置碳刷，使得噪音得到有效控制，同时也能够保证汽轮机运行环境的整洁，使得汽轮机工作效率得到提升。

5.2 落实定期检修维护

汽轮机要做到日常定期检修，汽轮机的维修工作需要落实到具体责任人。在标准化的检修模式下，能够使得汽轮机设备损坏的发生率得到有效控制，同时也能够减少维修隐患的发生，使得汽轮机设备能够实现进一步发展。而在检修过程中，也要及时排除潜在的故障，针对故障特点制定维修方案，使得汽轮机能够尽快恢复正常运行。

5.3 优化给水泵系统

给水泵运行离不开电动定速的支持，而锅炉给水阀的调节也起着重要作用。但采用此种运行方式，可以导致汽轮机系统控制中处于低负荷运行状态，水泵阀门容易发生大量的能量流失问题。针对这种情况，要进一步优化变速给水泵，通过对积水泵曲线与调节转速的平移变速，使得积水泵的功能效果得到最大化发挥。而且给水调节阀不需要再对给水流量进行转变，汽轮机的运行效率能够得到稳步提升，也能够有效降低能耗问题，使汽动泵的机组运行经济效益得到维护。