发电厂汽轮机及其辅机设备的节能技术要点

2023-12-29李光耀李安东

科学与信息化 2023年22期

李光耀李安东

华电章丘发电有限公司山东济南 250216

引言

供电系统的稳定性对国家经济和社会的正常运行至关重要，而汽轮机作为火电厂供电系统中的核心设备，其辅机的检修工作直接关系到整个系统的可靠性和安全性。随着电力需求的增加，保障汽轮机辅机的正常运行显得尤为重要，这不仅有助于节约能源、减少损耗，还能提高工作效率。

汽轮机辅机在使用过程中可能出现各种故障，由于其组装复杂、零部件繁多，检修工作的难度和工作量相对较大。因此，对汽轮机辅机常见故障的检修工作必须具备严谨性和标准性，以确保检修工作的有效性和安全性。

为了提高汽轮机设备运行的稳定性，需要加强对汽轮机辅机的检修工作。这不仅包括对已经出现故障的设备进行及时维修，还包括对设备进行定期的检查和预防性维护。通过科学合理的检修工作，可以及时发现潜在问题并采取措施，确保汽轮机设备的可用性和安全性。

在电力行业，汽轮机的正常运行直接关系到供电系统的稳定性和安全性。因此，电力企业应高度重视汽轮机辅机的检修工作，建立完善的检修计划和标准，培养专业的检修人员团队，以确保供电系统的可靠运行，为国家经济的可持续发展提供稳定而可靠的电力支持。

1 可行性分析

电力系统的科技化发展对我国工业生产方式产生了深远的影响，而作为火电厂发电系统中的关键设备，汽轮机的运行状态直接关系到整个供电系统的效率和稳定性。为了确保发电机组的连续稳定运行，必须加强对汽轮机辅机的设备管理和定期检修工作，以维护供电企业的生产效率和效益。在众多企业的设备维修管理实践中，为提高汽轮机设备的良好运行，通常会设立专门的负责人员进行设备管理。这些专员负责监督和组织汽轮机辅机的定期检修工作，确保设备处于良好的运行状态。

1.1 技术角度

就目前而言，中国现有的汽轮机技术在长期的生产和技术发展下，已经具备了相当成熟的技术水平，这在一定程度上提高了机组的热效率，提高了机组和辅助设备的能量转化率，对于提高我国的节能减排能力有着非常重要的意义[1]。通过技术改造，使机组和辅助机组的安全、可靠运行得到了一定的提高，为电站机组和辅助机组的节能降耗提供了有力的技术支持。

1.2 经济角度

电站机组和辅助机组的节能技术在技术创新的过程中，应根据技术革新后的成本和效益进行合理、科学的评估，避免盲目追求技术创新，或改造后不能实现节能、减排的目标。

就当前而言，大部分大型电站的改造和革新，与新型机组相比，投资成本都比较低，通过技术改造和技术革新，可以有效地降低机组和辅机的能源消耗。从长远来看，电站在汽轮机及辅助设备的节能改造中，具有很高的经济性。

2 发电厂汽轮机的主要结构特征

发电厂的汽缸主体采用高压合缸，通流段逆向排列，高压油缸则采用双层油缸设计。在连续运转中，主要蒸汽及再热蒸汽的平均温度维持在537℃，且可以在551～565℃之间浮动。这样的运行温度保障了机组的高效运转，而每次连续工作的时长为15min，年累计工作时间达到80h[2]。

涡轮的高压转子和低压转子采用全断面结构，在121℃下会发生脆性过渡。为确保启动过程的顺利进行，必须提前进行预热，将转子的中央温度升至121℃以上，以便将低压转子和发电机的转子连接起来。涡轮爬升机构安装在低压气缸的后轴承盖上，采用低速盘车，速度为4.26rm-1，可实现连续盘车和分批盘车。而在涡轮机的速度超过盘车时，盘车会自动跳闸，以确保机组的安全。

为了进一步提升汽轮机的性能，在已有的基础上设计了一套合滑销，并将其置于高压缸的中线前端。这一系统包括高压蒸汽源控制站、再热冷却区和辅助蒸汽源控制站。在低负载工况下，通过适当选择气源，对高、中、低压气封进行充气，以减少起动时间。而为了最大限度地控制气缸的温度差和差胀，系统设计者对高压缸进行了内外部的加热和调节。同时，引入了夹层加热汽源，以及预热的汽源作为辅助蒸汽。

在汽轮机运行时，通过不同的工作模式，实现了对机组节流和喷口的无干扰切换，可通过调整喷嘴节流来提升机组的运行经济性。值得注意的是，设备、主蒸汽温度、电力负荷和处理系数等因素都会对机组的节能效果产生一定的影响。汽轮机的主要部件是气缸，因此提高气缸的效率对整个电厂的工作效率都有着积极的影响。通过这一系列的设计和优化，这台汽轮机在提高性能和降低能耗方面取得了显著的进展。

3 汽轮机及其辅机设备的影响能耗因素

3.1 能耗因素

汽轮机气缸作为一个相对封闭、性能良好的气室，在工作中起到了关键的作用，即阻断气缸内的气体与外界空气，并将蒸汽转化为机械能。在气缸内外之间存在一层气隙，这个设计有助于在工作时通过热辐射影响，使汽缸内的热能输送到外汽缸，实现内汽缸内热能的一定预热，从而提高了汽缸的工作效率[3]。

在汽轮机和辅助装置的运行中，气缸的喷水量直接影响压力和温度。当热能持续供给时，喷水与空气的比例逐渐增大，导致热能消耗增加，涡轮和辅助设备的工作效率一直保持在相对较低水平，同时也造成了较大的热能损失。

为确保系统的高效运行，必须注重锅炉冷却水和过热器的内部清洁，并确保辅助管道的合理性和封闭性。这些措施有助于减小能源损失，提高系统的整体效率。在实际操作中，持续监测和维护这些关键组件的清洁状况，以及调整喷水量，是确保汽轮机和辅助设备高效运行的关键步骤。

3.2 调整因素

在机组运行调试中，发现存在多个问题直接影响了机组的节能效果[4-5]。首先，循环水的操作模式没有经过有效优化，二次过滤器未得到及时的维修，这导致了系统的堵塞问题。另外，真空泵的冷却水温度过高也导致了系统真空度的偏高，进一步影响了系统的正常运行。

其次，在启动和停机过程中，如果温度调节不及时或调节时间过长，可能导致机组跳闸，频繁启停，进而增加了机组的能源消耗。这显然是一个需要及时调整和改进的操作问题。

第三，部分设备未采用新技术或对老设备进行改造，其耗能高于技术革新设备。这提示电厂需要更积极地推进技术更新，采用更为节能的设备，以提高整个系统的能效。

此外，冷凝泵的操作模式不合理，导致机组和辅助机组的运行能量消耗增大。合理的环节调节是确保系统高效运行的关键。

最后，加热器的水位设置不合理，无论是设置得太高还是太低，都会影响到整个系统的热能传递效率。因此，对加热器的水位设置进行合理调整，是提高机组整体能效的重要一环。

综上所述，解决这些问题需要在机组运行调试中引入更科学的操作模式和现代技术，保养设备、优化操作流程，以确保机组以最佳状态运行，从而实现更好的节能效果。

4 汽轮机及其辅机设备节能增效分析

在多年的实践和技术支持的不断演进下，机组的热效率经历了显著提升，能量损耗减少，机组和辅助设备的能量转换率也得到了明显改善。通过对机组进行技术改造，安全性和可靠性得到了提高，从而在电厂中得到了广泛应用。

在电厂运行过程中，通过创新机组运行模式，平衡经济效益和节能效益，并对机组和辅助机组的能耗进行有效控制是可行的。透平气缸自身具备较好的密封性能，但由于热辐射的影响，内部气缸的热量可能输送到外部气缸，导致能量损耗。通过引入蒸汽管道到汽缸夹层中，能够显著减少机组的起动时间，最大限度提升机组的起动效率[5-6]。

机组和辅助机组的联合运行模式会对整体经济效益产生重要影响。为了防止机组出现阻塞，必须对机组的循环水进行优化。在启动和停机过程中，机组容易出现阻塞，不合理的热机时间和频繁启动都会增加机组和辅助设备的能源消耗。因此，对循环水进行有效的优化和控制是维护机组高效运行的关键。

5 汽轮机及其辅机设备节能技术要点

5.1 加强技术改造

在长期使用后，机组的能量消耗会有一定的下降。为了提高机组和辅助机组的工作效率，达到节能减排的目的，电厂提出了一套较为完善的能源消耗技术改造方案。

5.1.1 锅炉抽水设备的改进。技术人员对锅炉水泵进行了改造，用低能耗的上泵进行了多次实验，并在锅炉点火、升压后进行了电泵的起动。通过对上水泵的改造，使机组和辅助机组的运行能耗得到明显的减少，从而使电厂的总体经济效益得到了明显的改善。

5.1.2 凝结器系统改造。在电站的生产过程中，高精度的试验装置对于确保系统的密封性至关重要。相关人员有责任定期进行真空密封试验，并对循环水的质量进行严格检查，以防止可能导致系统堵塞的问题[7]。

此外，工作人员需保持对铜管的定期清洁，并加强对抽水装置的保养工作。对抽水罐室内温度的定期试验也是必要的，以确保其保持在适宜的26℃左右。这有助于维持系统的稳定性和高效运行。

为了保证冷凝器真空的严密性，应采取定期维护抽水装置的措施，以确保冷库工作液面维持在正常范围内。同时，引入了一系列节约能源的技术，旨在提高系统的能源利用效率。这些维护和优化措施共同确保了电厂系统的可靠性，降低了潜在故障风险，并促进了能源的有效利用。

5.1.3 汽水系统改造。为确保蒸汽在循环部位不形成污物，应采取定期水质监测的措施，以提高机组的运行效率。技术人员根据汽轮机的给水程序进行操作，并对供热系统进行了改造，以防止蒸汽涡轮机组在运行时对高压加热器进行解排。这一改进措施旨在保证管道通畅，防止冷却水渗漏，从而确保汽轮机和辅助设备的能源消耗达到最大效益。

为了避免热水温度过高，电厂应采取防范措施，以防止淹没换热管，减小换热面积，降低换热效率，进而导致疏水回流，影响机组的安全运行[8]。为了最大程度降低人工操作错误的影响和减少不必要的能耗，电厂有关部门应定期保养高压热水器。此外，还可以通过定期检查与保养热水器冷水机的装置，实现节约能源的目标。这些维护和管理措施的实施有助于确保电厂系统的平稳运行，提高能源利用效率，同时降低不必要的维修成本。

5.2 优化给水系统运行方式

针对目前电厂锅炉的使用要求，技术人员提出了取消一级叶轮、调节水泵扬程的建议。同时，技术人员建议对变频装置进行调整，将工频电动机驱动的泵的五段叶轮去掉，并增设了套管和轴套作为叶轮[9]。在更换完毕后，技术人员对其进行了高速动平衡实验，保证了其工作的稳定性和高的实用率。该装置的供水性能稳定，节约能源，可有效地减少节流引起的损失，降低电厂的生产能耗，增加电厂的经济效益，达到节能降耗的总体目的。