发电厂汽轮机组的节能降耗技术分析

2024-05-22华能国际电力股份有限公司济宁电厂王伟峰

电力设备管理 2024年6期

华能国际电力股份有限公司济宁电厂王伟峰

对于火电厂而言，汽轮机组是将热能转化为机械能与电能的关键设备，其运转效率与火电厂整体能源利用率、发电率之间存在直接联系。受火电汽轮机组使用时间较长、运维管理不到位等因素的影响，机组在运转过程中可能会出现凝汽器真空度下降、汽封间隙增加等问题。上述问题的存在会提高机组运转的能耗，降低机组运转经济性。结合汽轮机组运转情况应用针对性的节能降耗技术，成为提高汽轮机组运转效率、满足社会发展需要的必然举措。

某300MW 火电厂共有两台哈汽公司生产的热电联产型CN250/300-16.7/538/538.04汽轮机组，机组具体参数如下：额定功率30×104kW、主汽额定温度538℃、额定再热汽门前温度538℃、主汽额定压力16.7MPa、再热额定压力3.244MPa、额定采暖抽热量500t/h、最大采暖抽汽量550t/h、工作转速3000r/min、热耗7843kJ/kWh、加热器等级8。在长时间的运转过程中，汽轮机组运转效率有所下降，无法满足当前火电厂的发电需求，需要采用合适的节能降耗技术，切实解决上述问题。

1 导致汽轮机组运转能耗上涨的主要影响因素

1.1 凝汽器真空性不足

在汽轮机组运转过程中，若机组内的排气冷却成冷凝水，那么受H2O 比容急剧缩小的影响，冷凝器内会出现真空现象，这一现象的存在是保证汽轮机组完成正常动力循环的必要条件。但需要注意的是，受冷凝器内存在真空现象的影响，外界的空气极易通过冷凝器的漏点处流入冷凝器内部，新流入的空气与其中不凝结的气体产量的增长会使冷凝器内的压力值有所升高、真空度有所下降，在减少汽轮机组内的有效熵的基础上，致使机组循环效率大幅度降低。通过实践研究可以发现在额定负荷下，汽轮机组内冷凝器的真空度每下降1000帕机组的热耗将增长70kJ/（kWh），热效率降低1%左右[1]。

1.2 汽封间隙的增加

汽封间隙会对汽轮机的内效率产生直接的影响，通过调查了解到，汽轮机组汽封间隙每增加0.05mm汽轮机组的级效率将下降0.4%～0.6%。参照上述关系，可用公式Δδs=0.5/（0.05（ηoi-ηoi'））表示汽轮机组级效率与汽封间隙之间的关系，式中：ηoi指的是应达到的效率，ηoi'指的是实测的效率。同时，结合汽轮机的运转原理可了解到汽轮机效率公式为：ηoi=（h1-h2）/（h1-h2t），式中：h1指的是入口处的蒸汽焓；h2指的是出口处的蒸汽焓；h2t指的是出口处的理想蒸汽焓。通过联立公式的方式可求出汽封间隙变化值对汽轮机运转效率产生的影响。在保证机组安全运行的前提下，可通过调整汽封间隙的方式提高机组的运转效率。

2 节能降耗技术在某火电厂的应用方法

2.1 提高冷凝器的真空性

2.1.1 真空系统的优化方案对于火电厂汽轮机组来说，其真空系统主要由阀门、管道连接进接口、连接设备等部件共同组成，系统的严密性与汽轮机组热效率之间存在着直接的联系。现阶段为保证机组真空系统的严密性，降低漏气问题的出现概率，可从以下几方面开展系统的节能降耗优化工作。

应保证系统法兰密封面不存在接触不良问题。具体来说，在开展汽轮机组法兰件连接工作时，工作人员应仔细检查接触面是否密封良好，若检查过程中发现接触面接触不良，则需要通过对其进行对研、研刮等处理的方式提高接触面的平整度。同时，为避免外界空气从法兰接触面间的缝隙流入系统内，工作人员需要在法兰接触面间加装胶垫，在此过程中应避免胶垫存在老化、变形等问题。

在连接系统时应尽量利用焊接代替管头连接。具体来说，该火电厂汽轮机组在过去安装过程中，为降低小管径管道的拆卸难度，多采用管接接头将管道连接到一起，这种连接方式在一定程度上使系统整体的漏点有所增加。现阶段在开展汽轮机组结构优化工作时，工作人员结合管道的走向通过尽量利用焊接的方式提升管道连接工作的紧密性。同时，对于必须利用管接的管道，工作人员采用了球形接头的管接头对其进行连接处理，并且在管道连接后对接头处的密封性进行了检查。

由于热工仪表节点部位较为隐蔽，容易出现漏点问题，影响汽轮机组的真空性，因此在开展汽轮机组节能降耗改造工作时，工作人员通过逐一检查热工仪表连接点、并在试抽真空时对接点处的真空性进行逐个排查的方式，提高了本次节能减排改造工作的可靠性。

为保证汽轮机组在后续运转过程中有足够的优化改造空间，该火电厂在安装两台汽轮机组时为其布置了一些设备备用口。在火电机组运转过程中，若存在备用口未曾关闭紧密的情况，将会影响机组的正常运转。现阶段为切实解决上述问题，在改造工作过程中，工作人员参照汽轮机组原有的设计安装图纸找出了全部的设备备用口，并在后续改造工作中，通过严密封堵无用口的方式提高了汽轮机组真空系统的严密性[2]。

为避免空气自水封处进入凝汽器影响系统真空性的情况出现，在改造工作中，工作人员在构建汽封加热器输水系统时，利用多级水封方式取代了原有的单级水封方式。多级水封方式在应用过程中不仅降低了每级水封的高度，还减少了水封埋入地下的工作量。同时，多级水封系统在运转过程中不仅不需要大量消耗人力资源即可实现疏水系统的自动调节，还降低了传统水封被冲破、轴封冷却水满水等问题的出现概率，提高了系统整体的真空性。

2.1.2 真空系统严密性的检查方法

在火电厂汽轮机组的真空系统中连接密封点偏多，若密封点存在轻微漏气现象，工作人员将很难在短时间内发现漏点。现阶段为实现漏点问题的有效管控，在汽轮机组节能降耗改造工作完成后，工作人员可以通过对真空系统进行灌水处理的方式发现漏点。相对而言，灌水找漏方式是一种较为直观的技术方式，但是受真空系统结构较为复杂的影响，这一技术方法无法找出高于轴封洼窝区域的漏点。

2.2 调整汽封间隙

对火电厂汽轮机组运转情况加以分析，可以了解到汽轮机流通部分主要由逐级配置的静、动叶共同组成，受转子、静子相对运动的影响，汽轮机组流通部分必然存在间隙，这就增大了漏气问题的出现概率。现阶段，为实现效率的有效管控，在本次机组节能降耗改造工作中，应用了合适的检修手段对流通部分的间隙进行了调整，切实提高了机组运转效率，降低了热耗。

2.2.1 汽缸定位

气缸是汽轮机组中的重要组成部分，对其定位方式与运转状态加以监测与调整，可以有效降低缸体变形、汽缸中心偏移等问题，对汽缸间隙产生的影响。具体来说，在开展中高压气缸调整工作时，工作人员需要在正式连接导气管并开展试扣操作前，将气缸定位装置安装在相应位置，然后对装置的精密性加以调整，确保管道连接后汽缸的位置与设计方案保持一致。在开展低压气缸调整工作时，工作人员需要先完成气缸校正工作后利用临时千斤顶固定气缸两侧，然后在扣盖后拆除千斤顶。考虑到在这一定位操作过程中，千斤顶的应力会使气缸出现一定的应力变化，此时为实现应力变化情况的有效管控，在正式连接管道前需要对自然状态下的气缸位置加以测量，然后开展装配工作。

2.2.2 设备及零部件

在开展隔板及汽缸间隙管控工作时，工作人员不仅需要测定轴向间隙，还需要控制间隙范围在0.10～0.40mm，并且在间隙调整工作中应保证接触面的密实度，隔板、隔套板均不存在变形状况。在开展汽封块与隔套板或隔板槽的间隙检查工作时，工作人员需要在自由状态下使用0.05塞尺对隔板上下平面间隙加以测定，尽可能避免因间隙过大而导致漏气问题的出现。在检查汽封块端部间隙时，工作人员需要保证汽封径向间隙尺寸在0.2～0.5mm，若间隙过大可能会导致蒸汽自然从间隙漏入下一级，降低蒸汽的做工效率；若间隙过小则可能使汽封块受热膨胀后影响汽封环整圈间隙的大小，进而影响系统的密封性[3]。

2.2.3 流通部分间隙调整

为保证汽轮机组的运转效率，工作人员应保证流入汽轮机组的蒸汽尽可能地冲击叶片，而不会绕过叶片或转子端部流向外部环境。为达成上述目标，在开展汽轮机组节能降耗改造工作时，工作人员应尽可能缩小汽轮机组中动叶与汽缸、静叶与转子之间的间隙。同时，考虑到上述间隙之间的公差极小，因此为实现间隙距离的有效管控，工作人员在优化过程中不仅需要准确测量间隙距离，还需通过调整动叶与汽缸、静叶与转子位置的方式，实现间隙的有效管控[4]。

在节能降耗改造工作中，工作人员先对汽封块与转子间的配合间隙进行测定，然后利用锉刀、修汽封齿专用工具对汽封间隙进行调整，在调整过程中，工作人员保证每一段至少取三个测量点，在发现汽封齿高度不符合要求后对其进行刮修处理，再对处理后的汽封齿进行了测定，以便在保证汽封间隙准确性的同时，提高转子与汽封齿间隙的均匀性。

从安装的角度看，汽轮机组在改造中应保证汽封间隙值为设计上限值，但从节能降耗的角度上看，尽可能减少汽封间隙可以提高蒸汽的做功效率。因此，在具体操作过程中，工作人员需要结合汽轮机组的运转条件调整汽封间隙的取值范围。具体来说，在调整高温区的汽封间隙时，工作人员可以使间隙值在设计值的中下限范围内；在调整低温区的汽封间隙时，则可以使其适当贴近设计值的下限，但最小不能低于下限值加0.05mm。

在测量顶部、底部的汽封间隙时，为提高测量工作的准确性，工作人员能保证汽轮机组处于全实缸状态下，且应保证中分面至少紧固1/3螺栓。并且为避免汽封块中间弧度缝隙过小，工作人员还需要在测量工作完成后利用胶布在转子处进行滚动检查。

2.2.4 进汽短管处的膨胀圈

为提高进汽短管处膨胀圈的密封性，在检查过程中，工作人员应保证0.03mm 塞尺不入密封环与相应位置的间隙，减少新蒸汽的泄漏量。在开展胀圈组安装工作时，需在开口处进行错位安装操作，且错位角度应大于90°。在开展气缸试扣操作时，工作人员应完成密封环装配工作，并对其工作状况加以检查，确保密封环能够与气缸紧密结合，减少蒸汽的泄漏量[5]。