电厂汽轮机节能降耗的主要措施分析

唐 磊

金炉科技有限责任公司

电厂汽轮机节能降耗的主要措施分析

唐 磊

金炉科技有限责任公司

当前能源和资源濒临枯竭问题已经成为全球性的问题，在世界范围内掀起了激烈的讨论，针对能源开发问题提出了更高的要求，竞争愈演愈烈，为了谋求电厂的长远发展，各大电厂纷纷出台一系列完善措施，引进先进技术和管理模式，以求占据更大市场份额，更为合理有效的提升企业市场竞争力，实现电厂的可持续发展。由于电厂自身特性，首先需要从节能降耗等方面着手，相较于其他行业存在一定差别，需要通过不同途径实现节能降耗。在日常生产活动开展中，需要注重用水、用电情况，在保证电厂正常活动开展的同时，降低其他能源的消耗。

电厂；汽轮机；节能降耗

国家多部门联合颁布的《煤电节能减排升级与改造行动计划》（发改能源[2014]2093号）中指出：到2020年，所有在服役的燃煤发电机其能耗不得超过310g/kW·h，其中发电量在60kW·h及之上的机组能耗不能超过300g/kW·h，其他低发电量机组经过改良后均可达到大气污染物排放标准。为确保这一目标的达成，对机组整机性能进行测试和诊断，找出节能突破口，寻找对比相关改造技术，使技术改造适当领先，投资经济合理，最终选择最优改造方案是非常必要和迫切的。

依据火电厂节能降耗的相关理论研究可知，实现机组效率提升的同时降低能耗应从下述内容入手：一是改进主副机组，提升主机发电效率；二是提升蒸汽初始参数，以提高热循环的温度均值；三是确保排气压力的持续稳定，避免冷源损失；四是提升热循环效率，降低锅炉换热温度差值；五是最大化降低热力过程及热交换中的换热温度差值；六是降低气体与液体工质在流动中的热量散发损失；七是降低内漏、缩减外漏；八是提高汽轮机内效率。

1 电厂汽轮机节能降耗概述

电厂汽轮机技术改革之前，应寻求资金投入和效益平衡点，对资金投入成本和收益情况进行深入分析，不能盲目的因为节能而节能，权衡技术创新成本和节能收益之间的关系。但是就电厂汽轮机节能降耗实际工作开展下现状来看，主要是通过引进先进的汽轮机来实现节能降耗，但是所耗费的成本远远高于对现有汽轮机的技术改造成本，在现有汽轮机基础上进行改造，同样能够达到节能降耗的作用。由此看来，这种汽轮机改造方法，不仅能能够大大降低电厂技术改造费用，还能够达到节能降耗作用，从经济角度来看，这一举措是切实可行的。较之国外，我国汽轮机改造起步较晚，但是经过了几十年的创新和技术改造，汽轮机节能降耗工作取得了较为可观的成效，相关技术渐趋成熟，通过大量的实践能够发现，汽轮机技术改造后，能够大大提升能源利用效率，能源消耗量随之减少，在一定程度上提高了汽轮机运行可靠性和安全性，在实际应用中是切实可行的，值得推广应用。

2 电厂汽轮机节能降耗的可行性分析

在整个电厂的组织结构中，汽轮机处于较为中心的环节与地位，它起到的重要作用是把热能转化为电能。一般来说，关系到其节能降耗的主要因素包括两点，一是技术因素，二是经济因素。

2.1 技术层面的可行性研究

对电厂汽轮机进行节能降耗技术改造的可行性分析，另一个重要的方面是技术层面的可行性研究分析。通过大量的研究结果表明，节能技术改造后的汽轮机，在汽轮机的冷端系统、热力系统、本体汽封等各系统环节，都得到了技术层面的优化，相关技术方面的节能改造，在很大程度上提升了汽轮机的安全稳定性，使得整个机组的生产运行更加经济。由此表明，对电厂汽轮机进行技术改造，在技术方面的可行性成立。通过上述对电厂汽轮机在经济层面与技术层面的研究分析表明，采用科学合理的措施对汽轮机进行改造对其节能降耗是非常有帮助的，研究人员要结合汽轮机的影响因素进行研究分析，以找到最佳的节能降耗措施。

2.2 经济效益层面的可行性研究

对电厂汽轮机节能降耗方面的研究分析，首先要考虑其经济效益问题。对汽轮机进行节能改造要将技术改造所需的资金投入和改造后的设备产出进行综合计算，也就是说要对成本支出与成本收益进行匹配运算，不光要考虑设备的节能，还要考虑经济的节能。经过研究表明，采用新式汽轮机的投入成本要远高于技术改造后的汽轮机投入成本，经过技术改造后的汽轮机在节能降耗方面同样有着十分显著的效果。因此，对汽轮机进行节能技术改造的经济可行性研究分析成立。

3 引起汽轮机能耗的主要因素

3.1 工程概况

某火电发电厂共有4台机组：分别为两台600MW和两台660MW机组，机组类型为超临界、单轴、凝气式汽轮机组，轮机总数为四十二级，其中高压转子共八级；中亚转子共六级；低压转子共二十八级。汽轮机选用压合缸构造，两个低压缸采用对称双流反向布设。在进行全面维修前先对机组性能进行全面检测，检测结果显示机组存在热耗率过高，同设计值存在偏差，仍有一定节能空间。热耗率属于反应汽轮机综合性能的参数指标，其由汽轮机自身性能、热力系统运行状况、设备参数多方面要素共同决定，这些数据同设计值之间的差距就决定着机组的真实运行状况。

3.2 具体因素分析

1）水冷凝汽器问题

关于水冷凝汽器的问题主要涉及以下两方面：首先是水冷凝汽器内的冷却水水质较差。一旦冷却水的水质出现问题后，就会使得汽轮机在正常的运转过程中，凝气管出现较为严重的结垢现象，如此一来，使得汽轮机的排气换热效果在原来的基础上大幅度的降低，并使得九成以上的水分在汽轮机冷却塔中蒸发；然后是凝汽器的泄露问题导致的锅炉内部结垢，引发安全隐患问题。凝汽器一旦泄露以后，会使得冷却水中混入大量的凝结水，若泄露现象较为严重时，会使得凝结水通过孔隙进入锅炉内部，混合水分的进入使得锅炉内部的水质降低，长期下去引发了锅炉内部水分结垢现象，若时间久后，水冷壁在强腐蚀情况下会引发鼓包、爆炸等恶劣情况的发生。

2）汽轮机机组气缸问题

电厂汽轮机气缸主要起到隔离汽轮机同流部分与大气连接的作用，并将生成的蒸汽热能转换成机械能。同时其还会与外部支撑座架、排汽、进汽以及回热抽汽等管道相连接，这样在汽轮机运行时，气缸内会产生较高的温度，热量变会辐射到外缸部分，需要夹层气流来对其进行冷却处理。另外，汽轮机启动冷态后，夹层气流则转变为加热作用，这样就决定了气缸工作效率对汽轮机能量耗损的影响，一旦气缸运行出现问题，势必会造成汽轮机能耗增大。

3）汽轮机蒸汽压力及温度问题

这里所提到的主蒸汽温度与压力，实际上强调的就是汽轮机在运行时的蒸汽压力与温度。在其一般的运行状态下，二者间存在的是反比关系。当蒸汽流量提升时，蒸汽压力会逐渐下降。由此可以看到，一旦正在运行的机组在燃料供给方面出现问题，就会使汽轮机的主蒸汽压力与温度双双降低，影响到节能降耗的工作开展。

4 完善电厂汽轮机的节能降耗工作

4.1 汽轮机组本体优化

安装质量：在安装质量方面主要体现在通流部分的间隙。电厂对这部分应该要重视，通过检修调整是可以得到改善的。

叶片改进。各级动静叶片均选择新型高效变截面扭曲型叶片，以便于降低二次流损失，提升热效率；低压次末级拉筋型动叶更换为整圈自锁阻尼型长叶片，以更好地保障末级叶片的运行安全。

汽封结构改进。将高压叶片顶部两齿平汽封形式更改为四齿高低齿汽封，以降低漏气损失；对低压末级及次末级动叶顶部增设汽封，并缩小动叶顶部间隔，缩减漏气量的同时提升各级效率。

缸体改进。对各级内缸及静叶持续实施优化改进，以提升各缸工作效率；对高压进气管实施弹性密封改造，增加密封环数量，以便减小漏气损失。

调节级改进。选用高效平衡动叶并改良动叶围带结构，增多叶顶汽封齿数量，降低漏气损失；静叶选用子午端壁型线，降低二次损失。

4.2 提高给水温度，保证凝汽器内部处于真空状态

锅炉和汽轮机是汽轮运行中的热力循环系统。从热力学参数分析可知，随着循环参数的不断增加，循环效率也会得到提升，而提高给水温度，可以提升锅炉的运作效率，同时还会对锅炉燃料数量产生作用。给水温度较低，耗费燃料量较大，而且会将大量热量散发到空气中，减低了锅炉运行效率，所以必须提升给水温度，保证汽轮机运行的顺利运行。

（1）确保加热器的正常运行。为了保证加热器可以正常运行，应该定期对加热器进行检查。如果在检查过程中，发现加热器存在泄露问题，必须及时进行维护和检修，避免事故的发生；定期检查隔板的封闭性，防止高压给水出现偏离对机组运行造成的影响，发生不安全问题。

（2）保证高压加热器运行率。给水温度对机组的正常运行具有很大影响。在机组启动和停止过程中，都必须严格控制给水温度，减少热量散失；机组运行中，还要定期对机组进行检查，避免安全问题的产生；将加热器水位维持在稳定状态；为了实现降低温差、减少泄漏，还要定期对加热器内部污垢进行清除，以提升高压加热器的运行效率。

汽轮冷凝器是机组正常运行的前提，只有保证其可以正常稳定运行，才能提高生产效益，延长机组使用寿命。为了防止凝汽器内部真空降低，可进行以下操作：①保证机组的密闭性，减少凝汽器泄漏。定期对凝汽器进行检查，发现问题及时处理，保证机组运行。②提高循环水质量控制。在长期使用中，凝汽器内部铜管会产生大量水垢，所以必须定期祛除水垢，提升汽轮机运行效率。③控制凝结水位。启动机组时，必须将水位控制在正常水平，如果操作不慎，导致凝汽器内部冷却面积不足产生真空下降问题，必须采取措施降低维持在稳定状态。

4.3 汽轮机启停及正常运行中的相关措施

汽轮机启动时，都应按照合理的汽轮机启动曲线进行。比如，汽轮机冷态启动的主汽压力、主汽温度和凝结器真空等参数启动期间都有正常的允许范围。但是，在实际运行过程中，启动前机组都要进行长时间预热，导致并网时间被延长，增加了运行成本。对于这个问题，有如下的建议：先使用旁压先开的方式将压力维持到2.8MPa左右，然后通过手动方式对真空破坏门进行开启，使汽轮机真空维持在－60～－50kPa的范围内。这样便可以增加汽轮机进汽量，加快暖机的速度。在进行了低速暖机后，如果机组一切正常，可逐渐开大主汽门将转速升至1300RPM，并保持40～80分钟。通过指定检查项目后，如果没有异常，这样就可以保证汽轮机高效、平稳运行了。

在电厂汽轮机运行管理方面，建议通过定滑压试验找出最佳运行压力点，日常运行操作根据锅炉燃烧情况调整汽轮机进汽压力，按照新的定滑定曲线调整参数运行，保证了汽轮机汽缸的高效率运行。在高负荷区域通过调节喷嘴改变通流面积，维持在高水平的定压调节；而在低负荷区域，为了保持给水泵临界转速、燃烧、水循环工况能够得到稳定，那么就应该使用低水平的定压调节；在中间负荷区域，根据实际滑压曲线控制汽轮机进汽压力。通过进行加热器水位调整试验，找出每台加热器合理的疏水水位，保证加热器端差在合理的运行范围，达到提高给水温度和减少加热器端差的目的，同时合适的抽汽量保证了汽轮机热力系统的效率。

汽轮机在非正常停机时，尽量保证机组按照合理的参数甩负荷。确保各系统和设备不会因紧急停机而受损，对保证机器寿命有重要作用。

4.4 改造允许技术改造的汽轮机

因为当前冷端系统设备运行的安全性以及经济性是制约电厂发电效率的重要因素。因此，在改造汽轮机冷端的过程中，我们应该以凝汽器和水塔为主要切入点。可以考虑循泵运行方式的优化，使机组凝汽器处在经济运行的工况下，同时尽可能降低厂用电，从而实现节能降耗。冷端系统包括循环水泵、凝汽器、冷却水塔、真空维持装置（胶球清洗系统、抽真空系统），冷端系统优化不仅从某个设备考虑，而是从真空改善措施和真空维持措施两方面着手。真空改善措施将循环水泵、凝汽器、冷却水塔一体化考虑最佳能力，不仅是追求冷端系统某个设备的性能，而且统筹考虑冷端系统整体性能。在凝汽器改造中，主要考虑凝结水过冷度、凝汽器真空、凝汽器端差几个方面。比如冷却管材质的更换，冷却管布置方式的优化等技改，可以大幅提高机组经济性，并且减少维修和停机次数，从而有效实现节能降耗目标。

4.5 做好汽轮机的运行优化

电厂汽轮机一般选择定- 滑- 定运行方式，在保证设备运行效率的同时，降低运行能耗，需要就运行方式进行优化，如改变通流面积。在极低负荷状态下，可以通过低水平定压调节方法，来保证水泵轴临界转速、燃烧、水循环等作业的稳定性。对于中间负荷区，应结合实际情况来对负荷进行调节，确保汽门开关可以处于滑压运行状态。同时，应减少加热器端差，合理调节加热器水位，以及在设备高负荷运行状态下，适当提高汽轮机主汽温度与主汽压力，来达到提高给水温度与投入率的目的。当低速暖机完毕后，在确定机组一切正常后，可以逐渐开大主汽门转速，并保持40～80min 后，对油位、油温、油流、油压等参数进行检查，并确定油泵运行状态，监听机组内部是否存在摩擦等声音，以此来作为后续管理工作实施的依据。

4.6 更新理念，完善体系

想要实现电厂汽轮机节能降耗的目的，完善电厂管理制度无疑是一项根本保障。对于电厂自身而言，首先要在更新管理理念的基础上，实现管理体系的强化。要提高节能降耗管理工作的重视程度，并将其贯穿于电厂生产经营的全周期。其次，要在电厂各部门的协调配合下，做好科学的节能规划，推进节能管理工作开展。例如，依规严格选定水电计量表装置与测量范围;或组建专业的部门团队对节能管理进行监督考核等。最后，要在上述工作的带动下，对具体汽轮机节能降耗工作加大投入，可以参考一些发达国家的经验，建立具有自身特色的节能管理模式。特别是在节能评估方面，可组建专家团队对本厂汽轮机性能进行评估，再根据评估结果制定相应具体的节能降耗措施，落实具体的节能降耗管理工作责任。

综上所述，汽轮机节能降耗是当下发电厂运行管理的重要内容，其对提升电厂运行效益有着重要影响。造成汽轮机能耗的因素是多方面的，包括汽缸工作效率、机组通流性、汽压温度、出力系数等，对汽轮机的节能减排要从技术改造与管理两方面入手，通过多种措施手段稳固及提升汽轮机机组工作效率，降低其能量消耗。

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