浅谈电厂集控运行汽轮机运行的优化措施

王伟

【摘  要】随着市场经济的快速发展和各行各业的日新月异变化，对电能的需求越来越大。这对电厂规模提出更高要求的同时，也对汽轮机的运行提出了更高的要求。本文重点探讨了电厂集控运行汽轮机运行的优化措施。

【关键词】电厂集控运行;汽轮机运行;优化措施

目前，我国经济发展对能源的需求量较大，我国电力行业应不断提高自身发电能力及效率。各电厂应优化和创新汽轮机配汽方式、汽轮机启停等，从而使汽轮机能高效运行。这不但延长了汽轮机的使用寿命，降低了安全隐患，而且提高了发电效率，提高了电厂的经济效益，缓解了我国电力资源供需矛盾，从而为社会经济发展与人们生产生活提供良好的支持及保障。

一、電厂汽轮机工作原理

汽轮机的动力是蒸汽动力，其主要应用在火力发电厂。汽轮机具有寿命长、效率高、功率大的优点。汽轮机主要由联轴器、动叶片、叶轮、主轴、隔板和气缸等组成。汽轮机的种类很多，其根据气缸数量、用途、热力能力、工作原理和构造不同分为多类。汽轮机的用途多为船用汽轮机、工业汽轮机、电站汽轮机等。汽轮机具有流量大、高效、连续的优点，其功率比复式蒸汽机功率大。

1、冲动原理。冲动原理是通过蒸汽喷嘴中的蒸汽经过动叶气道时改变方向，使其作用于汽轮机叶片，让叶轮转动.进而让热能转化成机械动能。而发动原理则是汽轮机中的蒸汽作用于汽轮机叶片，形成气道内膨胀并且不断地加速叶片转动，从而使叶片旋转做功。

2、反动作用原理。汽轮机在运行工作的过程中，气道内蒸汽会加速膨胀，强大的气流对动叶片产生强大的反动力，进而推动叶轮做出机械功。在冲动原理的作用下，动叶气道内的气流主要是发生方向上的改变，不会出现膨胀加速的情况;但在反动作用原理下气流既会发生方向上的改变也会进行膨胀加速。汽轮机根据它本身的工作原理将热能转化为机械能，在整个工作运行中，蒸汽在喷嘴中发生膨胀、降低压力，从而增加速度。

二、集控运行概念

火电厂中传统的控制方式以单元控制方式为主，对发电设备实施控制。这种方法在技术领域存在较大局限，不能保证发电设备的统筹形式。在技术不断进步和发展下，自动化系统已经不断实现，如：以DC S锅炉汽机自动化控制系统、DEH汽轮机电液控制系统等，提高了火电厂在运行期间的控制方式。所以集成运行实现了多种控制系统的整合，以DCS为主要控制系统，将DEH、电力保护及车间辅控等系统进行结合，从而在火电厂生产的各个环节上实现集中控制，实现了火电厂在运行期间的高效性、稳定性及安全运行模式。

三、集控系统需求

1、在电网规模不断扩大形势下，它能提高电站的运行效率，实现自动化控制模式。

2、能对火电厂中的生产流程、生产设备进行集中控制，在整个平台建设中，方便工作人员对电网负荷的预测，如果工作人员发现问题，还能及时对事故进行处理，从而提升实际的工作效率。

3、它能对火电厂中的生产环节进行集中控制，在多对一控制模式下，根据生产设备实际的运行状况，能对设备的运行标准进行调整，实现设备在运行期间的工作效率。在集控系统中，操作人员能根据具体情况随时进行调整，从而对发电设备的运行具有较大积极性。

4、集控系统和调度系统能保持完整、统一性，在二次变电设备不断完善下，由于信息量产生的比较大，在自动化系统发展中，它能对相关信息进行采集，利用完善的系统进行调控。所以在集控系统与调度系统独立运行下，不仅能实现优化改造方式，也能减少实际的运行成本。

四、电厂汽轮机的常见问题

1、汽轮机的启停问题。汽轮机的启停，其主要是通过转子应力的变化来实现启停过程，而在其正常运转时，会使转子表面的蒸汽参数出现升降的变化，转子内部是比较不稳定的温度场，因为会长时间正坐在高温和高压的情况下运转，一旦参数设置出现问题，就会导致在启停过程中对设备损耗较大，久而久之就会降低汽轮机的工作效率，并缩短其工作的年限。

2、汽轮机的机组能力问题。汽轮机的汽阀是影响汽轮机能耗的主要原因。汽轮机的气阀分为两种，单阀调节和顺序阀调节。单阀调节的实现是由汽轮机

的蒸汽参数来直接调节和控制;顺序阀的调节是由汽轮机的喷嘴来控制。但在汽轮机运行的过程中，单阀调节和顺序阀调节都只能在气阀压力较小时才能运行;当气阀压力较大时，容易造成外缸变形和喷嘴变形，密封性和部分机组能力都会损失，造成的后果就是汽轮机机组耗能增大。

3、汽轮机的配汽方式问题。目前汽轮机的主要配汽方式是复合型配汽方式。在汽轮机工作的过程中，不同的阶段需要不同的方式来运行汽轮机。在汽轮机的启动阶段或低负荷阶段，只需要通过单阀的方式来使汽轮机运行，但低负荷阶段的运作效率不高，也会造成耗能损失严重。在高负荷阶段，可通过顺序阀的方式让汽轮机运行，其运行效率也较高。

4、电厂汽轮机输水系统的问题。电厂汽轮机输水系统的问题也是电厂汽轮机中的常见问题。疏水系统的结构及其设计比较复杂，运行中容易出现问题，且管理起来也很麻烦。汽轮机输水管道的阀门很容易产生泄漏，高温蒸汽遇到凝汽器，就会影响凝汽器的正常运行，降低汽轮机资源的利用率。另外，扩容器和疏水管之间的温差也容易导致管道发生破裂，从而影响系统的正常运行。

五、火电厂集控运行的核心技术

实现电厂集控运行自动化，离不开高超的技术作保障。集散控制系统就是负责火电厂集控运行的系统，该系统不仅智能先进，综合性极强，还十分新颖。配备集散控制系统的电厂需要具备很高的自动化生产水平，由此可见，集散控制系统的运用需要电厂有雄厚的技术支撑。传统电厂的控制技术比较单一，已经逐渐不再适合现代化工业的发展。集散控制系统一改传统单独控制技术的模式和弊端，以更加先进的控制方式对设备进行集中控制和管理，实现了管理的自动化和智能化，减少人为监控存在的问题。通过这一系统所衍生的核心技术就是管控一体化技术。该核心技术重在“一体化”，结合了网络技术和计算机技术实现了生产过程的智能控制。与人工监控相比，该技术实现了生产过程中的不间断控制，同时融入通信技术、过程控制技术及4C技术，为实现电厂规模化运营和发展提供了重要的技术保障。安全第一，预防为主。火电厂涉及多个大型设备，如果不注意安全，一旦发生事故，后果不堪设想。4C技术就是为了有效预防事故的产生，提升系统安全指数。此外，4C技术还能提供数据作为参考依据，从而使集控运行更加科学合理，进而提高生产效率。

六、加强电厂集控运行的控制模式

1、分级阶梯控制。分级阶梯控制是一种集中控制外的单独控制，二者并不矛盾。该结构属于阶梯型分层结构，能把所有的监控科学合理地分成不同的层次，这样工作时就不会出现互相干扰的现象，各司其职，从而共同完成火电厂集控运行。

2、分散控制。分散控制与集中控制有着本质的区别，主要是针对各发电机组实行分层控制，这样就会减少事故集中发生的概率，从而降低控制难度。分散控制实现了对发动机机组的单独控制，进而改变了传统发电机组控制存在的问题。

七、电厂汽轮机运行效率优化

1、回热加热器的优化。蓄热式加热器火电机组的正常运行起着重要作用，新系统的效率高于原系统。在优化涡轮机的所有水平上，蒸汽提取的能量水平存在差异。在这种情况下，只要抽取蒸汽的压力较高，当改进的抽取蒸汽返回涡轮机时，将会做更多的工作。能力就越强，能级也就会越高。汽轮机的回热系统可增强抽汽在汽油机内的做功效率，其影响主要表现在加热器的上端差、下端差和抽汽压损的变化上。新型优化系统可以是涡轮的更优化运行，因它具有合理的运行范围，端差尽可能接近设计值。

2、汽轮机启停问题的优化措施。在实际工作中可明显看出，汽轮机频繁的启动或停机会导致大量能量的损失，而且还会对汽轮机的寿命产生不良影响，所以优化汽轮机启停问题对提高汽轮机效率十分重要。例如：某发电厂火电机组汽轮机啟动方式为高中压缸联合启动，具体表现为首先锅炉点火并进行相应暖管工作，蒸汽参数达到冲转参数后驱动汽轮机转子升速，进行升速暖机，机组定速后发电机并列带动负荷。然而在长期工作经验和研究中发现，通过传统启动方式启动汽轮机时，容易导致高压缸排汽温度过高的情况。而为降低其排气温度，可启动汽轮机时调低再热蒸汽压力至0.5 MPa以下，该操作会帮助高压缸排汽逆止门适当地提前开启，增加进入高压缸内的汽流量，从而将排气温度控制在合理范围内，实现汽温与缸温的最优匹配，从而缩短机组启动时间，减少工质的损失，提高经济性。汽轮机停机方法有两种，分别是额定参数停机与滑参数停机，两种方式相比较可发现，滑参数停机法具有更明显的优势，该方法一方面能显著增加汽轮机工作效率，另一方面还能尽早使用锅炉机组的余热发电，加速降低机组其他部件的温度，这样能有效减少能量的损失。

3、优化汽轮机的机组和循环水泵。首先要优化汽轮机的辅机设备，汽轮机的正常运作，离不开机组各部分的相互协调，只有各种辅助机器设备性能完好，才能整体提高汽轮机的发电效率。因此，对汽轮机机组辅助设备进行优化，在一定程度上可达到节约能耗、提高运行效率的目的。其次，要注重对循环水泵的优化设计。机组长时间在负荷的情况下工作和冷却水温度不变时，循环水的流量发生改变会影响到凝汽器压力的改变，从而导致循环水泵的功能受损。循环水量的变化与凝汽器压力的变化成反向变化，当水量增大时，凝汽器压力变小，导致机组的出力增大，从而水泵的功耗也会增大。但水泵的功耗会与机组的出力相抵消，从而使凝汽器压力值成为二者相抵消的差值。所以当凝汽器处于最佳压力状态时，循环水泵的运行状况也最好。

4、对汽轮机组进行管理和维护优化。保证汽轮机组正常有效运行的重要步骤就是进行科学合理的维护和管理。在汽轮机工作启动前，要对各个部件，系统设备进行严谨仔细的安全检查和隐患排除工作。特别是对高压设备的维护和检查，对高压管道进行及时的清理.维护良好的传热效率，从而减少不必要的能源损耗。

5、轴封系统的优化。汽轮机的轴端汽封又名汽轮机轴封，其作用是避免外界空气进入汽轮机，也防止高温高压的蒸汽泄漏到外面，减小蒸汽泄漏量，然后减小化学补水量和避免高能位的工作介质向低能位活动。作为汽轮机必备部件，汽轮机的轴封漏汽丢失约占内部丢失的1/3左右。近年来，随着汽轮机密封技术的不断发展，汽轮机运行的安全可靠性和机组热功率都得到了相应改进，能有效提高机组热功率，减小燃料耗量，进而改进电厂的经济性。

综上所述，随着能源需求逐步提升，火电厂在电能供应中的作用越发明显。火电厂设备众多，传统控制方式主要以单独控制为主，对电机、锅炉和汽轮机进行分开控制。这样的控制方式不但会耗费大量的人力物力，而且控制效率低下。而电厂集控运行模式虽具有诸多优势，但若没有积极做好相关的运维管理及运行优化工作，电厂集控运行也容易出现各类问题，所以，只有真正明确了电厂集控运行的目标，并总结电厂集控运行的策略，才能保证电厂集控运行中汽轮机发挥出应有的功效，从而提高电厂集控运行的整体效率和质量。

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（作者单位：神华国能宁夏煤电有限公司）