汽轮机节能优化措施分析

邓进

摘   要：电力行业内部竞争越来越激烈，煤价高企，火电厂成本随之增加，运营面临巨大挑战。对三大主机设备之一的汽轮机来说，通过对汽轮机采取切实可行的节能优化措施，积极落实节能减排基本国策，使其以最小的能耗安全、稳定地运行。文章对此进行了分析。

关键词：汽轮机;节能;降耗增效

南京华润热电有限公司二期设计、安装亚临界330 MW汽轮发电机组两台（电厂编号：#3，#4）。汽轮机为上汽厂制造的亚临界、单轴、双缸双排汽、一次中间再热凝汽式汽轮机。投产以来，机组运行稳定，并通过辅机变频器改造、汽轮机调节级喷嘴改造、汽封改造、调节汽门阀序、流量特性优化等節能优化措施，纯凝工况供电煤耗得到显著降低。

1    降低辅机单耗

（1）高压变频器随着制造技术不断的提高、造价的降低，在电厂中得到普遍应用。南京华润热电有限公司机侧辅机闭冷泵、凝泵采用高压变频器改造，均为一台变频、一台工频备用。采用变频器后，凝泵、闭冷泵电流大大降低。变频器改造除了降低电流，还改善了辅机启动性能、降低了对厂用电网的冲击。辅机根据各自负载特性调整转速以适应压力、流量等参数的要求，实现精准控制，避免采用阀门控制，使能量损失在阀门和挡板上，具有明显的节能特性。

经过几年的经验积累和探索，综合考虑变频器故障率，凝泵、闭冷泵变频器改造所产生的节能效果显著。机侧辅机单耗凝泵由原来的0.19%降至0.14%，闭冷泵由原来的0.06%降至0.03%。由此可见，应用高压变频器、变频调节取代传统节流调节的方式，是电厂节能降耗的一个重要技术手段。

（2）循泵耗电量在厂用电中占较大比重。南京华润热电有限公司现#3，#4机组共有4台循泵，循环水母管可联络运行，其中，#6循泵可高、低速切换。两台机组运?时，循环?运?方式优化为：冬季?况?温<12 ℃时，循泵?台?速、?台低速运?;?温12～18 ℃时，两台循泵高速运行，真空≮﹣95 KPa;春秋季?况：?温18～24 ℃时，要求循泵两台?速、?台低速运?;?温24 ～28 ℃时，要求循泵3台高速运行，真空≮﹣93 KPa;夏季?况：?温>28 ℃时，要求循泵3台高速、?台低速运?，同时，机组平均负荷应>250 MW。

南京华润热电有限公司在不影响最佳真空度的情况下，积极做好降低循泵单耗，取得了一定效果，达到了同类电厂中较好水平。

（3）低压电机方面，南京华润热电有限公司采用高效节能电机。针对机侧水泵因规格限制、初始选型不合理等造成效率偏低、能耗偏高的状况，综合分析切割叶轮叶片对水泵效率的影响，通过对定冷水泵等切割叶轮叶片调节水泵性能，达到节能目的，并明确了此法的使用界限及范围。

2    调节级喷嘴改造（含缸面增设密封键）

南京华润热电有限公司汽轮机属于反动式汽轮机，喷嘴组改造主要采用优化喷嘴流道、优化通流面积、调整喷嘴和动叶盖度、提高喷嘴组材质、优化结构设计、汽封片重新镶嵌、在喷嘴中分面处加装密封键等措施，在不改变高压缸调节级喷嘴组的外形结构、叶片数的情况下，达到提高整机效率和喷嘴运行的安全性、可靠性的目的。

2.1  优化喷嘴流道和通流面积

采用拥有自主知识产权的喷嘴组型线优化喷嘴组叶片，改善调节级动、静叶片气动载荷分布，减少叶栅通道二次流损失;优化子午面收缩型线及通道收缩比，降低静叶通道前段的负荷，减少叶栅的二次流损失。

汽轮机原设计的高压喷嘴组节径1 028.96 mm、名义流通面积234.667 4 cm2，根据动叶节径实际测量值重新设计、确定高压喷嘴组节径，根据实际计算、以往改造经验及热工院可以调整的通流面积，在保证整机性能及锅炉最大蒸发量下，减小阀门节流损失、提高轮周效率和调节级运行效率。通过改造将调节级喷嘴从234.67 cm2缩小至200 cm2，既保证了机组原通流能力不变，又减少了调节汽门的节流损失，高压缸缸效显著提高，使发电煤耗下降约1.8 g/kWh。

2.2  增强喷嘴组材质

喷嘴组材质采用1Cr12W1MoV，提高喷嘴组的机械性能和使用寿命。

2.3  汽封片重新镶嵌

调节级汽封片重新镶嵌，将新阻汽片装入隔板套后，沿隔板套内圆弧阻汽片两侧采用专用工具进行满胀，以保证阻汽片的外圆弧与隔板套槽道底面紧密接触。汽封间隙保持（0.80±0.05）mm，揭缸后结合复测间隙值等因素最终确定调整间隙。

2.4  中分面加装密封键

在喷嘴组中分面加装门型键，材质15CrMoA;在高、中、低压缸静叶持环中分面加装密封键;在平衡活塞中分面加装密封键减少中分面漏汽。在低压内缸加工密封槽（槽深≮5 mm，宽度≮12 mm，加工精度Ra6.3）加装复合材料密封条，减少密分面漏汽，有效减少5，6抽处漏汽量，从而降低5，6抽处温度，提高5，6抽效率，降低机组热耗。

3    高中压缸汽封改造

汽封改造根据汽封所处位置按热力特性要求，将汽轮机过桥汽封、中压缸隔板汽封等23圈传统汽封改造为布莱登汽封，并对各段汽封进行弹簧配套和汽封圈加工。

改造后汽封能适应机组频繁启停，随进汽量汽封径向间隙自行调整。机组启动在进汽量为3%～30%额定进汽量时，汽封逐级关闭;正常运行时（40%及以上额定负荷运行），间隙减至工作间隙。停机时，进汽量减至2%额定进汽量左右时，汽封全部张开，张开间隙为（2.0±0.2）mm，工作间隙为（0.30±0.05）mm，汽封间隙采用螺旋式弹簧参与调整。

高中压缸超标叶顶汽封采用机加工汽封块背弧的方法进行汽封间隙调整，径向间隙调整至（0.70±0.05）mm，揭缸后结合复测间隙值等因素最终确定调整间隙。低压正反向2—7级隔板汽封、低压正反向1—4级叶顶围带汽封径向间隙调整至设计间隙，揭缸后结合复测间隙值等因素最终确定调整间隙。

4    系统疏水阀门的治理

通过热力系统优化，减少疏放水、放汽系统阀门约50只;对主汽疏水进行改造，采用双疏水阀控制优化，解决了疏水阀门长期泄漏的问题。改造后漏气损失大大减小，降低煤耗约1.5 g/kWh。

5    结语

通过一系列节能优化措施，南京华润热电有限公司330 MW 汽轮发电机组纯凝工况供电煤耗从改造前的315.83 g/kWh降至改造后的310.35 g/kWh，下降约5.48 g/kWh，其中，汽机节能综合升级改造下降煤耗约3.5 g/kWh，年节省标煤约5 600 t。

目前，南京华润热电有限公司机组能耗水平与同类型企业相比仍有一定差距，通过技术管理进一步降低发电成本，提高机组热效率，是南京华润热电有限公司今后节能降耗的重点工作。