影响汽轮机经济运行的问题原因分析及处理措施

王军强 鹤壁鹤淇发电有限责任公司

随着我国市场经济不断发展，能源市场的竞争也愈加激烈，热电厂想要提高经营效益、市场竞争力，就必须减少不必要的浪费，降低运营能耗。热电厂在运营中，主要是将化学能转变为电能、热能，在转化过程中会损耗掉大量能耗，节能降耗成为热电厂降低运营成本的关键点，提升能源转换率是热电厂节能的重要手段。汽轮机作为热电厂运营中的重要设备，并且汽轮机作为能源消耗大户，应重点做好汽轮机的节能降耗工作。

一、汽轮机结构形式及工作原理

（一）汽轮机简介

目前，发电厂通过天然气、煤炭等不可再生资源来产生电能。发电的具体过程是通过燃料的燃烧过程来产生较大的热量，而在水的加入后将会产生一定的热蒸汽，这些热蒸汽可以有效地将化学能转化成热能。在高压热蒸汽的作用下，汽轮机将持续运转，这些热能也将转变为机械能，从而形成循环过程，达到更好的汽轮机运转效率。汽轮机使用机械能来转化为电能，而这些电能将被传输到发电厂。现阶段，我国的发电厂包括天然气发电厂、工业废料发电厂、余热发电厂、燃煤发电厂等，而汽轮机主要使用在火力发电厂的发电工作中。汽轮机的基础结构包括低压缸、中压缸和高压缸三个部分。现阶段也有一些汽轮机的设计是将中压缸和高压缸结合在一起。汽轮机同样也包含一些辅助结构或者是系统，如润滑油、给水系统等，所以其结构十分复杂。

（二）工作原理

汽轮机运行可以分为冲动原理与反动作用原理，其中冲动原理主要是利用动叶气道改变蒸汽喷嘴中的蒸汽方向，利用蒸汽推动叶片转动，完成能量转换。反动作原理则是通过汽轮机运行过程中气道内的蒸汽不断膨胀，对叶片形成反动力，推动叶片转动。反动作原理与冲动原理不同的是，其既会改变蒸汽方向，同时蒸汽在气道内也会不断膨胀，因此，汽轮机的运行状态更加稳定，运行效率更高。

二、影响汽轮机经济运行的问题原因分析

（一）汽轮机油系统故障与处理措施

故障分析：在汽轮机运行期间如果油温度过高，超出设定温度后就会出现油溢出现象，导致系统故障。同时由于油温度过高导致油箱冷却水的温度升高，冷却水的水压就会急剧下降，从而导致系统故障。处理措施：首先，检查阀门是否松动，若出现松动情况时需及时将其拧紧；其次，检查内部系统是否堵塞，若出现堵塞情况需及时疏通；最后，检查系统零件是否破损，若出现破损情况需及时更换。

（二）汽轮机的震动异常问题

汽轮机通过转子、主轴联轴器等结构来进行旋转，而在转子转动的过程中会产生一定的震动现象，该震动将会通过结构来传递，使得汽轮机整体发生震动情况。由于机械设备由多个结构联结而成，所以汽轮机的震动现象是正常的，同时也具有一定的震动范围。而汽轮机的震动异常问题所指的就是在其工作过程中，汽轮机的震动频率超过了相应的范围，使得汽轮机各部件加速磨损，进而使得汽轮机提前老化和报废，影响到发电效率以及成本。这是一种汽轮机原本就存在的故障，并不是汽机运行后才引发的，而是原来自身的条件就包含着。首先转子存在设计缺陷导致加工存在偏差，此时也易造成安装偏差，最终导致机组中转子质量偏心的存在。在运行中因动平衡精度不高，只进行低速动平衡时离心力较小，但转子不平衡质量离心力会随着转子转速的提高以转速的平方关系增加。随着转子转速的不断上升直到达到工作转速时，转子的这一离心力要迫使机组振动，从而造成600MW汽轮机振动过大。原始质量不平衡故障特征可总结为：转子振动是与转速同频的强迫振动，在一定转速下振动是比较稳的。定振动幅值随转速及振动理论中的共振曲线规律变换，在临界区达到最大值。

（三）汽轮机叶片问题

汽轮机叶片的故障原因有很多，其中最为常见的原因就是蒸汽的品质问题。其次就是叶片自身的结构和紧固问题。最后，机组运行状态也会对汽轮机叶片产生影响。而机组低压级叶片在实际运行过程中，末级叶片出汽边的水冲蚀损伤已成为影响大机组安全运行的普遍问题，应给予高度重视。出汽边水冲蚀所造成的后果不仅使叶栅的气动性能恶化，级效率降低，还会改变叶片的振动特性，导致机组发生强烈振动，而且可使级效率下降，增加了末级叶片断裂的危险性。当断落的叶片落入凝汽器时，会将凝汽器管束打坏，使凝汽器内循环水漏入凝结水中，还会造成转子失去平衡或摩擦撞击产生剧烈震动。

（四）汽轮机调速系统故障与处理措施

故障分析：汽轮机调速系统主要由阀门、阀杆、阀套等结构构成，这些结构会在一定程度上影响调速系统的运行，当汽轮机经过长时间的运行后，调速系统的阀杆上就产生盐垢，从而增加汽轮机的负荷，导致汽轮机出现磨损引发设备故障。此外，劣质机油也会影响系统润滑性，在严重的情况下会导致系统漏油，从而引起设备卡涩造成系统故障。

三、汽轮机经济运行问题的解决措施

（一）配汽方式优化

汽轮机采用复合型配汽方式，只有当汽轮机处于高负荷状态运行时，才能保持较高的运行效率和较低的能耗，但在汽轮机启动或者低负荷状态运行时，损耗比较大，运行效率不高。针对这种情况，可以考虑采用三阀式配汽方式，这种配汽方式不仅可以有效分担运行负荷，同时对于调节级要求相对较低，节能效果良好。三阀式配汽方式下，无论汽轮机处于高负荷运行状态还是低负荷运行状态，都能实现有效调节，并且三阀式配汽方式流通性能良好，瞬间转换效率较高，可以有效降低能耗。

（二）运行过程优化

汽轮机运行过程的优化需要根据实际运行负荷变化采用“定→滑→定”的方式对汽轮机进行调整，在不同发电负荷下采用不同的运行方式。当处于高负荷状态时，以改变通流面积的喷嘴进行调节；当处于低负荷状态时，采用定压调节，这样可以确保锅炉机组的正常运行。

（三）给水泵优化

目前，给水泵普遍采用定速给水的运行方式，这种方式的缺陷是导致较大节流损失。给水泵的优化需要技术人员根据平移泵曲线以及变动速度设计变速给水的运行方式。相较于定速给水，变速给水的运行方式可以有效解决调节阀控制水流量问题，可以降低汽轮机在低负荷运行状态下的能耗，具有一定的节能效果。

（四）汽轮机机组盘车装置自投困难故障处理

在汽轮机机组运行期间，可采取的处置与防范措施有：参考汽轮机机组润滑油系统使用说明书有关要求，根据电厂实际情况对软启动器相关运行参数进行调节，原启动时间为4.0s，经调节后为6.0～8.0s，原启动电压为40.0%，经调节后为70.0%；在汽轮机机组润滑油系统控制回路中设置旁路按钮，负责跨过软启动部分直接启动。在旁路按钮作用下，一旦发生紧急情况，且具备外部启动条件，可以人工方式挂上盘车并投入运行，对解决因启动力矩不足所致盘车装置自投困难问题有非常重要的意义；在汽轮机机组滑停期间，应当注意对主汽轮机温度以及再热器温度温降速率进行严格控制，一旦监测到温度发生异常改变，需要及时切换至打闸停机状态，这对于预防盘车装置自投困难问题有非常积极的意义。

（五）汽轮机组振动问题应对措施

600MW汽轮机冲转过程中，必须就地严密监视600MW汽轮机转速的变化及机组声音、振动、各轴承温度等变化情况。应确认高压缸通风阀在打开位置，并严密监视高压缸排汽口金属温度变化。冲转升速过程，禁止利用“调节器设定”进行手动方式增减转速。及时调整高低压旁路系统，按启动曲线控制汽温、汽压。及时调整排汽装置热井、除氧器水位，注意轴封压力的变化。冲转过程中禁止在临界转速附近停留，振动超限保护拒动时应立即打闸停机，投入连续盘车，检查大轴弯曲值，待大轴弯曲值回到原始值并检查机组无异常、连续盘车时间足够（应不少于4小时）后方可重新启动。严禁降低转速暖机或强迫升速。在中速暖机前轴承振动不得超过30μm，过临界转速时，轴承振动不得超过80μm，轴振不得超过150μm，当轴承振动达100μm或轴振达250μm时，应紧急打闸停机。

（六）汽轮机运行优化

汽轮机启动时，应根据汽轮机的启动曲线科学选择启动参数，汽轮机启动前会经过预热暖机，因此会增加并网时间，提高了启动时的耗电量，增加了发电成本。因此，启动时可以先开启旁压维持内部压力，之后手动打开真空门。该开启方法可以有效增加蒸汽量，提升暖机运行速度，启动时间也会有所缩短，保证膨胀差值在可控范围内，减少并网周期。汽轮机运行中，应采用“定→滑→定”的方式操作，确保汽轮机在低负荷运行下提高锅炉燃料的燃烧率、水循环效率。还可以控制液偶水栗转速，保证汽轮机组运行效率。“定→滑→定”操作方式可以适应在负荷变化幅度较大的情况下保持汽轮机组运行效率，实现一次性调频控制。通过优化操作方法有助于凝结器的有效控制。

四、结语

综上所述，降低汽轮机运行能耗对提高整个热电厂运行经济效益有着重要意义，其不仅能够提高热电厂能源利用率，还可以降低经营成本以及污染问题。当然，为了进一步加强热电厂的节能降耗性能，除了要对汽轮机进行调整、改造，还应对整个运行系统进行定期维护，在日常工作中不断总结经验，降低能量损耗，保障热电厂运营整体效益。