王 怡

（廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責任公司，廣東 潮州521000）

0 引言

燃煤電廠在國內發(fā)電企業(yè)中占據(jù)相當大的一塊比重，這些電廠的經(jīng)濟運行直接影響到能源的節(jié)約和發(fā)電成本的高低，進而影響到發(fā)電企業(yè)利潤的大小。所以實現(xiàn)燃煤電廠的節(jié)能減排既是環(huán)境保護的要求也是燃煤電廠提高盈利能力的有效途徑。燃煤電廠涉及到的主要設備包括鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、凝汽器、高壓加熱器、除氧器、低壓加熱器以及省煤器等設備。汽輪機是燃煤電廠中將蒸汽的內能轉化為機械能的重要設備， 汽輪機能量的合理利用直接影響到電廠對能源的利用率。提升汽輪機效率，實現(xiàn)汽輪機的節(jié)能降耗具有深刻的現(xiàn)實意義。實現(xiàn)汽輪機的節(jié)能降耗一般可以從三個方面入手： 汽輪機本體的改造、汽輪機冷端優(yōu)化以及汽輪機運行優(yōu)化。

1 汽輪機常見的能源浪費問題

了解汽輪機常見問題是改進汽輪機實現(xiàn)燃煤機組節(jié)能減排的前提，汽輪機能源的浪費一般是由多方面引起的，一方面汽輪機長時間運行難免會發(fā)生一些常見的故障，無法及時處理就會引起汽輪機運行性能的下降甚至引發(fā)安全事故；另一方面即使汽輪機運行正常不存在任何的故障，汽輪機設計不合理不能高效的利用蒸汽的內能將會直接導致能源的浪費，再者汽輪機運行管理不善，使汽輪機長時間處于非正常工況下運行會使汽輪機效率明顯下降，最后引起汽輪機運行效率降低的一個重要因素就是汽輪機冷端溫度和真空的控制，改進汽輪機冷端設備，合理提高凝汽器真空度將實現(xiàn)汽輪機運行效率的提升。

綜上可知，汽輪機的節(jié)能降耗要從多方面入手，發(fā)現(xiàn)汽輪機運行能源浪費過程中的主要矛盾，對癥下藥將對汽輪機節(jié)能降耗起到事半功倍的效果。

2 汽輪機本體改造

目前，國內部分機組的汽輪機在設計建造過程與實際運行中存在一些問題，可以通過一些改進實現(xiàn)其運行性能的提升，當然在改造過程中要結合成本和汽輪機運行性能的提升。汽輪機在設計中常見的問題主要包括如下幾點內容：（1）汽輪機設計不合理，汽輪機機組通流子午面設計不夠光滑，從而造成蒸汽通流過程不必要的能量損失；（2）有些機組的汽輪機葉片仍然采用直葉形葉片， 葉形空氣動力學性能差，葉型損失較大，通過設計和采用先進的彎扭葉形葉片可以大幅度降低因葉形設計不合理而造成的損失，提高機組的運行效率；（3）由于級組設計的不合理性，汽輪機級間焓降的分配不夠合理，級效率低，造成不必要的蒸汽的能量損失，使機組運行性能降低。針對以上問題，本文提出了汽輪機節(jié)能改造的幾點措施和建議：（1）葉片采用全三維設計技術進行流道優(yōu)化分析，并且盡量采用目前較為先進的彎扭葉形作為葉形的設計基礎。采用數(shù)控工藝和設備進行加工，提高加工的精度，降低因葉形設計不合理造成的損失，保證葉片的型線和氣動性能符合設計要求。 （2）取消高壓汽缸法蘭螺栓加熱裝置，采用加厚窄法蘭，既能簡化結構，又使機組起動時操作方便，充分適應調峰運行。前軸承座定中心凸肩由固定式改為可調整式結構。 （3）不改變高壓導汽管以及各抽汽口的位置，不改變原來的回熱系統(tǒng)。 （4）前軸承箱、軸承座安裝位置以及汽缸與前后軸承座的聯(lián)接方式不改變。

3 汽輪機冷端優(yōu)化

所謂的汽輪機冷端優(yōu)化，是對汽輪機凝汽器背壓進行控制，提高汽輪機末端排汽的壓力，從而提高熱力系統(tǒng)整個循環(huán)的效率，降低機組的能耗，達到節(jié)能減排的目的。 本文主要提供了兩種改造方案：（1）真空系統(tǒng)的改造技術。 其實上，在電廠實際運行過程中凝汽器真空的控制對機組的運行是十分重要的一個指標，改造凝汽器優(yōu)化汽輪機的真空系統(tǒng)可以提高機組的運行效率、性能。 真空系統(tǒng)的改造屬于發(fā)電廠的節(jié)能領域中的一項，它主要是針對水環(huán)式真空泵的抽氣系統(tǒng)設計的一項裝置。通過智能的制冷系統(tǒng)，給真空泵提供低溫度的水，從而使真空泵的抽氣效率提高，并同時降低了凝汽器的壓力，通過這種方式提高凝汽器的壓力，獲得節(jié)能的效果。 這首先可以通過低溫的工作水提高凝汽器真空效果，空氣是主要的凝汽器傳熱熱阻來源，凝汽器中空氣量的增加會涉及到不凝結氣體的換熱，從而使換熱性能極具的降低， 所以控制凝汽器中空氣的分壓力可以有效的保證凝器的真空度。要實現(xiàn)對凝汽器中空氣分壓的控制，一方面要適時的檢查真空系統(tǒng)的嚴密性，凝汽器的嚴密性保持的越好就可以盡量減少空氣等不凝結氣體的進入，減少空氣在凝汽器中的分壓；另一方面，要合理提升真空泵的工作效率，增大對空氣的排出量，降低空氣的分壓。 其次，可以將冷端系統(tǒng)的冷源統(tǒng)一協(xié)調，更加合理的控制凝汽器的真空度。 對于某些大型機組來說，凝器系統(tǒng)的真空泵通常不止一臺，所以在多數(shù)真空泵中總會存在開始啟用和停止啟用的狀況。而不同的真空泵之間的負荷和工作水量也不盡相同。如果我們能夠做到冷端系統(tǒng)的冷源統(tǒng)一協(xié)調的話，就可以降低凝汽機的分壓力。最后，可以合理利用廢蒸汽及低品位的熱水。真空系統(tǒng)可以選擇多種方式，比如電力驅動方式、低品位熱水驅動，不過這個要根據(jù)各發(fā)電廠的要求來確定使用哪種方式。 在多個方式中，低品位水驅動效率是最高的，它不僅增加了凝汽機的真空效率，也降低了能源的需求。 （2）設計時采用雙背壓式凝汽器，雙倍壓式凝汽器相對于普通凝器來說有其獨特的優(yōu)勢。 首先對于大容量機組，低壓缸一般設計為多排汽口，這就為制造雙壓式（或者更多壓式）凝汽器創(chuàng)造了條件。其次，在同樣的凝汽器熱負荷下，雙壓凝汽器的折合壓力要低于單壓凝汽器的折合壓力， 因此循環(huán)的熱效率可以提高。就一般而言，多壓凝汽器的氣室數(shù)目越多，折合壓力也就越低。實踐中的結果顯示，當機組采用多壓凝汽器后，凝汽器的效率一般可以提高0.15%～0.25%。

4 汽輪機運行優(yōu)化

汽輪機的閥門調節(jié)一般有兩種方式。 一種為單閥調節(jié)，即通過調整汽輪機蒸汽參數(shù)來進行調節(jié)，這種調節(jié)方式難免在調節(jié)閥門過程中產(chǎn)生節(jié)流損失，造成能量的損失；另一種為順序閥調節(jié)，即通過噴嘴來實現(xiàn)蒸汽閥門的開關，這樣做一個優(yōu)勢就是當一個閥門全開時將不會存在節(jié)流損失，相對于單閥調節(jié)來說可以有效提升機組在非額定工況下的運行效率。 當前汽輪機的配汽方式主要是復合型的配汽方式，這種方式在啟動或者低負荷階段，都可以通過單閥的方式來實現(xiàn)汽輪機的運行，也可以在額定負荷下，通過順序閥來實現(xiàn)汽輪機的配汽運行。但是，這種復合型的配汽方式在高負荷作用時，可以有著相對較高的效率，然而在低負荷作用時，這種配汽方式的弊端逐漸凸顯，即節(jié)流的損失很大。 為了實現(xiàn)汽輪機運行的優(yōu)化，故對汽輪機的配汽方式進行優(yōu)化，實現(xiàn)節(jié)能降耗、提升經(jīng)濟性的目的。

當前運行的汽輪機大多采用復合配汽的方式來實現(xiàn)，汽輪機在較低的負荷作用下啟動時，通常采用的是節(jié)流調節(jié)方式，此時的四個閥門同時啟動，在一定負荷作用時，關閉部分閥門，轉化為順序閥調節(jié)方式。 傳統(tǒng)的復合型配汽方式的最優(yōu)負荷點為90%以上負荷，然而汽輪機在運行過程中，為了有效的提升部分負荷的運行效率，減小閥門調節(jié)方式轉變所帶來的損失， 很多的負荷都是通過滑行參數(shù)來進行控制，即保持閥門開度不變，通過蒸汽壓力來實現(xiàn)負荷的轉變，由于存在瞬間的負荷轉變，為此導致調節(jié)閥門的順序閥調節(jié)方式損失較大。

傳統(tǒng)汽輪機的復合型配汽方式會導致負荷作用改變時，由于蒸汽壓力的轉變，導致瞬間的熱損失較大。 為此將傳統(tǒng)的復合型配汽方式進行優(yōu)化，通過單閥調節(jié)方式向順序閥調節(jié)方式轉變的“兩閥式”運行過程優(yōu)化為單閥式—順序閥式—單閥式的“三閥式”調節(jié)過程。 這種“三閥式”調節(jié)具有以下幾個優(yōu)勢。第一，調節(jié)級強度的優(yōu)化。通過汽輪機配汽方式的轉變，可以實現(xiàn)對負荷作用的有效調節(jié)，為此需要對調節(jié)級強度進行重新校核。 對于“兩閥式”運行方式，由于瞬間的負荷作用相對較大，對調節(jié)級強度的要求相對較大，進而增大對機械的一種負擔，同時提高了能耗。 “三閥式”調節(jié)由于可以有效的適應汽輪機的負荷轉變方式，且需要通過三閥進行負荷的分擔，其調節(jié)效果明顯優(yōu)于“兩閥式”。 且調節(jié)級強度會相對較低，實現(xiàn)能耗的減小。 第二，滑壓運行曲線的優(yōu)化。 三閥的流通能力會明顯高于兩閥，為此“三閥式”方案的最佳運行方式會有所不同。 由于三閥調節(jié)能力的增強，其不同負荷的最佳運行方式將可以實現(xiàn)更加圓滑的轉變，轉變瞬間的能耗會明顯降低。

5 總結

實現(xiàn)燃煤電廠汽輪機的節(jié)能減排是實現(xiàn)燃煤電廠節(jié)能降耗提高其運行經(jīng)濟性的重要途徑和方法，汽輪機屬于燃煤電廠中的大型旋轉設備，了解并熟悉燃煤電廠中常見的能源浪費問題是實現(xiàn)電廠節(jié)能減排的前提。 本文從燃煤電廠汽輪機能源浪費常見問題出發(fā)，從汽輪機本體改造、汽輪機冷端優(yōu)化以及汽輪機運行優(yōu)化三個方面討論了汽輪機節(jié)能降耗的可行措施和方案。本文的分析結果可以為燃煤電廠汽輪機節(jié)能改造提供一些可行的建議。

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