劉明利 鄒鑫磊 南山集團(tuán)有限公司

引言：近年來(lái)，我國(guó)用電量持續(xù)增加，對(duì)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整提出了更高的要求，汽輪機(jī)是電廠(chǎng)集控運(yùn)行的主要設(shè)備，其運(yùn)行效率對(duì)電廠(chǎng)發(fā)電量有重要影響。通過(guò)優(yōu)化汽輪機(jī)運(yùn)行效率，可節(jié)約資源消耗量，提升電廠(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益?；诖耍疚慕Y(jié)合理論實(shí)踐，對(duì)電廠(chǎng)集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施做了如下分析。

1 、汽輪機(jī)工作原理

1.1 沖動(dòng)作用原理

電廠(chǎng)汽輪機(jī)沖動(dòng)作用原理圖如圖1所示：

圖1 電廠(chǎng)汽輪機(jī)沖動(dòng)作用原理圖

蒸汽以相對(duì)速度w1進(jìn)入動(dòng)葉通道時(shí)，會(huì)受到動(dòng)葉阻礙，從而降低蒸汽流動(dòng)速度，其氣流方向不變的情況下，以相對(duì)速度w2流出動(dòng)葉通道。在通道中蒸汽會(huì)對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生一個(gè)輪周方向的沖動(dòng)力F1，F(xiàn)1對(duì)動(dòng)葉做的功促使動(dòng)葉轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.2 反動(dòng)作用原理

電廠(chǎng)汽輪機(jī)反動(dòng)作用原理圖如圖2所示：

圖2 電廠(chǎng)汽輪機(jī)反動(dòng)作用原理圖

蒸汽在動(dòng)葉汽到內(nèi)部膨脹時(shí)會(huì)對(duì)動(dòng)葉產(chǎn)生一個(gè)作用力，根據(jù)動(dòng)量守恒定律：一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力之和為零，這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變。當(dāng)蒸汽從容器加速流出時(shí)，必然會(huì)對(duì)容器產(chǎn)生一個(gè)和蒸汽流動(dòng)方向相反的力。這個(gè)力就汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的反動(dòng)力。其基本特點(diǎn)是：蒸汽在動(dòng)葉流道中運(yùn)行時(shí)，不但要改變流動(dòng)方向，而且還要發(fā)生膨脹加速，這一點(diǎn)也導(dǎo)致汽輪機(jī)在運(yùn)行中，從結(jié)構(gòu)上看動(dòng)葉通道處于一個(gè)逐漸收縮的主要原因。

2 、目前影響汽輪機(jī)運(yùn)行效率的主要因素

2.1 配汽方式欠缺合理性

目前電廠(chǎng)汽輪機(jī)中應(yīng)用的主要配汽方式是復(fù)合型配汽，這就導(dǎo)致汽輪機(jī)在不同的運(yùn)行階段，需要采用不同的運(yùn)行方式。比如：在高負(fù)荷階段，需要通過(guò)調(diào)節(jié)順序閥的方法進(jìn)行穩(wěn)定運(yùn)行。但在低負(fù)荷階段，需要通過(guò)調(diào)節(jié)單閥的方法進(jìn)行運(yùn)行，其運(yùn)行效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于高負(fù)荷階段的運(yùn)行效率，導(dǎo)致大量能量被無(wú)故浪費(fèi)。

2.2 啟停損耗比較大

目前各大電廠(chǎng)中汽輪機(jī)主要通過(guò)改變轉(zhuǎn)子應(yīng)力的方法實(shí)現(xiàn)啟停，汽輪機(jī)在正常運(yùn)行是，轉(zhuǎn)子表面的蒸汽參數(shù)處于時(shí)刻變化的狀態(tài)，使得轉(zhuǎn)子處于一個(gè)時(shí)刻動(dòng)蕩的溫度場(chǎng)中。如果蒸汽參數(shù)配置發(fā)生問(wèn)題，則汽輪機(jī)在啟停過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)消耗大量能量，不但會(huì)影響汽輪機(jī)的工作效率，而且會(huì)就降低汽輪機(jī)的使用年限。

2.3 汽閥調(diào)節(jié)設(shè)置不合理

大量實(shí)例表明，汽輪機(jī)在運(yùn)行中，汽閥是耗能最大的結(jié)構(gòu)之一，根據(jù)應(yīng)用階段不同，汽閥調(diào)節(jié)方式有兩種，一種是單閥調(diào)節(jié)；另一種是順序閥調(diào)節(jié)。所謂單閥調(diào)節(jié)指的是通過(guò)調(diào)節(jié)汽輪機(jī)中的蒸汽參數(shù)實(shí)現(xiàn)控制。順序閥則是通過(guò)控制蒸汽閥門(mén)開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)和控制。當(dāng)汽閥壓力比較大時(shí)，會(huì)對(duì)順序閥造成一定的損壞，如降低密封效果或者導(dǎo)致順序閥的部分機(jī)組能量損失，從而難以發(fā)揮出應(yīng)有的調(diào)節(jié)作用，增加整個(gè)機(jī)組的耗能量。

2.4 密封水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理

汽輪機(jī)給水泵軸端主要采用迷宮密封的方法進(jìn)行密封沉降量，如果給水泵發(fā)生故障，而出現(xiàn)緊急停機(jī)問(wèn)題，則會(huì)發(fā)生密封水回水不夠流暢問(wèn)題，如果情況嚴(yán)重，還會(huì)發(fā)生油箱進(jìn)水的嚴(yán)重問(wèn)題，從而影響汽輪機(jī)給水泵運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

3 、電廠(chǎng)集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施

3.1 配汽方式優(yōu)化措施

研究表明，復(fù)合型配汽方式只有在額定負(fù)荷下才具有良好的運(yùn)行效率，但汽輪機(jī)運(yùn)行環(huán)境比較復(fù)雜，任何細(xì)微的環(huán)節(jié)控制不當(dāng)，都會(huì)影響負(fù)荷的穩(wěn)定性，因此，難以滿(mǎn)足實(shí)際需求。而采用三閥式配汽方式就可以有效解決這一問(wèn)題，可對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行合理分配，而且對(duì)調(diào)節(jié)級(jí)的要求比較小，不但能提升汽輪機(jī)的運(yùn)行效率，達(dá)到低耗節(jié)能的目的，而且此種配汽方式還具有很強(qiáng)的流通能力，對(duì)提升汽輪機(jī)瞬間轉(zhuǎn)換效率有重要意義。

3.2 啟停過(guò)程的優(yōu)化措施

如果在汽輪機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，采用高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)的方法，啟動(dòng)流程如圖3所示：

圖 3 高中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)流程圖

在點(diǎn)火前汽輪機(jī)中要事先準(zhǔn)備好凝汽器通循環(huán)水、檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)是否良好，確認(rèn)無(wú)誤后才能進(jìn)行點(diǎn)火操作。并做好鍋爐升溫升壓操作， 根據(jù)啟動(dòng)情況，及時(shí)開(kāi)啟旁路。但在具體啟動(dòng)過(guò)程中，高壓氣缸的排汽溫度比較高。為有效降低排汽溫度，節(jié)約能源?？梢栽趩?dòng)前把再熱蒸汽壓力設(shè)定在0.5MPa以下，并及時(shí)打開(kāi)排汽逆止門(mén)，以達(dá)到提升流量的目的，從而降低高壓缸排汽溫度。

在汽輪機(jī)停機(jī)時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)汽量要逐步減少到0，主汽門(mén)也隨之關(guān)閉，各個(gè)零部件的溫度逐步降低到室溫。根據(jù)汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)的不同，有兩種停機(jī)方法可以使用，一種滑參數(shù)停機(jī)，此種停機(jī)方式的優(yōu)點(diǎn)是既能有效提升汽輪機(jī)運(yùn)行效率，還能利用余熱進(jìn)行發(fā)電，停機(jī)時(shí)間比較長(zhǎng)；另一種是額定參數(shù)停機(jī)，可對(duì)各個(gè)部門(mén)進(jìn)行有效降溫，便于零部件的檢修和維護(hù)。

3.3 汽輪機(jī)輔機(jī)優(yōu)化措施

汽輪機(jī)在運(yùn)行中涉及到的輔機(jī)種類(lèi)比較多，因此，提升輔機(jī)運(yùn)行效率和節(jié)能效率，就可以大幅度改善汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。比如：在進(jìn)行循環(huán)水泵優(yōu)化時(shí)，要根據(jù)給水泵變動(dòng)速度和平移泵曲線(xiàn)來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在進(jìn)行調(diào)節(jié)閥控制水流量時(shí)，通過(guò)變速自動(dòng)控制水流調(diào)節(jié)方式就可有效解決的發(fā)電站汽輪機(jī)低負(fù)荷能源損耗問(wèn)題，通過(guò)這種方式，既能提升發(fā)電廠(chǎng)的發(fā)電效率，還能提升經(jīng)濟(jì)效益。

3.4 高壓管道清理優(yōu)化。

如果管道中水溫比較低，則需要通過(guò)添加燃料的方法來(lái)提升水溫此時(shí)，會(huì)造成大量能源浪費(fèi)，也會(huì)排出大量有害氣體污染環(huán)境，熱量損失也比較嚴(yán)重。因此，通過(guò)對(duì)定期清理管道，可以有效的提高熱傳遞的效率，降低熱能的損失，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

4 、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，分析了電廠(chǎng)集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化措施，分析就結(jié)果表明，在我國(guó)能源日益緊張的背景下，電力企業(yè)需要加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化研究力度，可通過(guò)配汽方式優(yōu)化、汽輪機(jī)的啟停優(yōu)化、汽輪機(jī)輔機(jī)優(yōu)化、高壓管道清理優(yōu)化四個(gè)方面來(lái)提升汽輪機(jī)運(yùn)行性效率，促使各項(xiàng)資源得到充分利用。