王偉

【摘 ?要】隨著市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和各行各業(yè)的日新月異變化，對電能的需求越來越大。這對電廠規(guī)模提出更高要求的同時(shí)，也對汽輪機(jī)的運(yùn)行提出了更高的要求。本文重點(diǎn)探討了電廠集控運(yùn)行汽輪機(jī)運(yùn)行的優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】電廠集控運(yùn)行;汽輪機(jī)運(yùn)行;優(yōu)化措施

目前，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源的需求量較大，我國電力行業(yè)應(yīng)不斷提高自身發(fā)電能力及效率。各電廠應(yīng)優(yōu)化和創(chuàng)新汽輪機(jī)配汽方式、汽輪機(jī)啟停等，從而使汽輪機(jī)能高效運(yùn)行。這不但延長了汽輪機(jī)的使用壽命，降低了安全隱患，而且提高了發(fā)電效率，提高了電廠的經(jīng)濟(jì)效益，緩解了我國電力資源供需矛盾，從而為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與人們生產(chǎn)生活提供良好的支持及保障。

一、電廠汽輪機(jī)工作原理

汽輪機(jī)的動力是蒸汽動力，其主要應(yīng)用在火力發(fā)電廠。汽輪機(jī)具有壽命長、效率高、功率大的優(yōu)點(diǎn)。汽輪機(jī)主要由聯(lián)軸器、動葉片、葉輪、主軸、隔板和氣缸等組成。汽輪機(jī)的種類很多，其根據(jù)氣缸數(shù)量、用途、熱力能力、工作原理和構(gòu)造不同分為多類。汽輪機(jī)的用途多為船用汽輪機(jī)、工業(yè)汽輪機(jī)、電站汽輪機(jī)等。汽輪機(jī)具有流量大、高效、連續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，其功率比復(fù)式蒸汽機(jī)功率大。

1、沖動原理。沖動原理是通過蒸汽噴嘴中的蒸汽經(jīng)過動葉氣道時(shí)改變方向，使其作用于汽輪機(jī)葉片，讓葉輪轉(zhuǎn)動.進(jìn)而讓熱能轉(zhuǎn)化成機(jī)械動能。而發(fā)動原理則是汽輪機(jī)中的蒸汽作用于汽輪機(jī)葉片，形成氣道內(nèi)膨脹并且不斷地加速葉片轉(zhuǎn)動，從而使葉片旋轉(zhuǎn)做功。

2、反動作用原理。汽輪機(jī)在運(yùn)行工作的過程中，氣道內(nèi)蒸汽會加速膨脹，強(qiáng)大的氣流對動葉片產(chǎn)生強(qiáng)大的反動力，進(jìn)而推動葉輪做出機(jī)械功。在沖動原理的作用下，動葉氣道內(nèi)的氣流主要是發(fā)生方向上的改變，不會出現(xiàn)膨脹加速的情況;但在反動作用原理下氣流既會發(fā)生方向上的改變也會進(jìn)行膨脹加速。汽輪機(jī)根據(jù)它本身的工作原理將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，在整個工作運(yùn)行中，蒸汽在噴嘴中發(fā)生膨脹、降低壓力，從而增加速度。

二、集控運(yùn)行概念

火電廠中傳統(tǒng)的控制方式以單元控制方式為主，對發(fā)電設(shè)備實(shí)施控制。這種方法在技術(shù)領(lǐng)域存在較大局限，不能保證發(fā)電設(shè)備的統(tǒng)籌形式。在技術(shù)不斷進(jìn)步和發(fā)展下，自動化系統(tǒng)已經(jīng)不斷實(shí)現(xiàn)，如：以DC S鍋爐汽機(jī)自動化控制系統(tǒng)、DEH汽輪機(jī)電液控制系統(tǒng)等，提高了火電廠在運(yùn)行期間的控制方式。所以集成運(yùn)行實(shí)現(xiàn)了多種控制系統(tǒng)的整合，以DCS為主要控制系統(tǒng)，將DEH、電力保護(hù)及車間輔控等系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，從而在火電廠生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)上實(shí)現(xiàn)集中控制，實(shí)現(xiàn)了火電廠在運(yùn)行期間的高效性、穩(wěn)定性及安全運(yùn)行模式。

三、集控系統(tǒng)需求

1、在電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大形勢下，它能提高電站的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)自動化控制模式。

2、能對火電廠中的生產(chǎn)流程、生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行集中控制，在整個平臺建設(shè)中，方便工作人員對電網(wǎng)負(fù)荷的預(yù)測，如果工作人員發(fā)現(xiàn)問題，還能及時(shí)對事故進(jìn)行處理，從而提升實(shí)際的工作效率。

3、它能對火電廠中的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行集中控制，在多對一控制模式下，根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備實(shí)際的運(yùn)行狀況，能對設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)行期間的工作效率。在集控系統(tǒng)中，操作人員能根據(jù)具體情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而對發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行具有較大積極性。

4、集控系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)能保持完整、統(tǒng)一性，在二次變電設(shè)備不斷完善下，由于信息量產(chǎn)生的比較大，在自動化系統(tǒng)發(fā)展中，它能對相關(guān)信息進(jìn)行采集，利用完善的系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)控。所以在集控系統(tǒng)與調(diào)度系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行下，不僅能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化改造方式，也能減少實(shí)際的運(yùn)行成本。

四、電廠汽輪機(jī)的常見問題

1、汽輪機(jī)的啟停問題。汽輪機(jī)的啟停，其主要是通過轉(zhuǎn)子應(yīng)力的變化來實(shí)現(xiàn)啟停過程，而在其正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，會使轉(zhuǎn)子表面的蒸汽參數(shù)出現(xiàn)升降的變化，轉(zhuǎn)子內(nèi)部是比較不穩(wěn)定的溫度場，因?yàn)闀L時(shí)間正坐在高溫和高壓的情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，一旦參數(shù)設(shè)置出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致在啟停過程中對設(shè)備損耗較大，久而久之就會降低汽輪機(jī)的工作效率，并縮短其工作的年限。

2、汽輪機(jī)的機(jī)組能力問題。汽輪機(jī)的汽閥是影響汽輪機(jī)能耗的主要原因。汽輪機(jī)的氣閥分為兩種，單閥調(diào)節(jié)和順序閥調(diào)節(jié)。單閥調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)是由汽輪機(jī)

的蒸汽參數(shù)來直接調(diào)節(jié)和控制;順序閥的調(diào)節(jié)是由汽輪機(jī)的噴嘴來控制。但在汽輪機(jī)運(yùn)行的過程中，單閥調(diào)節(jié)和順序閥調(diào)節(jié)都只能在氣閥壓力較小時(shí)才能運(yùn)行;當(dāng)氣閥壓力較大時(shí)，容易造成外缸變形和噴嘴變形，密封性和部分機(jī)組能力都會損失，造成的后果就是汽輪機(jī)機(jī)組耗能增大。

3、汽輪機(jī)的配汽方式問題。目前汽輪機(jī)的主要配汽方式是復(fù)合型配汽方式。在汽輪機(jī)工作的過程中，不同的階段需要不同的方式來運(yùn)行汽輪機(jī)。在汽輪機(jī)的啟動階段或低負(fù)荷階段，只需要通過單閥的方式來使汽輪機(jī)運(yùn)行，但低負(fù)荷階段的運(yùn)作效率不高，也會造成耗能損失嚴(yán)重。在高負(fù)荷階段，可通過順序閥的方式讓汽輪機(jī)運(yùn)行，其運(yùn)行效率也較高。

4、電廠汽輪機(jī)輸水系統(tǒng)的問題。電廠汽輪機(jī)輸水系統(tǒng)的問題也是電廠汽輪機(jī)中的常見問題。疏水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，運(yùn)行中容易出現(xiàn)問題，且管理起來也很麻煩。汽輪機(jī)輸水管道的閥門很容易產(chǎn)生泄漏，高溫蒸汽遇到凝汽器，就會影響凝汽器的正常運(yùn)行，降低汽輪機(jī)資源的利用率。另外，擴(kuò)容器和疏水管之間的溫差也容易導(dǎo)致管道發(fā)生破裂，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

五、火電廠集控運(yùn)行的核心技術(shù)

實(shí)現(xiàn)電廠集控運(yùn)行自動化，離不開高超的技術(shù)作保障。集散控制系統(tǒng)就是負(fù)責(zé)火電廠集控運(yùn)行的系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅智能先進(jìn)，綜合性極強(qiáng)，還十分新穎。配備集散控制系統(tǒng)的電廠需要具備很高的自動化生產(chǎn)水平，由此可見，集散控制系統(tǒng)的運(yùn)用需要電廠有雄厚的技術(shù)支撐。傳統(tǒng)電廠的控制技術(shù)比較單一，已經(jīng)逐漸不再適合現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展。集散控制系統(tǒng)一改傳統(tǒng)單獨(dú)控制技術(shù)的模式和弊端，以更加先進(jìn)的控制方式對設(shè)備進(jìn)行集中控制和管理，實(shí)現(xiàn)了管理的自動化和智能化，減少人為監(jiān)控存在的問題。通過這一系統(tǒng)所衍生的核心技術(shù)就是管控一體化技術(shù)。該核心技術(shù)重在“一體化”，結(jié)合了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程的智能控制。與人工監(jiān)控相比，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過程中的不間斷控制，同時(shí)融入通信技術(shù)、過程控制技術(shù)及4C技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)電廠規(guī)模化運(yùn)營和發(fā)展提供了重要的技術(shù)保障。安全第一，預(yù)防為主。火電廠涉及多個大型設(shè)備，如果不注意安全，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。4C技術(shù)就是為了有效預(yù)防事故的產(chǎn)生，提升系統(tǒng)安全指數(shù)。此外，4C技術(shù)還能提供數(shù)據(jù)作為參考依據(jù)，從而使集控運(yùn)行更加科學(xué)合理，進(jìn)而提高生產(chǎn)效率。

六、加強(qiáng)電廠集控運(yùn)行的控制模式

1、分級階梯控制。分級階梯控制是一種集中控制外的單獨(dú)控制，二者并不矛盾。該結(jié)構(gòu)屬于階梯型分層結(jié)構(gòu)，能把所有的監(jiān)控科學(xué)合理地分成不同的層次，這樣工作時(shí)就不會出現(xiàn)互相干擾的現(xiàn)象，各司其職，從而共同完成火電廠集控運(yùn)行。

2、分散控制。分散控制與集中控制有著本質(zhì)的區(qū)別，主要是針對各發(fā)電機(jī)組實(shí)行分層控制，這樣就會減少事故集中發(fā)生的概率，從而降低控制難度。分散控制實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)機(jī)組的單獨(dú)控制，進(jìn)而改變了傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組控制存在的問題。

七、電廠汽輪機(jī)運(yùn)行效率優(yōu)化

1、回?zé)峒訜崞鞯膬?yōu)化。蓄熱式加熱器火電機(jī)組的正常運(yùn)行起著重要作用，新系統(tǒng)的效率高于原系統(tǒng)。在優(yōu)化渦輪機(jī)的所有水平上，蒸汽提取的能量水平存在差異。在這種情況下，只要抽取蒸汽的壓力較高，當(dāng)改進(jìn)的抽取蒸汽返回渦輪機(jī)時(shí)，將會做更多的工作。能力就越強(qiáng)，能級也就會越高。汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)可增強(qiáng)抽汽在汽油機(jī)內(nèi)的做功效率，其影響主要表現(xiàn)在加熱器的上端差、下端差和抽汽壓損的變化上。新型優(yōu)化系統(tǒng)可以是渦輪的更優(yōu)化運(yùn)行，因它具有合理的運(yùn)行范圍，端差盡可能接近設(shè)計(jì)值。

2、汽輪機(jī)啟停問題的優(yōu)化措施。在實(shí)際工作中可明顯看出，汽輪機(jī)頻繁的啟動或停機(jī)會導(dǎo)致大量能量的損失，而且還會對汽輪機(jī)的壽命產(chǎn)生不良影響，所以優(yōu)化汽輪機(jī)啟停問題對提高汽輪機(jī)效率十分重要。例如：某發(fā)電廠火電機(jī)組汽輪機(jī)啟動方式為高中壓缸聯(lián)合啟動，具體表現(xiàn)為首先鍋爐點(diǎn)火并進(jìn)行相應(yīng)暖管工作，蒸汽參數(shù)達(dá)到?jīng)_轉(zhuǎn)參數(shù)后驅(qū)動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子升速，進(jìn)行升速暖機(jī)，機(jī)組定速后發(fā)電機(jī)并列帶動負(fù)荷。然而在長期工作經(jīng)驗(yàn)和研究中發(fā)現(xiàn)，通過傳統(tǒng)啟動方式啟動汽輪機(jī)時(shí)，容易導(dǎo)致高壓缸排汽溫度過高的情況。而為降低其排氣溫度，可啟動汽輪機(jī)時(shí)調(diào)低再熱蒸汽壓力至0.5 MPa以下，該操作會幫助高壓缸排汽逆止門適當(dāng)?shù)靥崆伴_啟，增加進(jìn)入高壓缸內(nèi)的汽流量，從而將排氣溫度控制在合理范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)汽溫與缸溫的最優(yōu)匹配，從而縮短機(jī)組啟動時(shí)間，減少工質(zhì)的損失，提高經(jīng)濟(jì)性。汽輪機(jī)停機(jī)方法有兩種，分別是額定參數(shù)停機(jī)與滑參數(shù)停機(jī)，兩種方式相比較可發(fā)現(xiàn)，滑參數(shù)停機(jī)法具有更明顯的優(yōu)勢，該方法一方面能顯著增加汽輪機(jī)工作效率，另一方面還能盡早使用鍋爐機(jī)組的余熱發(fā)電，加速降低機(jī)組其他部件的溫度，這樣能有效減少能量的損失。

3、優(yōu)化汽輪機(jī)的機(jī)組和循環(huán)水泵。首先要優(yōu)化汽輪機(jī)的輔機(jī)設(shè)備，汽輪機(jī)的正常運(yùn)作，離不開機(jī)組各部分的相互協(xié)調(diào)，只有各種輔助機(jī)器設(shè)備性能完好，才能整體提高汽輪機(jī)的發(fā)電效率。因此，對汽輪機(jī)機(jī)組輔助設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化，在一定程度上可達(dá)到節(jié)約能耗、提高運(yùn)行效率的目的。其次，要注重對循環(huán)水泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)組長時(shí)間在負(fù)荷的情況下工作和冷卻水溫度不變時(shí)，循環(huán)水的流量發(fā)生改變會影響到凝汽器壓力的改變，從而導(dǎo)致循環(huán)水泵的功能受損。循環(huán)水量的變化與凝汽器壓力的變化成反向變化，當(dāng)水量增大時(shí)，凝汽器壓力變小，導(dǎo)致機(jī)組的出力增大，從而水泵的功耗也會增大。但水泵的功耗會與機(jī)組的出力相抵消，從而使凝汽器壓力值成為二者相抵消的差值。所以當(dāng)凝汽器處于最佳壓力狀態(tài)時(shí)，循環(huán)水泵的運(yùn)行狀況也最好。

4、對汽輪機(jī)組進(jìn)行管理和維護(hù)優(yōu)化。保證汽輪機(jī)組正常有效運(yùn)行的重要步驟就是進(jìn)行科學(xué)合理的維護(hù)和管理。在汽輪機(jī)工作啟動前，要對各個部件，系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)仔細(xì)的安全檢查和隱患排除工作。特別是對高壓設(shè)備的維護(hù)和檢查，對高壓管道進(jìn)行及時(shí)的清理.維護(hù)良好的傳熱效率，從而減少不必要的能源損耗。

5、軸封系統(tǒng)的優(yōu)化。汽輪機(jī)的軸端汽封又名汽輪機(jī)軸封，其作用是避免外界空氣進(jìn)入汽輪機(jī)，也防止高溫高壓的蒸汽泄漏到外面，減小蒸汽泄漏量，然后減小化學(xué)補(bǔ)水量和避免高能位的工作介質(zhì)向低能位活動。作為汽輪機(jī)必備部件，汽輪機(jī)的軸封漏汽丟失約占內(nèi)部丟失的1/3左右。近年來，隨著汽輪機(jī)密封技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機(jī)運(yùn)行的安全可靠性和機(jī)組熱功率都得到了相應(yīng)改進(jìn)，能有效提高機(jī)組熱功率，減小燃料耗量，進(jìn)而改進(jìn)電廠的經(jīng)濟(jì)性。

綜上所述，隨著能源需求逐步提升，火電廠在電能供應(yīng)中的作用越發(fā)明顯?；痣姀S設(shè)備眾多，傳統(tǒng)控制方式主要以單獨(dú)控制為主，對電機(jī)、鍋爐和汽輪機(jī)進(jìn)行分開控制。這樣的控制方式不但會耗費(fèi)大量的人力物力，而且控制效率低下。而電廠集控運(yùn)行模式雖具有諸多優(yōu)勢，但若沒有積極做好相關(guān)的運(yùn)維管理及運(yùn)行優(yōu)化工作，電廠集控運(yùn)行也容易出現(xiàn)各類問題，所以，只有真正明確了電廠集控運(yùn)行的目標(biāo)，并總結(jié)電廠集控運(yùn)行的策略，才能保證電廠集控運(yùn)行中汽輪機(jī)發(fā)揮出應(yīng)有的功效，從而提高電廠集控運(yùn)行的整體效率和質(zhì)量。

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（作者單位：神華國能寧夏煤電有限公司）