王軍強(qiáng) 鶴壁鶴淇發(fā)電有限責(zé)任公司

隨著我國市場經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，能源市場的競爭也愈加激烈，熱電廠想要提高經(jīng)營效益、市場競爭力，就必須減少不必要的浪費(fèi)，降低運(yùn)營能耗。熱電廠在運(yùn)營中，主要是將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?、熱能，在轉(zhuǎn)化過程中會損耗掉大量能耗，節(jié)能降耗成為熱電廠降低運(yùn)營成本的關(guān)鍵點(diǎn)，提升能源轉(zhuǎn)換率是熱電廠節(jié)能的重要手段。汽輪機(jī)作為熱電廠運(yùn)營中的重要設(shè)備，并且汽輪機(jī)作為能源消耗大戶，應(yīng)重點(diǎn)做好汽輪機(jī)的節(jié)能降耗工作。

一、汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)形式及工作原理

（一）汽輪機(jī)簡介

目前，發(fā)電廠通過天然氣、煤炭等不可再生資源來產(chǎn)生電能。發(fā)電的具體過程是通過燃料的燃燒過程來產(chǎn)生較大的熱量，而在水的加入后將會產(chǎn)生一定的熱蒸汽，這些熱蒸汽可以有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成熱能。在高壓熱蒸汽的作用下，汽輪機(jī)將持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，這些熱能也將轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，從而形成循環(huán)過程，達(dá)到更好的汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率。汽輪機(jī)使用機(jī)械能來轉(zhuǎn)化為電能，而這些電能將被傳輸?shù)桨l(fā)電廠?，F(xiàn)階段，我國的發(fā)電廠包括天然氣發(fā)電廠、工業(yè)廢料發(fā)電廠、余熱發(fā)電廠、燃煤發(fā)電廠等，而汽輪機(jī)主要使用在火力發(fā)電廠的發(fā)電工作中。汽輪機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括低壓缸、中壓缸和高壓缸三個部分。現(xiàn)階段也有一些汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)是將中壓缸和高壓缸結(jié)合在一起。汽輪機(jī)同樣也包含一些輔助結(jié)構(gòu)或者是系統(tǒng)，如潤滑油、給水系統(tǒng)等，所以其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。

（二）工作原理

汽輪機(jī)運(yùn)行可以分為沖動原理與反動作用原理，其中沖動原理主要是利用動葉氣道改變蒸汽噴嘴中的蒸汽方向，利用蒸汽推動葉片轉(zhuǎn)動，完成能量轉(zhuǎn)換。反動作原理則是通過汽輪機(jī)運(yùn)行過程中氣道內(nèi)的蒸汽不斷膨脹，對葉片形成反動力，推動葉片轉(zhuǎn)動。反動作原理與沖動原理不同的是，其既會改變蒸汽方向，同時蒸汽在氣道內(nèi)也會不斷膨脹，因此，汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)更加穩(wěn)定，運(yùn)行效率更高。

二、影響汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題原因分析

（一）汽輪機(jī)油系統(tǒng)故障與處理措施

故障分析：在汽輪機(jī)運(yùn)行期間如果油溫度過高，超出設(shè)定溫度后就會出現(xiàn)油溢出現(xiàn)象，導(dǎo)致系統(tǒng)故障。同時由于油溫度過高導(dǎo)致油箱冷卻水的溫度升高，冷卻水的水壓就會急劇下降，從而導(dǎo)致系統(tǒng)故障。處理措施：首先，檢查閥門是否松動，若出現(xiàn)松動情況時需及時將其擰緊；其次，檢查內(nèi)部系統(tǒng)是否堵塞，若出現(xiàn)堵塞情況需及時疏通；最后，檢查系統(tǒng)零件是否破損，若出現(xiàn)破損情況需及時更換。

（二）汽輪機(jī)的震動異常問題

汽輪機(jī)通過轉(zhuǎn)子、主軸聯(lián)軸器等結(jié)構(gòu)來進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的過程中會產(chǎn)生一定的震動現(xiàn)象，該震動將會通過結(jié)構(gòu)來傳遞，使得汽輪機(jī)整體發(fā)生震動情況。由于機(jī)械設(shè)備由多個結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)而成，所以汽輪機(jī)的震動現(xiàn)象是正常的，同時也具有一定的震動范圍。而汽輪機(jī)的震動異常問題所指的就是在其工作過程中，汽輪機(jī)的震動頻率超過了相應(yīng)的范圍，使得汽輪機(jī)各部件加速磨損，進(jìn)而使得汽輪機(jī)提前老化和報廢，影響到發(fā)電效率以及成本。這是一種汽輪機(jī)原本就存在的故障，并不是汽機(jī)運(yùn)行后才引發(fā)的，而是原來自身的條件就包含著。首先轉(zhuǎn)子存在設(shè)計(jì)缺陷導(dǎo)致加工存在偏差，此時也易造成安裝偏差，最終導(dǎo)致機(jī)組中轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心的存在。在運(yùn)行中因動平衡精度不高，只進(jìn)行低速動平衡時離心力較小，但轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量離心力會隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的提高以轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系增加。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的不斷上升直到達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子的這一離心力要迫使機(jī)組振動，從而造成600MW汽輪機(jī)振動過大。原始質(zhì)量不平衡故障特征可總結(jié)為：轉(zhuǎn)子振動是與轉(zhuǎn)速同頻的強(qiáng)迫振動，在一定轉(zhuǎn)速下振動是比較穩(wěn)的。定振動幅值隨轉(zhuǎn)速及振動理論中的共振曲線規(guī)律變換，在臨界區(qū)達(dá)到最大值。

（三）汽輪機(jī)葉片問題

汽輪機(jī)葉片的故障原因有很多，其中最為常見的原因就是蒸汽的品質(zhì)問題。其次就是葉片自身的結(jié)構(gòu)和緊固問題。最后，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)也會對汽輪機(jī)葉片產(chǎn)生影響。而機(jī)組低壓級葉片在實(shí)際運(yùn)行過程中，末級葉片出汽邊的水沖蝕損傷已成為影響大機(jī)組安全運(yùn)行的普遍問題，應(yīng)給予高度重視。出汽邊水沖蝕所造成的后果不僅使葉柵的氣動性能惡化，級效率降低，還會改變?nèi)~片的振動特性，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動，而且可使級效率下降，增加了末級葉片斷裂的危險性。當(dāng)斷落的葉片落入凝汽器時，會將凝汽器管束打壞，使凝汽器內(nèi)循環(huán)水漏入凝結(jié)水中，還會造成轉(zhuǎn)子失去平衡或摩擦撞擊產(chǎn)生劇烈震動。

（四）汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)故障與處理措施

故障分析：汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要由閥門、閥桿、閥套等結(jié)構(gòu)構(gòu)成，這些結(jié)構(gòu)會在一定程度上影響調(diào)速系統(tǒng)的運(yùn)行，當(dāng)汽輪機(jī)經(jīng)過長時間的運(yùn)行后，調(diào)速系統(tǒng)的閥桿上就產(chǎn)生鹽垢，從而增加汽輪機(jī)的負(fù)荷，導(dǎo)致汽輪機(jī)出現(xiàn)磨損引發(fā)設(shè)備故障。此外，劣質(zhì)機(jī)油也會影響系統(tǒng)潤滑性，在嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致系統(tǒng)漏油，從而引起設(shè)備卡澀造成系統(tǒng)故障。

三、汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題的解決措施

（一）配汽方式優(yōu)化

汽輪機(jī)采用復(fù)合型配汽方式，只有當(dāng)汽輪機(jī)處于高負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時，才能保持較高的運(yùn)行效率和較低的能耗，但在汽輪機(jī)啟動或者低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時，損耗比較大，運(yùn)行效率不高。針對這種情況，可以考慮采用三閥式配汽方式，這種配汽方式不僅可以有效分擔(dān)運(yùn)行負(fù)荷，同時對于調(diào)節(jié)級要求相對較低，節(jié)能效果良好。三閥式配汽方式下，無論汽輪機(jī)處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)還是低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，都能實(shí)現(xiàn)有效調(diào)節(jié)，并且三閥式配汽方式流通性能良好，瞬間轉(zhuǎn)換效率較高，可以有效降低能耗。

（二）運(yùn)行過程優(yōu)化

汽輪機(jī)運(yùn)行過程的優(yōu)化需要根據(jù)實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷變化采用“定→滑→定”的方式對汽輪機(jī)進(jìn)行調(diào)整，在不同發(fā)電負(fù)荷下采用不同的運(yùn)行方式。當(dāng)處于高負(fù)荷狀態(tài)時，以改變通流面積的噴嘴進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)處于低負(fù)荷狀態(tài)時，采用定壓調(diào)節(jié)，這樣可以確保鍋爐機(jī)組的正常運(yùn)行。

（三）給水泵優(yōu)化

目前，給水泵普遍采用定速給水的運(yùn)行方式，這種方式的缺陷是導(dǎo)致較大節(jié)流損失。給水泵的優(yōu)化需要技術(shù)人員根據(jù)平移泵曲線以及變動速度設(shè)計(jì)變速給水的運(yùn)行方式。相較于定速給水，變速給水的運(yùn)行方式可以有效解決調(diào)節(jié)閥控制水流量問題，可以降低汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下的能耗，具有一定的節(jié)能效果。

（四）汽輪機(jī)機(jī)組盤車裝置自投困難故障處理

在汽輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行期間，可采取的處置與防范措施有：參考汽輪機(jī)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)使用說明書有關(guān)要求，根據(jù)電廠實(shí)際情況對軟啟動器相關(guān)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，原啟動時間為4.0s，經(jīng)調(diào)節(jié)后為6.0～8.0s，原啟動電壓為40.0%，經(jīng)調(diào)節(jié)后為70.0%；在汽輪機(jī)機(jī)組潤滑油系統(tǒng)控制回路中設(shè)置旁路按鈕，負(fù)責(zé)跨過軟啟動部分直接啟動。在旁路按鈕作用下，一旦發(fā)生緊急情況，且具備外部啟動條件，可以人工方式掛上盤車并投入運(yùn)行，對解決因啟動力矩不足所致盤車裝置自投困難問題有非常重要的意義；在汽輪機(jī)機(jī)組滑停期間，應(yīng)當(dāng)注意對主汽輪機(jī)溫度以及再熱器溫度溫降速率進(jìn)行嚴(yán)格控制，一旦監(jiān)測到溫度發(fā)生異常改變，需要及時切換至打閘停機(jī)狀態(tài)，這對于預(yù)防盤車裝置自投困難問題有非常積極的意義。

（五）汽輪機(jī)組振動問題應(yīng)對措施

600MW汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)過程中，必須就地嚴(yán)密監(jiān)視600MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速的變化及機(jī)組聲音、振動、各軸承溫度等變化情況。應(yīng)確認(rèn)高壓缸通風(fēng)閥在打開位置，并嚴(yán)密監(jiān)視高壓缸排汽口金屬溫度變化。沖轉(zhuǎn)升速過程，禁止利用“調(diào)節(jié)器設(shè)定”進(jìn)行手動方式增減轉(zhuǎn)速。及時調(diào)整高低壓旁路系統(tǒng)，按啟動曲線控制汽溫、汽壓。及時調(diào)整排汽裝置熱井、除氧器水位，注意軸封壓力的變化。沖轉(zhuǎn)過程中禁止在臨界轉(zhuǎn)速附近停留，振動超限保護(hù)拒動時應(yīng)立即打閘停機(jī)，投入連續(xù)盤車，檢查大軸彎曲值，待大軸彎曲值回到原始值并檢查機(jī)組無異常、連續(xù)盤車時間足夠（應(yīng)不少于4小時）后方可重新啟動。嚴(yán)禁降低轉(zhuǎn)速暖機(jī)或強(qiáng)迫升速。在中速暖機(jī)前軸承振動不得超過30μm，過臨界轉(zhuǎn)速時，軸承振動不得超過80μm，軸振不得超過150μm，當(dāng)軸承振動達(dá)100μm或軸振達(dá)250μm時，應(yīng)緊急打閘停機(jī)。

（六）汽輪機(jī)運(yùn)行優(yōu)化

汽輪機(jī)啟動時，應(yīng)根據(jù)汽輪機(jī)的啟動曲線科學(xué)選擇啟動參數(shù)，汽輪機(jī)啟動前會經(jīng)過預(yù)熱暖機(jī)，因此會增加并網(wǎng)時間，提高了啟動時的耗電量，增加了發(fā)電成本。因此，啟動時可以先開啟旁壓維持內(nèi)部壓力，之后手動打開真空門。該開啟方法可以有效增加蒸汽量，提升暖機(jī)運(yùn)行速度，啟動時間也會有所縮短，保證膨脹差值在可控范圍內(nèi)，減少并網(wǎng)周期。汽輪機(jī)運(yùn)行中，應(yīng)采用“定→滑→定”的方式操作，確保汽輪機(jī)在低負(fù)荷運(yùn)行下提高鍋爐燃料的燃燒率、水循環(huán)效率。還可以控制液偶水栗轉(zhuǎn)速，保證汽輪機(jī)組運(yùn)行效率?！岸āā辈僮鞣绞娇梢赃m應(yīng)在負(fù)荷變化幅度較大的情況下保持汽輪機(jī)組運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)一次性調(diào)頻控制。通過優(yōu)化操作方法有助于凝結(jié)器的有效控制。

四、結(jié)語

綜上所述，降低汽輪機(jī)運(yùn)行能耗對提高整個熱電廠運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義，其不僅能夠提高熱電廠能源利用率，還可以降低經(jīng)營成本以及污染問題。當(dāng)然，為了進(jìn)一步加強(qiáng)熱電廠的節(jié)能降耗性能，除了要對汽輪機(jī)進(jìn)行調(diào)整、改造，還應(yīng)對整個運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)，在日常工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，降低能量損耗，保障熱電廠運(yùn)營整體效益。