張海明

（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際托克托發(fā)電有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古呼和浩特 010206）

0 引言

電能作為清潔能源之一，是我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的重要構(gòu)成部分，與人們的日常生活以及社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)密切相關(guān)。近年來(lái)，隨著社會(huì)發(fā)展，電能需求量不斷增加，促使電廠(chǎng)不斷革新技術(shù)、改進(jìn)設(shè)備，提升發(fā)電效率，以滿(mǎn)足社會(huì)用電需求。汽輪機(jī)自20 世紀(jì)50 年代應(yīng)用于電廠(chǎng)以來(lái)，至今已有70 余年的歷史，極大提升了電廠(chǎng)的運(yùn)行效率。但是社會(huì)在不斷發(fā)展，技術(shù)也在不斷進(jìn)步，隨著我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，需要電廠(chǎng)要保持高效率的電能輸出，就必須要對(duì)汽輪機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化，不斷提升汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)與效率，在降低能源的基礎(chǔ)上持續(xù)提升電廠(chǎng)發(fā)電量。

1 汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)形式及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)形式

汽輪機(jī)作為發(fā)電廠(chǎng)的關(guān)鍵設(shè)備，直接影響電廠(chǎng)的整體運(yùn)行效率，其主要作用是完成能量的轉(zhuǎn)換。其整體結(jié)構(gòu)可分為兩部分，即靜止部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分，其中靜止部分包括氣缸、軸承、隔板、汽封以及進(jìn)氣裝置；轉(zhuǎn)動(dòng)部分包括葉輪、動(dòng)葉片、主軸以及聯(lián)軸器。

汽輪機(jī)的類(lèi)型多種多樣，根據(jù)組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以將其分為單級(jí)、多級(jí)汽輪機(jī)；以熱力特性分類(lèi)，可分為背壓式汽輪機(jī)、供熱式汽輪機(jī)、抽氣式汽輪機(jī)以及凝汽式汽輪機(jī)。目前，電廠(chǎng)使用最為普遍的是凝汽式汽輪機(jī)，當(dāng)排汽遇冷可凝結(jié)為水，體積會(huì)大幅縮減，原本被空氣充斥的空間會(huì)變成真空狀態(tài)，此時(shí)氣壓降低，理想焓降上升，裝備熱效率可顯著提高[1]。

1.2 工作原理

汽輪機(jī)運(yùn)行可以分為沖動(dòng)原理與反動(dòng)作用原理，其中沖動(dòng)原理主要是利用動(dòng)葉氣道改變蒸汽噴嘴中的蒸汽方向，利用蒸汽推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，完成能量轉(zhuǎn)換。反動(dòng)作原理則是通過(guò)汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中氣道內(nèi)的蒸汽不斷膨脹，對(duì)葉片形成反動(dòng)力，推動(dòng)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。反動(dòng)作原理與沖動(dòng)原理不同的是，其既會(huì)改變蒸汽方向，同時(shí)蒸汽在氣道內(nèi)也會(huì)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。

2 存在的問(wèn)題

2.1 汽輪機(jī)配汽方式

發(fā)電廠(chǎng)目前的汽配方式以復(fù)合型為主，汽輪機(jī)在不同狀態(tài)下需要以不同方式運(yùn)行，復(fù)合型的汽配方式正是基于此。汽輪機(jī)啟動(dòng)或低負(fù)荷時(shí)，以單閥的方式運(yùn)行；高負(fù)荷時(shí)以順序閥方式運(yùn)行。其特點(diǎn)是當(dāng)以單閥的方式運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)的運(yùn)行效率較低，耗能較大，而以順序閥的方式運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)運(yùn)行效率較高，資源利用率高。

2.2 汽輪機(jī)啟停

汽輪機(jī)無(wú)論是啟動(dòng)還是停機(jī)，實(shí)質(zhì)上是轉(zhuǎn)子應(yīng)力的變化。汽輪機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子表面蒸汽參數(shù)隨之變化，若啟動(dòng)或者停止汽輪時(shí)，無(wú)法有效控制蒸汽參數(shù)，會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子內(nèi)部形成動(dòng)蕩的溫度場(chǎng)，進(jìn)而使轉(zhuǎn)子處于高壓、高溫的環(huán)境，這不僅會(huì)造成嚴(yán)重的能耗，同時(shí)也會(huì)降低汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率及壽命。

2.3 汽輪機(jī)機(jī)組性能

汽輪機(jī)的能耗與機(jī)組性能有直接關(guān)系，其中最為關(guān)鍵的影響因素是調(diào)節(jié)氣閥。一般汽輪機(jī)有兩種調(diào)節(jié)方式，即單閥調(diào)節(jié)和順序閥調(diào)節(jié)。單閥調(diào)節(jié)以控制蒸汽參數(shù)為主；而順序閥主要是通過(guò)噴嘴控制蒸汽閥門(mén)開(kāi)關(guān)，以達(dá)到調(diào)節(jié)的目的[2]。但只有當(dāng)氣閥壓力比較小時(shí)才能使用順序閥調(diào)節(jié)，若氣閥壓力過(guò)大，噴嘴與外缸變形，影響其密封性，進(jìn)而導(dǎo)致機(jī)組性能受到影響，增加能耗。

2.4 汽輪機(jī)密封水系統(tǒng)

目前，給水泵的軸端普遍采用迷宮密封，其密封效果雖然良好，但這種方式存在一定的弊端，即汽輪機(jī)給水泵如果緊急停機(jī)，會(huì)導(dǎo)致密封水回水補(bǔ)償，使小機(jī)箱中進(jìn)水，影響給水泵的正常運(yùn)行。

3 優(yōu)化措施

3.1 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(shí)，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(dòng)或者低負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行時(shí)，損耗比較大，運(yùn)行效率不高。針對(duì)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(shí)對(duì)于調(diào)節(jié)級(jí)要求相對(duì)較低，節(jié)能效果良好[3]。三閥式配汽方式下，無(wú)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。

3.2 啟停優(yōu)化

3.2.1 啟動(dòng)優(yōu)化

汽輪機(jī)啟動(dòng)流程包括鍋爐點(diǎn)火、暖管、沖動(dòng)轉(zhuǎn)子加速暖機(jī)、并列接帶負(fù)荷等。鍋爐點(diǎn)火前，需要提前檢查凝氣器循環(huán)水、潤(rùn)滑油系統(tǒng)以及盤(pán)車(chē)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，然后開(kāi)始點(diǎn)火，將汽輪機(jī)抽真空并送軸封，當(dāng)鍋爐內(nèi)溫度以及壓力升高到一定程度時(shí)要實(shí)時(shí)開(kāi)啟旁路。此過(guò)程中存在的主要問(wèn)題是高壓缸與中壓缸聯(lián)合啟動(dòng)時(shí)，高壓缸排汽溫度過(guò)高，對(duì)此，啟動(dòng)汽輪機(jī)前可以調(diào)整再熱蒸汽壓力的上限，控制在0.5 MPa，以便可以及時(shí)打開(kāi)排氣逆止門(mén)，增加高壓缸通流量，進(jìn)而有效調(diào)節(jié)高壓缸的排汽溫度[4]。

3.2.2 停機(jī)優(yōu)化

汽輪機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，各系統(tǒng)逐步停止運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)汽量逐漸下降為0，主汽門(mén)關(guān)閉，汽缸等零部件開(kāi)始冷卻。汽輪機(jī)根據(jù)參數(shù)不同，有兩種停機(jī)方式，即滑參數(shù)與額定參數(shù)，相較于額定參數(shù)的停機(jī)方式，滑參數(shù)停機(jī)的綜合效益更好，不僅可以利用機(jī)組預(yù)熱發(fā)電，提高熱能利用效率，減少熱能散失，并且便于各部件快速降溫，有利于設(shè)備的檢修維護(hù)。

3.2.3 運(yùn)行過(guò)程優(yōu)化

汽輪機(jī)運(yùn)行過(guò)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(duì)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(shí)，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(shí)，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。

3.3 機(jī)組性能優(yōu)化

3.3.1 循環(huán)水泵優(yōu)化

若機(jī)組負(fù)荷與冷卻水溫保持恒定，當(dāng)循環(huán)水流量發(fā)生變化時(shí)，凝汽器壓力也會(huì)隨之發(fā)生變化，這會(huì)對(duì)循環(huán)水泵造成一定影響[5]。循環(huán)水流量增加，則凝汽器壓力變小，機(jī)組出力增加，循環(huán)水泵的功耗增大，當(dāng)循環(huán)水流量增加至一定程度后，循環(huán)水泵功耗的增加會(huì)抵消機(jī)組增加的出力。當(dāng)循環(huán)水流量保持增加時(shí)，凝汽器最大運(yùn)作壓力為機(jī)組增加出力值與循環(huán)水泵增加的功耗值之差，因此，必須使凝汽器保持最好的運(yùn)行狀態(tài)，才能確保循環(huán)水泵運(yùn)行良好。

3.3.2 汽輪機(jī)冷卻液體系優(yōu)化

汽輪機(jī)冷卻液體系比較常見(jiàn)的問(wèn)題是出水點(diǎn)的流量控制偏弱以及運(yùn)行汽輪機(jī)時(shí)阻力不定，出現(xiàn)這些問(wèn)題的主要原因是冷卻液的調(diào)節(jié)門(mén)開(kāi)度偏小，造成阻力偏高，使汽輪機(jī)能耗增加，并且存在安全隱患。對(duì)此，可以嘗試調(diào)節(jié)水泵的運(yùn)行速度，并完全打開(kāi)調(diào)節(jié)門(mén)，控制流速，降低揚(yáng)程，可有效解決上述問(wèn)題。

3.4 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(xiàn)以及變動(dòng)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(wèn)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

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在當(dāng)前全球范圍內(nèi)能源緊張的背景下，電廠(chǎng)必須要不斷優(yōu)化設(shè)備、革新技術(shù)，以提升電廠(chǎng)的電能輸出效率，通過(guò)優(yōu)化汽輪機(jī)的配汽方式、汽輪機(jī)啟停、機(jī)組性能以及密封等問(wèn)題，可有效降低機(jī)組能耗，提升汽輪機(jī)的運(yùn)行效率。