电厂汽轮机运行中节能降耗措施的研究

摘 要：国家发改委、能源局共同发布的《电力“十三五”》中指出，于2016-2020年期间淘汰部分落后火电，同时要求经改造后的燃煤发电机组供电煤耗不得高于310克，并实现超低排放。根据目前的情况来看，大部分老旧电厂离这一目标仍有较大差距。探索和研究节能降耗措施已迫在眉睫。因此，文章从限制汽轮机效率提升的因素入手，分析其作用机理，最后提出相应解决措施。

关键词：电厂；汽轮机运行；节能降耗；解决措施

汽轮机作为电厂的主机设备之一，其性能特性及运行策略将直接影响电厂的效率和经济性。而汽轮机及辅机设备组成的非常复杂，为实现节能降耗，需根据其工作原理及相关理论探究限制汽轮机运行效率提升的主要因素[1]。

1 限制汽轮机效率提升的主要因素

1.1 汽轮机缸效率

汽轮机是将水蒸气的热能转化为机械能的设备，其转换效率直接决定汽轮机的缸效率。然而在运行中，汽轮机的实际效率往往大大低于标定值，而不论是何种原因导致其效率下降，最终将导致汽轮机整体耗能增加。其中，汽封密封性的优劣直接影响着汽缸的运行效率。

1.2 汽轮机组通流性能

通流部分是指汽轮机本体蒸汽通道，由高压缸、中压缸、低压缸及高压配汽机构组成。随着长时间的运行，通流部件会出现积垢问题。此时，汽轮机通流部分性能与初始设计值将会出现偏差。由于机组的通流性能与汽轮机效率是成正比的关系，该种偏差将影响汽轮机组的热力特性。

1.3 汽轮机主蒸汽压力和温度

汽轮机设计与运行过程中，主蒸汽的压力和温度是两个最重要的参数。在实际运行当中，主蒸汽温度与压力产生变化，将影响整个发电机组的经济性与安全性。例如，当机组处于主蒸汽温度不变，压力降低的工况时，会导致：（1）汽轮机可用焓减少，耗汽量增加，出力不足，热经济性下降；（2）对于需要抽气供给的小汽轮机与除氧器而言，由于主蒸汽压力过低导致抽气压力随之下降，使得小汽轮机与除氧器都无法正常运行。

1.4 凝汽器汽侧真空低、换热效果差

凝汽器真空较低、换热效果差是影响汽轮机运行效率的另一个重要因素。而造成这两种情况的主要原因是：（1）管束的排列不科学；（2）管束堵塞及管束表面结垢；（3）真空泵运行效率低。

1.5 汽轮机启动、运行、停止的操作误区

在汽轮机受热的过程中，如何通过科学的加热方式，使温度处于最佳的状态是个关键的问题。由于通常大家都只注重了快速的启动汽轮机，而往往忽视了汽轮机的合理温度，导致很多的时候启动方法错误，造成汽轮机出现各种问题。

2 电厂汽轮机运行节能降耗应对措施

2.1 汽封换型

导致汽轮机组热耗高的一个重要原因是汽轮机的汽缸运行效率低。汽轮机通流间隙是否合理、汽封密封性的优劣直接影响着汽缸的运行效率。部分电厂的梳齿式汽封为结构落后的传统汽封，它的安装间隙较大，密封效果不佳，这将显著降低汽缸的运行效率。因此，选择合理的气封形式，科学调整通流间隙是提高汽轮机缸效率的有效途径。目前，汽轮机最常用的气封类型有七种：梳齿型汽封、侧齿型汽封、刷式汽封、蜂窝型汽封、接触型汽封、DAS型汽封、布莱登汽封。这七种气封类型各有优缺点，采用何种类型应根据具体电厂的实际情况，充分考虑改造效果和设备运行的可靠性[2]。

2.2 通流部分节能降耗措施

2.2.1 通流部分湿蒸汽冲洗及化学冲洗方法。针对通流部件会出现积垢问题，在此提出两种冲洗方法，湿蒸汽冲洗与化学冲洗方法。在处理通流部分的积垢时，将转子吊出，置于备妥的支架上，首先使用高压水或溶剂进行湿冲洗，之后用刮刀、砂纸等工具手工清除，清除积垢时要叶片的保护。湿蒸汽冲洗是最常使用的清洗措施，它是将清洗装置（减温减压器）产生的饱和蒸汽通入汽轮机，在运转状态下冲洗积垢，积盐被湿蒸汽中凝结水带走而得以清除，对垢层是盐和SiO2混合物的积垢，当溶于水的化合物被冲掉后，不溶于水的SiO2垢层会随之瓦解而被除去。在特殊情况下，当湿蒸汽冲洗不能有效清除硅垢时（湿蒸汽冲洗方法不能彻底清除积垢），可以用化学冲洗，化学冲洗是在冲洗蒸汽的基础上加入化学药品进行冲洗，如加入NaOH溶液。但化学药品会腐蚀通流部分的构件，当时用化学冲洗时，应严格控制添加剂的浓度、温度，并在最后用纯净的湿蒸汽进行二次冲洗以避免残留的化学药剂对叶片产生腐蚀。

2.2.2 低压缸排气通道优化节能改造。国产汽轮机低压缸排汽通道普遍存在一定的结构设计缺陷，这就是在排汽通道内部设计安装了7号、8号低压加热器；此外，还安装了大量的支撑钢架和抽汽管道。此种结构既加大了汽轮机低压缸排汽的阻力系数，同时使凝汽器汽侧排汽场的汽流分配严重不均，甚至产生涡流场。这种不合理的结构是致使凝汽器换热效率低、真空低的一个重要原因。针对这一问题，根据Fluent流场模型在通道内部安装排气导流板。

2.3 加强汽轮机的运行管理

汽轮机在运行过程中可以采用定—滑—定的运行方式。就是在高负荷区域下，改变通流面积。在低负荷下，使用低水平的定压调节。而在中间负荷区，根据实际情况来加减负荷，使得汽门的开关处于滑压运行状态。为了提高给水温度和投入率，减少加热器端差，应该在高负荷运行时适当提高汽轮机的主汽温度、主汽压力。

2.4 汽轮机冷端改造

2.4.1 凝汽器改造。针对凝汽器换热效率低的问题，可以采用基于先进三维计算流体力学开发的新型管束布置（可以采用基于流体力学软件优化的管束布置），可以增大管束边界、降低汽侧边界流速、缩短汽流流程、均衡凝结负荷、疏通不凝结气体抽气通道、消除不凝结气体滞留区、提高换热效能。

2.4.2 真空泵提效改造。由水环式真空泵组液体流程可知，工作液在泵组内部是一个密闭的循环过程；工作液在循环过程中，由于抽气混合加热和泵轮的不断搅拌，温度会不断上升，当温度太高，接近或达到真空泵入口负压的饱和温度时，工作液在泵体内将发生汽化，真空泵将会降低出力或无法正常工作，严重影响汽轮机低压缸排汽的真空度，降低机组运行经济性，因此真空泵组必须配置冷却系统，以便及时补充冷却工作液。

2.5 汽轮机的启动、运行以及停止的正确操作

汽轮机的启动：在此过程中，汽轮机都要经过漫长的余热阶段，这将增加热能的消耗，导致运行效率下降。对此，采取的应对措施是先开旁压，使压力始终维持在2.5MPa～3.0MPa左右，然后手动开啟真空破门，保证真空度维持在65～70KPa左右。

汽轮机的运行：若想提高燃料的燃烧效率以及在低负荷情况下较好的保持锅炉内的水循环，我们需要采用定、滑、定的方式来使汽轮机运行，这样才能在负荷不稳定的情况下对机组实现一次性调频的需要，进而减少压力损失，提高能源的使用效率。

汽轮机的停机：只有对汽轮机进行检修时才能停机，停机时要设置合理的参数，保证汽轮机的关键部件不会出现紧急停机，最终达到延长汽轮机运行寿命的目的[3]。

3 结束语

文章通过分析汽轮机缸效率、通流部分性能、主蒸汽温度与压力、排气温度等因素对整体发电机组节能性与经济性的作用机理分析，并针对其存在的问题，提出了多项节能降耗措施。如汽轮机气封换型、汽轮机冷端改造、气缸通流性能改造等。此外，科学合理的启动、运行、停止操作同样能实现能源节约。

参考文献

[1]李学忠，孙伟鹏.汽轮机运行[M].中国电力出版社，2014.

[2]李曦滨.提高冲动式汽轮机效率的几种设计方法[J].发电设备，2005，19（2）：73-77.

[3]张宝，吴方根.电厂热力系统节能分析方法的现状与展望[J].节能，2004（6）：11-13.