淺析汽輪機(jī)重要輔機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀和效率提升途徑

摘要：目前我國的電能輸出主要依靠火力發(fā)電廠來生產(chǎn)完成。在整個(gè)生產(chǎn)輸出過程中，汽輪機(jī)重要輔機(jī)的運(yùn)行效率決定了電能生產(chǎn)的質(zhì)量。所以出于經(jīng)濟(jì)性考慮，完善提高汽輪機(jī)輔機(jī)的運(yùn)行效率是電廠節(jié)能降耗的關(guān)鍵指標(biāo)。在確保安全運(yùn)行的前提下，對(duì)汽輪機(jī)重要輔機(jī)進(jìn)行優(yōu)化管理，使汽輪機(jī)輔機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)處于最佳，提高電廠生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，就是本文要探討的重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);輔機(jī)系統(tǒng);運(yùn)行現(xiàn)狀;優(yōu)化運(yùn)行;效率提升

1.汽輪機(jī)重要輔機(jī)的運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1汽輪機(jī)重要輔機(jī)的優(yōu)化運(yùn)行方式

本文中所要談到的汽輪機(jī)組重要輔機(jī)的運(yùn)行優(yōu)化也就是經(jīng)濟(jì)性能方面的改善。從整體來看，汽輪機(jī)組輔機(jī)的制造、安裝、運(yùn)行等等每個(gè)環(huán)節(jié)都有很大的節(jié)能空間，特別是汽輪機(jī)組在運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性尤其值得關(guān)注。如果在運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)組的每個(gè)參數(shù)都符合范圍標(biāo)準(zhǔn)，那么汽輪機(jī)組的運(yùn)行只會(huì)產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)性影響。而如果運(yùn)行參數(shù)超出規(guī)定界限，則可能對(duì)機(jī)組的安全產(chǎn)生破壞性威脅。所以汽輪機(jī)組必須保證實(shí)時(shí)的參數(shù)調(diào)節(jié)和監(jiān)控，才能確保整個(gè)機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性。綜合來看，引起汽輪機(jī)組額外能量損失的因素有二，第一類就是由于汽水泄漏或者換熱器散熱過度而導(dǎo)致的熱量直接從系統(tǒng)中損失;第二類就是指汽水節(jié)流量增大或者傳熱時(shí)溫差未能平衡好所造成的能量的質(zhì)量損失。

1.2汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)

汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和汽輪本體有關(guān)，也和其他熱力輔助系統(tǒng)的性能有關(guān)。它們能夠共同反映機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。這些指標(biāo)包括了與汽輪機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和輸出能量相關(guān)的單位時(shí)間能量消耗和直接反映熱經(jīng)濟(jì)性的能耗率。例如蒸汽在汽輪機(jī)組內(nèi)部的有效焓降與理想焓降的比值就組成了相對(duì)效率ηri=△Hi/△Ht。這種相對(duì)內(nèi)效率的比值能夠一定程度的反映汽輪機(jī)通流部分的完善指標(biāo)?？紤]到汽輪機(jī)的內(nèi)功率是各級(jí)別功率之間的總和，所以它的內(nèi)功率Pi=Gi△Hij。因?yàn)槠啓C(jī)組的內(nèi)效率反映了汽輪機(jī)內(nèi)功率與汽輪機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)換能量E的比值，E=Gj（△Ht）ij。由此可得ηi=Pi/E。

在公式中，△Hi表示汽輪機(jī)組中蒸汽的有效比焓降，單位為kJ/kg?！鱄t是汽輪機(jī)組中蒸汽的理想比焓降。Gi是汽輪機(jī)組中蒸汽的流量，單位為kg/s?！鱄ij為汽輪機(jī)中蒸汽的有效焓降，kJ/kg。由以上的公式可以推算出，汽輪機(jī)的內(nèi)效率和它的相對(duì)效率是相等。再結(jié)合660MW的火電汽輪機(jī)各個(gè)參數(shù)，所以它的氣耗率為：d0=D0/Pel=3600/Wiηmηg。在此公式中，Wi是新蒸汽在汽輪機(jī)組內(nèi)作功，Pel表示了發(fā)電機(jī)的輸出功率，而ηm則表示機(jī)械效率。

熱耗量能夠影響一臺(tái)汽輪機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性，尤其是像660MW這樣的強(qiáng)功率火電汽輪機(jī)。它機(jī)組內(nèi)部的熱力循環(huán)方式、熱力系統(tǒng)中輔機(jī)性能的優(yōu)劣都能影響汽輪機(jī)組的熱指標(biāo)和負(fù)荷情況。

1.3重要輔機(jī)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

汽輪機(jī)組能夠經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，不僅僅取決于它的各項(xiàng)熱指標(biāo)和鍋爐的運(yùn)行等，還與其重要的輔助設(shè)備性能運(yùn)行狀態(tài)相關(guān)。一臺(tái)660MW的火力汽輪機(jī)組需要多臺(tái)輔機(jī)設(shè)備支持才能正常運(yùn)行。所以發(fā)電廠在生產(chǎn)輸出電力時(shí)，要保證主機(jī)組和輔機(jī)組全部狀態(tài)良好才能正常發(fā)電。在這個(gè)過程中，輔機(jī)設(shè)備所消耗的電能也是巨大的，它包括了廠用電的消耗和供電煤耗，直接影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。輔機(jī)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行決定了整體汽輪機(jī)組的能耗。

2.給水泵

2.1給水泵的優(yōu)化原理

當(dāng)機(jī)組的額定負(fù)荷過半時(shí)，應(yīng)該讓三臺(tái)給水泵組的額定負(fù)荷小于50%。當(dāng)一臺(tái)汽動(dòng)給水泵運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)應(yīng)處于休息備用狀態(tài)。為660MW的火力汽輪機(jī)組配備一臺(tái)30%容量的電動(dòng)給水泵和50%容量的兩臺(tái)汽動(dòng)給水泵較為合理。在正式投入運(yùn)營前，應(yīng)該進(jìn)行汽動(dòng)泵和電動(dòng)泵的設(shè)備試驗(yàn)，這其中就包括了雙泵運(yùn)行、單泵運(yùn)行和輪換運(yùn)行集中測(cè)試試驗(yàn)，以確保它們能夠在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下能夠保持很高的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性，有效的改善整個(gè)火力汽輪機(jī)組的工作效率。在運(yùn)行時(shí)，備用汽動(dòng)泵的運(yùn)行工況保證在3000r/min的轉(zhuǎn)速，以持續(xù)給給水泵提供循環(huán)流量。但是這也同時(shí)導(dǎo)致了備用泵更多的消耗蒸汽流量、熱能消耗以及汽耗量。所以，應(yīng)該使電動(dòng)給水泵處于備用狀態(tài)，而讓汽動(dòng)給水泵運(yùn)行，這樣的運(yùn)行組合方式經(jīng)濟(jì)性更高。在這里，我們考慮到了給水泵組負(fù)荷的主動(dòng)變化和持續(xù)時(shí)間，也就是說，一旦低負(fù)荷持續(xù)時(shí)長(zhǎng)超過了臨界時(shí)長(zhǎng)，就應(yīng)該改變給水泵的運(yùn)行結(jié)構(gòu)，采用電動(dòng)給水泵備用的方式才是最為經(jīng)濟(jì)合理的。而如果在符合高低變化較為頻繁的情況下，電動(dòng)給水泵和汽動(dòng)給水泵的備用切換模式就會(huì)變得不再適合，應(yīng)該采用雙泵同時(shí)運(yùn)行的方式來應(yīng)付水泵模式的頻繁切換。

2.2給水泵經(jīng)濟(jì)性的計(jì)算

考慮到給水泵的經(jīng)濟(jì)性，就要考慮給水泵的揚(yáng)程。通過公式我們可以得到給水泵的揚(yáng)程為：H=P2-P1/pg。其中P1為給水泵的進(jìn)口壓力，P2為給水泵的出口壓力，它們的單位都是Pa。P為給水泵進(jìn)出口水的平均密度，kg/m3。g為重力加速度，m/s2。此時(shí)算出給水泵的效率為

η=v△p/1000x（1+c）x（h2-h1）x100%。此公式中v是給水泵進(jìn)出口的平均比容，單位為m3/kg，△p為給水泵進(jìn)出口水的壓力差比，單位為Pa。h1和h2分別為給水泵進(jìn)出口的水焓，kJ/kg。c則是指每1kg給水所對(duì)應(yīng)的泵體散熱熱量以及軸封等損失。由此計(jì)算出給水泵的軸功率為Pa=pgHQ/η。其中H是給水泵的揚(yáng)程，單位為m。Q就是給水泵的出口流量，單位為m3/s。

根據(jù)熱力學(xué)的泵效率理論，基于能量守恒定律的基礎(chǔ)上，應(yīng)該具體分析給水泵中流體機(jī)械與流體本身之間的能量轉(zhuǎn)換，從而得到泵效率為：

η=Ek/Em+Ex。公式中Ek是指單位質(zhì)量流體的水力能量。Em則指代單位質(zhì)量流體的機(jī)械能，而Ex表示單位質(zhì)量流體的能量損耗。

3.循環(huán)水泵

3.1循環(huán)水泵的優(yōu)化原理

對(duì)于一臺(tái)大功率且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的660MW火力汽輪機(jī)來說，它的蒸汽能量在末級(jí)存在極限膨脹的壓力。如果在運(yùn)行中循環(huán)水泵的排氣壓力小于極限膨脹壓力值，那么蒸汽膨脹部分就只會(huì)發(fā)生在動(dòng)葉之后，從而造成汽輪機(jī)功率的損失，這也是由于循環(huán)水泵中的凝結(jié)水溫度降低，其最末級(jí)回?zé)岢槠吭黾佣鴮?dǎo)致的機(jī)組功率變小。所以在運(yùn)行時(shí)，應(yīng)該保證汽輪機(jī)組中凝汽機(jī)在最佳的真空狀態(tài)下運(yùn)行，真空后凝結(jié)水溫度回升也會(huì)增加汽輪機(jī)的功率。

3.2循環(huán)水泵的經(jīng)濟(jì)性計(jì)算

H=（P2-P1*106/Px*g+（Z2-Z1）+V22-V12/2*g。

在公式中，P1為泵入口的壓力，單位MPa;P2為泵出口的壓力，單位為MPa;Z2和Z1表示泵出入口壓力測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高，單位為m;Px為循環(huán)水泵中水的密度，單位為kg/m3;g為重力加速度，單位為9.81m/s2;V1和V2表示泵進(jìn)出口壓力測(cè)點(diǎn)斷面上水的平均流速，單位為m/s。

要計(jì)算循環(huán)水泵的軸功率先要計(jì)算它的有效功率，即Pu=Px·Qx·H·g/3.6*106。

那么循環(huán)水泵的軸功率就為：Pa=Ne*ηd。其中Qx為循環(huán)水流量，單位為m3/h;而ηd為循環(huán)水泵的電機(jī)效率，其中ηd選取值為0.85。所以循環(huán)水泵的總體效率就是：η循環(huán)=Pu/Pa*100。

在循環(huán)水泵水溫度控制在8℃～11℃之間時(shí)，一臺(tái)循環(huán)水泵的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性達(dá)到最高。如果循環(huán)水溫度高于14℃，則兩臺(tái)循環(huán)水泵的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性最高，如果循環(huán)水溫度在11℃～14℃之間，那么負(fù)荷與溫升對(duì)應(yīng)關(guān)系中的負(fù)荷點(diǎn)進(jìn)行來回切換才能達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行性。不過也要整體考慮到循環(huán)水泵來回切換所帶來的各種安全問題。另外，循環(huán)水泵電機(jī)所采用的是定速方式，所以應(yīng)該十分注意它在運(yùn)行時(shí)的有效功率和水溫，而采用雙速電機(jī)進(jìn)行運(yùn)行時(shí)輔機(jī)節(jié)能相對(duì)較好的運(yùn)行辦法。

再者，為了確保循環(huán)水泵的水溫對(duì)水循環(huán)真空泵的抽吸能力影響，當(dāng)水溫升高時(shí)，真空泵的抽吸能力就會(huì)急劇下降，直接影響到機(jī)組的真空運(yùn)行狀態(tài)。所以抽汽設(shè)備的運(yùn)行方式應(yīng)該考慮真空泵運(yùn)行時(shí)水溫升高的現(xiàn)象。利用溫度較低的地下水將工作液體冷卻是一個(gè)不錯(cuò)的辦法，它不但能夠提高真空泵的抽吸能力，也可以同時(shí)降低循環(huán)水泵的功耗，從而達(dá)到提高凝汽機(jī)真空度的熱耗能效率。而使用過的地下水也不該廢棄，它可以作為循環(huán)水系統(tǒng)中的循環(huán)水，保證水資源不會(huì)被無端浪費(fèi)。

4.總結(jié)

本文簡(jiǎn)要的分析和計(jì)算了660MW火力汽輪機(jī)組中各個(gè)輔機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，得出了一些有利于汽輪機(jī)組高效率工作的優(yōu)化運(yùn)行方式。它們都大大降低了運(yùn)行機(jī)組和輔機(jī)機(jī)組的用電量，提高了整個(gè)汽輪機(jī)組的供電能力，對(duì)目前現(xiàn)實(shí)中電廠的未來建設(shè)很有實(shí)戰(zhàn)價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀濟(jì)芳.電廠汽輪機(jī)組輔機(jī)運(yùn)行概況與運(yùn)行方式優(yōu)化[J].科技傳播.2012.（1）.

[2]洪曉敏.電廠汽輪機(jī)組輔機(jī)優(yōu)化最佳運(yùn)行方式[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2010.（4）.

[3]馬建寧.汽輪機(jī)輔機(jī)性能試驗(yàn)及優(yōu)化運(yùn)行分析[D].重慶大學(xué).2007.

作者簡(jiǎn)介：劉斌陽（1988.2-），男，寧夏銀川市人，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向：電力工程。