發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行節(jié)能降耗策略研究探討

張歡

【摘要】發(fā)電廠在進(jìn)行電力生產(chǎn)期間要應(yīng)用燃料來發(fā)電，由于燃燒的燃料量多，所以作為電能生產(chǎn)過程中重要設(shè)備的汽輪機(jī)，其是耗能大戶，在運(yùn)行過程中會(huì)受到各種因素的影響，而且因自身性能等原因會(huì)產(chǎn)生能耗，降低設(shè)備效率，增加成本。因此，要想提高發(fā)電廠的能量利用效率，減少汽輪機(jī)運(yùn)行過程中的能量消耗是關(guān)鍵。基于此，本文首先介紹了發(fā)電廠汽輪機(jī)概述及工作原理，闡述了發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀及降低其能耗的意義，并詳細(xì)分析了發(fā)電廠汽輪機(jī)能耗因素及其節(jié)能降耗的策略。汽輪機(jī)節(jié)能降耗是發(fā)電廠運(yùn)行管理的重要內(nèi)容，對提高發(fā)電廠運(yùn)行效率具有重要影響。造成汽輪機(jī)能耗的因素很多，因此發(fā)電廠應(yīng)重視汽輪機(jī)運(yùn)行的節(jié)能降耗，準(zhǔn)確分析汽輪機(jī)運(yùn)行能耗增加的原因，制定可行性高的節(jié)能降耗策略，有效解決問題，使發(fā)電廠汽輪機(jī)在后續(xù)運(yùn)行中能高質(zhì)量、高效率地工作，并具有非常理想的節(jié)能降耗運(yùn)行效果，避免再次出現(xiàn)能耗大問題，從而有效提高發(fā)電能生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī);節(jié)能降耗;因素;策略

一、發(fā)電廠汽輪機(jī)概述及工作原理

汽輪機(jī)是一種借助蒸汽熱能做工的機(jī)械，其是利用沖動(dòng)作用和反動(dòng)作用的原理，將來自鍋爐的具有一定溫度、壓力的蒸汽經(jīng)主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)，依次經(jīng)過一系列環(huán)形安裝的噴嘴柵和動(dòng)葉柵而膨脹做功，將其熱能轉(zhuǎn)換成推動(dòng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，通過聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。膨脹做功后的蒸汽由汽輪機(jī)排汽部分排出，排汽至凝汽器凝結(jié)成水，再送至加熱器、經(jīng)給水送往鍋爐加熱成蒸汽，如此循環(huán)，也就是蒸汽的熱能在噴嘴柵中首先轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，然后在動(dòng)葉柵中再使這部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

二、發(fā)電廠發(fā)電形式

電廠在建設(shè)過程中，需充分應(yīng)用一次能源，對其進(jìn)行科學(xué)轉(zhuǎn)化，以電能形式輸出。在社會(huì)不斷發(fā)展過程中，我國發(fā)電形式也出現(xiàn)了很大程度的變化。首先，傳統(tǒng)發(fā)電形式。在我國傳統(tǒng)發(fā)電廠建設(shè)過程中，通常將燃煤作為發(fā)電的主要能源，但煤礦資源屬于不可再生資源，同時(shí)會(huì)造成一定程度的污染，在現(xiàn)代人生態(tài)意識不斷提升和我國發(fā)電技術(shù)發(fā)展過程中，國家相關(guān)部門逐步選擇使用先進(jìn)發(fā)電技術(shù)取代燃煤發(fā)電。新型發(fā)電方式的合理應(yīng)用能在很大程度上推進(jìn)我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)。通常，相關(guān)工作人員需要在對煤進(jìn)行加工后，將其送入鍋爐燃燒，鍋爐內(nèi)的水隨著煤的燃燒逐步升溫，形成高溫高壓過熱蒸汽，過熱蒸汽對汽輪機(jī)葉片造成一定程度的沖擊，使其開始轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。在現(xiàn)代發(fā)電廠建設(shè)過程中，通常是選擇水力和火力進(jìn)行發(fā)電作業(yè)。其中，水力發(fā)電廠主要通過利用水流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的勢能和動(dòng)能，在將其轉(zhuǎn)化為機(jī)械能后進(jìn)行進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，使其以電能形式輸出?；鹆Πl(fā)電廠主要將大量可燃物燃燒，先由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為蒸汽內(nèi)能，隨后進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，最后形成電。在進(jìn)行火力發(fā)電時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)一定的能量消耗，同時(shí)如果不能對其進(jìn)行科學(xué)有效的處理，會(huì)在一定程度內(nèi)污染大氣環(huán)境。作為清潔能源，現(xiàn)代人對太陽能應(yīng)用逐漸加強(qiáng)重視，各個(gè)國家也開始應(yīng)用太陽能進(jìn)行發(fā)電。

三、降低汽輪機(jī)能源消耗的意義

我國社會(huì)發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活都需要電力的支撐，作為推動(dòng)我國國民經(jīng)濟(jì)增長的重要內(nèi)容，發(fā)電廠為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造了巨大價(jià)值，現(xiàn)階段在發(fā)展過程中汽輪機(jī)組的容量不斷擴(kuò)大，但對各類資源的消耗也日益增加，雖然我國資源儲量較大，但存在一定的區(qū)域性和技術(shù)性限制，許多能源無法被有效利用，并且部分地區(qū)在發(fā)展過程中忽視了生態(tài)環(huán)境保護(hù)，由于生產(chǎn)污染而導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題頻發(fā)，因此加強(qiáng)資源保護(hù)是社會(huì)發(fā)展過程中不可回避的問題。發(fā)電廠為人們的生產(chǎn)生活和社會(huì)發(fā)展提供了豐富電能資源，但電能消耗的日益增長，各地區(qū)的發(fā)電廠數(shù)量也在不斷增加，作為資源消耗的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，汽輪機(jī)的節(jié)能系統(tǒng)仍有待于完善，發(fā)電廠汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，提高效率、降低資源消耗對實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用，探究科學(xué)合理的汽輪機(jī)節(jié)能措施對我國的社會(huì)發(fā)展及環(huán)境保護(hù)等也具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

四、發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行現(xiàn)狀

我國是能源消耗大國，但隨著全球環(huán)境越來越惡劣，環(huán)境保護(hù)刻不容緩及不可再生資源的消耗無法逆轉(zhuǎn)的巨大雙重壓力下，降低能耗、提高效率是目前汽輪機(jī)研發(fā)的主要目標(biāo)。與此同時(shí)，我國也投入了大量物資、人員與國外合作，以我國廣大的市場來換取其他國家先進(jìn)的技術(shù)。但目前我國的汽輪機(jī)水平與國外技術(shù)仍有不小差距，根本原因是我國模仿居多，在吸收轉(zhuǎn)化核心技術(shù)能力及在此基礎(chǔ)上的技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)能力不足，導(dǎo)致我國汽輪機(jī)一直落后于他國。

我國大部分發(fā)電廠是自行安裝和維護(hù)的，經(jīng)國家檢測這些設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)要求下的節(jié)能降耗設(shè)備還有很大的差距，因此需在節(jié)能降耗方面加以提高，積極學(xué)習(xí)國際上發(fā)達(dá)國家的節(jié)能降耗技術(shù)，以提高本國技術(shù)。

我國發(fā)電廠工作人員的整體素質(zhì)偏低。在我國部分發(fā)電廠，招收工作人員的學(xué)歷水平要求普遍不高，且工廠內(nèi)部高層普遍不重視研發(fā)，造成相關(guān)科技研發(fā)部門能力水平有限，工作止步不前，因此對汽輪機(jī)節(jié)能降耗這一問題相對比較難解決。這也是導(dǎo)致部分發(fā)電廠一直處于瓶頸無法很好解決的重要原因之一。

發(fā)電廠自身的管理制度不夠嚴(yán)謹(jǐn)。我國工廠普遍存在一個(gè)弊端就是，只重視經(jīng)濟(jì)收益而缺乏統(tǒng)一高效的管理制度，因此導(dǎo)致發(fā)電廠中工作人員沒有很強(qiáng)的工作積極性，無法全身心投入到改革汽輪機(jī)的生產(chǎn)上。

五、發(fā)電廠汽輪機(jī)能耗因素

（1）汽壓和溫度。在正常運(yùn)行狀態(tài)下，汽輪機(jī)不但要確保蒸汽的流通性，同時(shí)，也會(huì)遭受汽壓和溫度的影響，從而使汽輪機(jī)的能耗增加。在運(yùn)行狀態(tài)下，汽輪機(jī)汽缸內(nèi)的噴水量會(huì)在一定程度上影響到汽壓和溫度;在熱能持續(xù)供應(yīng)時(shí)，噴水量在空氣中的比重會(huì)持續(xù)上升，其相應(yīng)的能耗也會(huì)不斷提高，在此情況下，汽輪機(jī)自身的運(yùn)行效率會(huì)降低，進(jìn)而加劇能量消耗。此外，汽壓和溫度的變化，同樣會(huì)給汽輪機(jī)耗損造成一定影響。因而，在實(shí)際操作過程中，必須要維持鍋爐冷水壁和過熱器內(nèi)部的清潔，而且也要確保管線路的合理封閉性，從而進(jìn)一步確保能嚴(yán)格控制汽壓和溫度，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)。

（2）水冷凝汽器與機(jī)組運(yùn)行流通性存在的不足。目前，我國發(fā)電廠一般都是采用直接取水的方式進(jìn)行冷卻，這種方式難以有效的對水質(zhì)進(jìn)行過濾，因此在長期生產(chǎn)過程中，凝氣管容易產(chǎn)生較多的水垢，對汽輪機(jī)組的換熱效果產(chǎn)生消極影響，并且耗水量急劇增加。凝汽器在生產(chǎn)過程中還有可能發(fā)生泄漏問題，在冷卻水水質(zhì)較差的情況下，水垢厚度超出標(biāo)準(zhǔn)，容易對凝汽器內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)的腐蝕，甚至出現(xiàn)爆炸情況，從而導(dǎo)致發(fā)電廠的安全生產(chǎn)性降低。

對于汽輪機(jī)組的流通性檢查，對降低生產(chǎn)耗能來說具有積極作用，是目前我國發(fā)電廠汽輪機(jī)能耗分析的關(guān)鍵性內(nèi)容。流通效果會(huì)直接關(guān)系到汽輪機(jī)內(nèi)部的運(yùn)行效率，需要對其流通面積和汽流量進(jìn)行科學(xué)提升，以達(dá)到提升汽輪機(jī)內(nèi)部運(yùn)行效率的目的，從而完成降低能源消耗。

（3）真空系統(tǒng)密封性不夠。對汽輪機(jī)而言，真空系統(tǒng)的密封性也是影響其工作效率的一大問題，真空下降會(huì)使蒸汽做功能力下降，蒸汽流量增加，致使葉片過負(fù)荷;真空下降，會(huì)令機(jī)組軸向推力增大，導(dǎo)致機(jī)組軸向位移增大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐赏屏ν哌^負(fù)荷，導(dǎo)致推力軸承溫度升高甚至燒毀。真空下降不僅會(huì)增大能源的消耗，增加運(yùn)行成本，也有可能會(huì)造成排汽缸等部件變形，進(jìn)而影響到整個(gè)汽輪機(jī)組的安全。真空下降的原因很多，如凝汽器冷卻水較少或中斷，凝汽器水室有空氣積存，熱水井水位升高淹沒凝汽器抽氣口，軸封系統(tǒng)、真空泵運(yùn)行不正常，以及最關(guān)鍵的真空系統(tǒng)泄漏等。

六、發(fā)電廠汽輪機(jī)節(jié)能降耗的可行性原因

（1）技術(shù)原因。上世紀(jì)末，我國就已開始對老式汽輪機(jī)進(jìn)行了技術(shù)改造。截止到目前，多年的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)下使我國的汽輪機(jī)在節(jié)能方面取得了較大成就。而且經(jīng)過改造后的汽輪機(jī)不僅能有效降低耗損，還能有效提升熱效率，提高資源能源的轉(zhuǎn)換效率，并在一定程度上提高了汽輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性。因此，我國已具備了對汽輪機(jī)實(shí)行降低耗能的技術(shù)條件。

（2）經(jīng)濟(jì)原因。對任何一個(gè)企業(yè)而言，首先需考慮經(jīng)濟(jì)利益。因此，在對發(fā)電廠汽輪機(jī)實(shí)施技術(shù)革新前，需對成本收益進(jìn)行了解，進(jìn)而避免為實(shí)現(xiàn)節(jié)能項(xiàng)目而過多的投入成本。經(jīng)過對相關(guān)數(shù)據(jù)分析得出，技術(shù)革新花費(fèi)的成本比購買新的汽輪機(jī)花費(fèi)成本要高，但經(jīng)過一系列的改造后，能極大地降低汽輪機(jī)的能耗量，并且不影響發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)效益。因此，從經(jīng)濟(jì)方面入手分析得出，汽輪機(jī)的改造具有可行性。

七、發(fā)電廠汽輪機(jī)運(yùn)行節(jié)能降耗策略

（1）維持凝汽器最佳真空。在汽輪機(jī)運(yùn)行過程中，相關(guān)人員必須確保冷凝管始終處于真空狀態(tài)和最佳狀態(tài)，以確保汽輪機(jī)運(yùn)行更為高效。在具體工作過程中，首先需確保機(jī)組具有良好的真空嚴(yán)密性，真空密封凝結(jié)管，同時(shí)還需進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，找出滲漏原因并對其進(jìn)行具體分析，灌水檢測是目前常用的檢測手法，通過定期開展實(shí)驗(yàn)檢測能確保凝汽管始終處于真空狀態(tài)。其次可采用凝汽器運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測法，即工作人員要利用現(xiàn)代化的先進(jìn)技術(shù)與監(jiān)控系統(tǒng)，對凝汽器運(yùn)行情況作以運(yùn)行時(shí)不間斷的真空狀態(tài)監(jiān)控，若在檢查期間發(fā)現(xiàn)凝汽器的個(gè)別部件存在運(yùn)行異常情況，或運(yùn)行期間的水位未達(dá)到合格線時(shí)，提示此時(shí)凝汽器真空狀態(tài)不佳，有明顯的下降表現(xiàn)，要對其進(jìn)行控制處理，避免發(fā)生凝汽器運(yùn)行真空狀態(tài)不良下的能源消耗量增大情況。

（2）適當(dāng)提高給水溫度。給水溫度會(huì)對鍋爐燃料的消耗量產(chǎn)生影響。當(dāng)給水溫度降低到一定程度時(shí)會(huì)增添燃料消耗，這不僅降低鍋爐的生產(chǎn)效率，還會(huì)產(chǎn)生大量的煙氣，對空氣環(huán)境造成一定污染。因此為解決該問題，可適當(dāng)提高給水溫度。具體而言，保障高加投入率，當(dāng)汽輪機(jī)組啟動(dòng)和滑停時(shí)，可對給水溫度進(jìn)行控制，并且啟停中，可解列或投入高壓加熱器，當(dāng)出現(xiàn)違規(guī)操作時(shí)，需及時(shí)制止。同時(shí)，定期清理管道內(nèi)部，降低污垢位置的熱應(yīng)力和溫差應(yīng)力。此外，保持高加一定的水位，防止泄漏情況。因此，運(yùn)行過程中需保持良好地水位，當(dāng)機(jī)組進(jìn)行檢修時(shí)，可對高壓加熱器進(jìn)行適當(dāng)檢查。

（3）完善汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)。在實(shí)際發(fā)電廠汽輪機(jī)的正常運(yùn)行過程中，為了能最大限度地實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目的，對其自身的熱力系統(tǒng)需進(jìn)行相對應(yīng)的完善，而汽輪機(jī)在運(yùn)行過程中，其自身的經(jīng)濟(jì)性能在一定程度上與熱力系統(tǒng)存在較緊密的聯(lián)系，而在這種形勢下，對熱力系統(tǒng)進(jìn)行一定的優(yōu)化或完善，是有效提高汽輪機(jī)自身節(jié)能降耗的有效措施之一。汽輪機(jī)的熱力系統(tǒng)優(yōu)化不僅需提高汽輪機(jī)自身的整體性能，而且需盡可能地避免汽輪機(jī)在日常運(yùn)行過程中出現(xiàn)一些能量耗損的現(xiàn)象，在實(shí)際操作過程中，汽輪機(jī)的運(yùn)行技術(shù)人員，需根據(jù)實(shí)際情況，按汽輪機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，來對其進(jìn)行整體性能的優(yōu)化配置，最大限度地避免在其進(jìn)行能量運(yùn)輸過程中出現(xiàn)一些損耗現(xiàn)象，而對一些中高壓以外的下缸疏水系統(tǒng)也需對其進(jìn)行相對應(yīng)的改造，這樣才能從根本上提高其自身的工作效率，對汽輪機(jī)的節(jié)能降耗也提供了一定的輔助性影響和作用。

（4）在啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)與停機(jī)過程中的節(jié)能降耗策略。在對汽輪機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)時(shí)，需依據(jù)汽輪機(jī)的啟動(dòng)曲線合理選擇相關(guān)參數(shù)。在啟動(dòng)前，還需對其進(jìn)行預(yù)熱暖機(jī)，導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間延長，用電量增大，使發(fā)電廠的運(yùn)行成本變高。因此，可先使用旁壓先開的方式開啟真空破壞門，使汽輪機(jī)的真空維持在-60～-50kPa范圍，此范圍真空可增大汽輪機(jī)的蒸汽量，加快暖機(jī)速度。這種操作方式不僅能控制膨脹差值，還能降低其并網(wǎng)的時(shí)間。

在汽輪機(jī)正常運(yùn)行過程中，要運(yùn)用定、滑、定的操作方法。這種方法可有效提高低負(fù)荷下鍋爐內(nèi)燃料的燃燒效率與水循環(huán)效率。同時(shí)，還可通過控制水泵的轉(zhuǎn)速來提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

汽輪機(jī)一般只在進(jìn)行檢修時(shí)才會(huì)停機(jī)，停機(jī)過程中使用的參數(shù)是否合理也很重要，只有合理的停機(jī)參數(shù)才能保證系統(tǒng)的各個(gè)部件不會(huì)因緊急停機(jī)而造成破壞，這有利于延長整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。

八、結(jié)語

在我國當(dāng)前各行各業(yè)的快速發(fā)展進(jìn)程中，電力需求日益增大。汽輪機(jī)作為發(fā)電廠中的核心設(shè)備，不僅需要重視其日常檢修與維護(hù)，而且還應(yīng)注重其使用效率的提升，以使其在有效資源利用下達(dá)到節(jié)能降耗的目的，由此促進(jìn)電力事業(yè)的良性健康發(fā)展。另外，節(jié)能降耗問題是當(dāng)前社會(huì)十分關(guān)注的問題，同時(shí)也是社會(huì)未來的發(fā)展趨勢，更加是企業(yè)的未來工作發(fā)展方向。對此，企業(yè)自身要主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境的不斷變化，采取積極的措施展開變革，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，并且在效率和利潤空間上得到提升。若只是單純從汽輪機(jī)的角度考慮，產(chǎn)生能耗的因素有很多，其中包括自身的材質(zhì)和性能，以及機(jī)組的運(yùn)行環(huán)境和各部分之間的協(xié)調(diào)性，還有工作人員的操作等。只有從根源上找出問題，才能尋求有效的解決措施。

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