發(fā)電廠汽輪機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備的節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)

李光耀 李安東

華電章丘發(fā)電有限公司 山東 濟(jì)南 250216

引言

供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的正常運(yùn)行至關(guān)重要，而汽輪機(jī)作為火電廠供電系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其輔機(jī)的檢修工作直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和安全性。隨著電力需求的增加，保障汽輪機(jī)輔機(jī)的正常運(yùn)行顯得尤為重要，這不僅有助于節(jié)約能源、減少損耗，還能提高工作效率。

汽輪機(jī)輔機(jī)在使用過(guò)程中可能出現(xiàn)各種故障，由于其組裝復(fù)雜、零部件繁多，檢修工作的難度和工作量相對(duì)較大。因此，對(duì)汽輪機(jī)輔機(jī)常見(jiàn)故障的檢修工作必須具備嚴(yán)謹(jǐn)性和標(biāo)準(zhǔn)性，以確保檢修工作的有效性和安全性。

為了提高汽輪機(jī)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性，需要加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)輔機(jī)的檢修工作。這不僅包括對(duì)已經(jīng)出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維修，還包括對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期的檢查和預(yù)防性維護(hù)。通過(guò)科學(xué)合理的檢修工作，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題并采取措施，確保汽輪機(jī)設(shè)備的可用性和安全性。

在電力行業(yè)，汽輪機(jī)的正常運(yùn)行直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。因此，電力企業(yè)應(yīng)高度重視汽輪機(jī)輔機(jī)的檢修工作，建立完善的檢修計(jì)劃和標(biāo)準(zhǔn)，培養(yǎng)專業(yè)的檢修人員團(tuán)隊(duì)，以確保供電系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，為國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供穩(wěn)定而可靠的電力支持。

1 可行性分析

電力系統(tǒng)的科技化發(fā)展對(duì)我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，而作為火電廠發(fā)電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)系到整個(gè)供電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。為了確保發(fā)電機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)輔機(jī)的設(shè)備管理和定期檢修工作，以維護(hù)供電企業(yè)的生產(chǎn)效率和效益。在眾多企業(yè)的設(shè)備維修管理實(shí)踐中，為提高汽輪機(jī)設(shè)備的良好運(yùn)行，通常會(huì)設(shè)立專門的負(fù)責(zé)人員進(jìn)行設(shè)備管理。這些專員負(fù)責(zé)監(jiān)督和組織汽輪機(jī)輔機(jī)的定期檢修工作，確保設(shè)備處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

1.1 技術(shù)角度

就目前而言，中國(guó)現(xiàn)有的汽輪機(jī)技術(shù)在長(zhǎng)期的生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展下，已經(jīng)具備了相當(dāng)成熟的技術(shù)水平，這在一定程度上提高了機(jī)組的熱效率，提高了機(jī)組和輔助設(shè)備的能量轉(zhuǎn)化率，對(duì)于提高我國(guó)的節(jié)能減排能力有著非常重要的意義[1]。通過(guò)技術(shù)改造，使機(jī)組和輔助機(jī)組的安全、可靠運(yùn)行得到了一定的提高，為電站機(jī)組和輔助機(jī)組的節(jié)能降耗提供了有力的技術(shù)支持。

1.2 經(jīng)濟(jì)角度

電站機(jī)組和輔助機(jī)組的節(jié)能技術(shù)在技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)技術(shù)革新后的成本和效益進(jìn)行合理、科學(xué)的評(píng)估，避免盲目追求技術(shù)創(chuàng)新，或改造后不能實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排的目標(biāo)。

就當(dāng)前而言，大部分大型電站的改造和革新，與新型機(jī)組相比，投資成本都比較低，通過(guò)技術(shù)改造和技術(shù)革新，可以有效地降低機(jī)組和輔機(jī)的能源消耗。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，電站在汽輪機(jī)及輔助設(shè)備的節(jié)能改造中，具有很高的經(jīng)濟(jì)性。

2 發(fā)電廠汽輪機(jī)的主要結(jié)構(gòu)特征

發(fā)電廠的汽缸主體采用高壓合缸，通流段逆向排列，高壓油缸則采用雙層油缸設(shè)計(jì)。在連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)中，主要蒸汽及再熱蒸汽的平均溫度維持在537℃，且可以在551～565℃之間浮動(dòng)。這樣的運(yùn)行溫度保障了機(jī)組的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，而每次連續(xù)工作的時(shí)長(zhǎng)為15min，年累計(jì)工作時(shí)間達(dá)到80h[2]。

渦輪的高壓轉(zhuǎn)子和低壓轉(zhuǎn)子采用全斷面結(jié)構(gòu)，在121℃下會(huì)發(fā)生脆性過(guò)渡。為確保啟動(dòng)過(guò)程的順利進(jìn)行，必須提前進(jìn)行預(yù)熱，將轉(zhuǎn)子的中央溫度升至121℃以上，以便將低壓轉(zhuǎn)子和發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子連接起來(lái)。渦輪爬升機(jī)構(gòu)安裝在低壓氣缸的后軸承蓋上，采用低速盤車，速度為4.26rm-1，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)盤車和分批盤車。而在渦輪機(jī)的速度超過(guò)盤車時(shí)，盤車會(huì)自動(dòng)跳閘，以確保機(jī)組的安全。

為了進(jìn)一步提升汽輪機(jī)的性能，在已有的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套合滑銷，并將其置于高壓缸的中線前端。這一系統(tǒng)包括高壓蒸汽源控制站、再熱冷卻區(qū)和輔助蒸汽源控制站。在低負(fù)載工況下，通過(guò)適當(dāng)選擇氣源，對(duì)高、中、低壓氣封進(jìn)行充氣，以減少起動(dòng)時(shí)間。而為了最大限度地控制氣缸的溫度差和差脹，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者對(duì)高壓缸進(jìn)行了內(nèi)外部的加熱和調(diào)節(jié)。同時(shí)，引入了夾層加熱汽源，以及預(yù)熱的汽源作為輔助蒸汽。

在汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，通過(guò)不同的工作模式，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組節(jié)流和噴口的無(wú)干擾切換，可通過(guò)調(diào)整噴嘴節(jié)流來(lái)提升機(jī)組的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。值得注意的是，設(shè)備、主蒸汽溫度、電力負(fù)荷和處理系數(shù)等因素都會(huì)對(duì)機(jī)組的節(jié)能效果產(chǎn)生一定的影響。汽輪機(jī)的主要部件是氣缸，因此提高氣缸的效率對(duì)整個(gè)電廠的工作效率都有著積極的影響。通過(guò)這一系列的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，這臺(tái)汽輪機(jī)在提高性能和降低能耗方面取得了顯著的進(jìn)展。

3 汽輪機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備的影響能耗因素

3.1 能耗因素

汽輪機(jī)氣缸作為一個(gè)相對(duì)封閉、性能良好的氣室，在工作中起到了關(guān)鍵的作用，即阻斷氣缸內(nèi)的氣體與外界空氣，并將蒸汽轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。在氣缸內(nèi)外之間存在一層氣隙，這個(gè)設(shè)計(jì)有助于在工作時(shí)通過(guò)熱輻射影響，使汽缸內(nèi)的熱能輸送到外汽缸，實(shí)現(xiàn)內(nèi)汽缸內(nèi)熱能的一定預(yù)熱，從而提高了汽缸的工作效率[3]。

在汽輪機(jī)和輔助裝置的運(yùn)行中，氣缸的噴水量直接影響壓力和溫度。當(dāng)熱能持續(xù)供給時(shí)，噴水與空氣的比例逐漸增大，導(dǎo)致熱能消耗增加，渦輪和輔助設(shè)備的工作效率一直保持在相對(duì)較低水平，同時(shí)也造成了較大的熱能損失。

為確保系統(tǒng)的高效運(yùn)行，必須注重鍋爐冷卻水和過(guò)熱器的內(nèi)部清潔，并確保輔助管道的合理性和封閉性。這些措施有助于減小能源損失，提高系統(tǒng)的整體效率。在實(shí)際操作中，持續(xù)監(jiān)測(cè)和維護(hù)這些關(guān)鍵組件的清潔狀況，以及調(diào)整噴水量，是確保汽輪機(jī)和輔助設(shè)備高效運(yùn)行的關(guān)鍵步驟。

3.2 調(diào)整因素

在機(jī)組運(yùn)行調(diào)試中，發(fā)現(xiàn)存在多個(gè)問(wèn)題直接影響了機(jī)組的節(jié)能效果[4-5]。首先，循環(huán)水的操作模式?jīng)]有經(jīng)過(guò)有效優(yōu)化，二次過(guò)濾器未得到及時(shí)的維修，這導(dǎo)致了系統(tǒng)的堵塞問(wèn)題。另外，真空泵的冷卻水溫度過(guò)高也導(dǎo)致了系統(tǒng)真空度的偏高，進(jìn)一步影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

其次，在啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，如果溫度調(diào)節(jié)不及時(shí)或調(diào)節(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘，頻繁啟停，進(jìn)而增加了機(jī)組的能源消耗。這顯然是一個(gè)需要及時(shí)調(diào)整和改進(jìn)的操作問(wèn)題。

第三，部分設(shè)備未采用新技術(shù)或?qū)显O(shè)備進(jìn)行改造，其耗能高于技術(shù)革新設(shè)備。這提示電廠需要更積極地推進(jìn)技術(shù)更新，采用更為節(jié)能的設(shè)備，以提高整個(gè)系統(tǒng)的能效。

此外，冷凝泵的操作模式不合理，導(dǎo)致機(jī)組和輔助機(jī)組的運(yùn)行能量消耗增大。合理的環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)是確保系統(tǒng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

最后，加熱器的水位設(shè)置不合理，無(wú)論是設(shè)置得太高還是太低，都會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的熱能傳遞效率。因此，對(duì)加熱器的水位設(shè)置進(jìn)行合理調(diào)整，是提高機(jī)組整體能效的重要一環(huán)。

綜上所述，解決這些問(wèn)題需要在機(jī)組運(yùn)行調(diào)試中引入更科學(xué)的操作模式和現(xiàn)代技術(shù)，保養(yǎng)設(shè)備、優(yōu)化操作流程，以確保機(jī)組以最佳狀態(tài)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)更好的節(jié)能效果。

4 汽輪機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備節(jié)能增效分析

在多年的實(shí)踐和技術(shù)支持的不斷演進(jìn)下，機(jī)組的熱效率經(jīng)歷了顯著提升，能量損耗減少，機(jī)組和輔助設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換率也得到了明顯改善。通過(guò)對(duì)機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造，安全性和可靠性得到了提高，從而在電廠中得到了廣泛應(yīng)用。

在電廠運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)創(chuàng)新機(jī)組運(yùn)行模式，平衡經(jīng)濟(jì)效益和節(jié)能效益，并對(duì)機(jī)組和輔助機(jī)組的能耗進(jìn)行有效控制是可行的。透平氣缸自身具備較好的密封性能，但由于熱輻射的影響，內(nèi)部氣缸的熱量可能輸送到外部氣缸，導(dǎo)致能量損耗。通過(guò)引入蒸汽管道到汽缸夾層中，能夠顯著減少機(jī)組的起動(dòng)時(shí)間，最大限度提升機(jī)組的起動(dòng)效率[5-6]。

機(jī)組和輔助機(jī)組的聯(lián)合運(yùn)行模式會(huì)對(duì)整體經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生重要影響。為了防止機(jī)組出現(xiàn)阻塞，必須對(duì)機(jī)組的循環(huán)水進(jìn)行優(yōu)化。在啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，機(jī)組容易出現(xiàn)阻塞，不合理的熱機(jī)時(shí)間和頻繁啟動(dòng)都會(huì)增加機(jī)組和輔助設(shè)備的能源消耗。因此，對(duì)循環(huán)水進(jìn)行有效的優(yōu)化和控制是維護(hù)機(jī)組高效運(yùn)行的關(guān)鍵。

5 汽輪機(jī)及其輔機(jī)設(shè)備節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)

5.1 加強(qiáng)技術(shù)改造

在長(zhǎng)期使用后，機(jī)組的能量消耗會(huì)有一定的下降。為了提高機(jī)組和輔助機(jī)組的工作效率，達(dá)到節(jié)能減排的目的，電廠提出了一套較為完善的能源消耗技術(shù)改造方案。

5.1.1 鍋爐抽水設(shè)備的改進(jìn)。技術(shù)人員對(duì)鍋爐水泵進(jìn)行了改造，用低能耗的上泵進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，并在鍋爐點(diǎn)火、升壓后進(jìn)行了電泵的起動(dòng)。通過(guò)對(duì)上水泵的改造，使機(jī)組和輔助機(jī)組的運(yùn)行能耗得到明顯的減少，從而使電廠的總體經(jīng)濟(jì)效益得到了明顯的改善。

5.1.2 凝結(jié)器系統(tǒng)改造。在電站的生產(chǎn)過(guò)程中，高精度的試驗(yàn)裝置對(duì)于確保系統(tǒng)的密封性至關(guān)重要。相關(guān)人員有責(zé)任定期進(jìn)行真空密封試驗(yàn)，并對(duì)循環(huán)水的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格檢查，以防止可能導(dǎo)致系統(tǒng)堵塞的問(wèn)題[7]。

此外，工作人員需保持對(duì)銅管的定期清潔，并加強(qiáng)對(duì)抽水裝置的保養(yǎng)工作。對(duì)抽水罐室內(nèi)溫度的定期試驗(yàn)也是必要的，以確保其保持在適宜的26℃左右。這有助于維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和高效運(yùn)行。

為了保證冷凝器真空的嚴(yán)密性，應(yīng)采取定期維護(hù)抽水裝置的措施，以確保冷庫(kù)工作液面維持在正常范圍內(nèi)。同時(shí)，引入了一系列節(jié)約能源的技術(shù)，旨在提高系統(tǒng)的能源利用效率。這些維護(hù)和優(yōu)化措施共同確保了電廠系統(tǒng)的可靠性，降低了潛在故障風(fēng)險(xiǎn)，并促進(jìn)了能源的有效利用。

5.1.3 汽水系統(tǒng)改造。為確保蒸汽在循環(huán)部位不形成污物，應(yīng)采取定期水質(zhì)監(jiān)測(cè)的措施，以提高機(jī)組的運(yùn)行效率。技術(shù)人員根據(jù)汽輪機(jī)的給水程序進(jìn)行操作，并對(duì)供熱系統(tǒng)進(jìn)行了改造，以防止蒸汽渦輪機(jī)組在運(yùn)行時(shí)對(duì)高壓加熱器進(jìn)行解排。這一改進(jìn)措施旨在保證管道通暢，防止冷卻水滲漏，從而確保汽輪機(jī)和輔助設(shè)備的能源消耗達(dá)到最大效益。

為了避免熱水溫度過(guò)高，電廠應(yīng)采取防范措施，以防止淹沒(méi)換熱管，減小換熱面積，降低換熱效率，進(jìn)而導(dǎo)致疏水回流，影響機(jī)組的安全運(yùn)行[8]。為了最大程度降低人工操作錯(cuò)誤的影響和減少不必要的能耗，電廠有關(guān)部門應(yīng)定期保養(yǎng)高壓熱水器。此外，還可以通過(guò)定期檢查與保養(yǎng)熱水器冷水機(jī)的裝置，實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源的目標(biāo)。這些維護(hù)和管理措施的實(shí)施有助于確保電廠系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行，提高能源利用效率，同時(shí)降低不必要的維修成本。

5.2 優(yōu)化給水系統(tǒng)運(yùn)行方式

針對(duì)目前電廠鍋爐的使用要求，技術(shù)人員提出了取消一級(jí)葉輪、調(diào)節(jié)水泵揚(yáng)程的建議。同時(shí)，技術(shù)人員建議對(duì)變頻裝置進(jìn)行調(diào)整，將工頻電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的泵的五段葉輪去掉，并增設(shè)了套管和軸套作為葉輪[9]。在更換完畢后，技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行了高速動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，保證了其工作的穩(wěn)定性和高的實(shí)用率。該裝置的供水性能穩(wěn)定，節(jié)約能源，可有效地減少節(jié)流引起的損失，降低電廠的生產(chǎn)能耗，增加電廠的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能降耗的總體目的。

6 結(jié)束語(yǔ)

汽輪機(jī)是一種利用蒸汽作為能源，將蒸汽和熱量轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，在電廠中得到了廣泛的應(yīng)用，具有較高的工作效率和較長(zhǎng)的使用周期。為了提高電廠的產(chǎn)能、降低能源消耗，需要對(duì)機(jī)組和輔助機(jī)組進(jìn)行改造，提高機(jī)組的節(jié)能技術(shù)，促進(jìn)電廠的可持續(xù)發(fā)展。