燃煤电厂汽轮机节能降耗方法研究

【摘 要】节能减排是实现环境保护、能源合理开发的一个重要途径，是我国实现可持续发展道路的一个重要方案。燃煤电厂作为用能大户，是极具节能减排潜力的企业。汽轮机是燃煤电厂的重要组成部分，实现汽轮机的节能减排对燃煤电厂的节能减排是十分重要的。本文从汽轮机常见的能源浪费问题出发，从汽轮机本体改造、冷端优化以及汽轮机运行优化三个方面提出了汽轮机节能减排的可行方案，研究结果可为汽轮机节能改造提供一定的理论指导。

【关键词】节能降耗；减排；冷端优化；运行优化

0 引言

燃煤电厂在国内发电企业中占据相当大的一块比重，这些电厂的经济运行直接影响到能源的节约和发电成本的高低，进而影响到发电企业利润的大小。所以实现燃煤电厂的节能减排既是环境保护的要求也是燃煤电厂提高盈利能力的有效途径。燃煤电厂涉及到的主要设备包括锅炉、汽轮机、发电机、凝汽器、高压加热器、除氧器、低压加热器以及省煤器等设备。汽轮机是燃煤电厂中将蒸汽的内能转化为机械能的重要设备，汽轮机能量的合理利用直接影响到电厂对能源的利用率。提升汽轮机效率，实现汽轮机的节能降耗具有深刻的现实意义。实现汽轮机的节能降耗一般可以从三个方面入手：汽轮机本体的改造、汽轮机冷端优化以及汽轮机运行优化。

1 汽轮机常见的能源浪费问题

了解汽轮机常见问题是改进汽轮机实现燃煤机组节能减排的前提，汽轮机能源的浪费一般是由多方面引起的，一方面汽轮机长时间运行难免会发生一些常见的故障，无法及时处理就会引起汽轮机运行性能的下降甚至引发安全事故；另一方面即使汽轮机运行正常不存在任何的故障，汽轮机设计不合理不能高效的利用蒸汽的内能将会直接导致能源的浪费，再者汽轮机运行管理不善，使汽轮机长时间处于非正常工况下运行会使汽轮机效率明显下降，最后引起汽轮机运行效率降低的一个重要因素就是汽轮机冷端温度和真空的控制，改进汽轮机冷端设备，合理提高凝汽器真空度将实现汽轮机运行效率的提升。

综上可知，汽轮机的节能降耗要从多方面入手，发现汽轮机运行能源浪费过程中的主要矛盾，对症下药将对汽轮机节能降耗起到事半功倍的效果。

2 汽轮机本体改造

目前，国内部分机组的汽轮机在设计建造过程与实际运行中存在一些问题，可以通过一些改进实现其运行性能的提升，当然在改造过程中要结合成本和汽轮机运行性能的提升。汽轮机在设计中常见的问题主要包括如下几点内容：（1）汽轮机设计不合理，汽轮机机组通流子午面设计不够光滑，从而造成蒸汽通流过程不必要的能量损失；（2）有些机组的汽轮机叶片仍然采用直叶形叶片，叶形空气动力学性能差，叶型损失较大，通过设计和采用先进的弯扭叶形叶片可以大幅度降低因叶形设计不合理而造成的损失，提高机组的运行效率；（3）由于级组设计的不合理性，汽轮机级间焓降的分配不够合理，级效率低，造成不必要的蒸汽的能量损失，使机组运行性能降低。针对以上问题，本文提出了汽轮机节能改造的几点措施和建议：（1）叶片采用全三维设计技术进行流道优化分析，并且尽量采用目前较为先进的弯扭叶形作为叶形的设计基础。采用数控工艺和设备进行加工，提高加工的精度，降低因叶形设计不合理造成的损失，保证叶片的型线和气动性能符合设计要求。（2）取消高压汽缸法兰螺栓加热装置，采用加厚窄法兰，既能简化结构，又使机组起动时操作方便，充分适应调峰运行。前轴承座定中心凸肩由固定式改为可调整式结构。（3）不改变高压导汽管以及各抽汽口的位置，不改变原来的回热系统。（4）前轴承箱、轴承座安装位置以及汽缸与前后轴承座的联接方式不改变。

3 汽轮机冷端优化

所谓的汽轮机冷端优化，是对汽轮机凝汽器背压进行控制，提高汽轮机末端排汽的压力，从而提高热力系统整个循环的效率，降低机组的能耗，达到节能减排的目的。本文主要提供了两种改造方案：（1）真空系统的改造技术。其实上，在电厂实际运行过程中凝汽器真空的控制对机组的运行是十分重要的一个指标，改造凝汽器优化汽轮机的真空系统可以提高机组的运行效率、性能。真空系统的改造属于发电厂的节能领域中的一项，它主要是针对水环式真空泵的抽气系统设计的一项装置。通过智能的制冷系统，给真空泵提供低温度的水，从而使真空泵的抽气效率提高，并同时降低了凝汽器的压力，通过这种方式提高凝汽器的压力，获得节能的效果。這首先可以通过低温的工作水提高凝汽器真空效果，空气是主要的凝汽器传热热阻来源，凝汽器中空气量的增加会涉及到不凝结气体的换热，从而使换热性能极具的降低，所以控制凝汽器中空气的分压力可以有效的保证凝器的真空度。要实现对凝汽器中空气分压的控制，一方面要适时的检查真空系统的严密性，凝汽器的严密性保持的越好就可以尽量减少空气等不凝结气体的进入，减少空气在凝汽器中的分压；另一方面，要合理提升真空泵的工作效率，增大对空气的排出量，降低空气的分压。其次，可以将冷端系统的冷源统一协调，更加合理的控制凝汽器的真空度。对于某些大型机组来说，凝器系统的真空泵通常不止一台，所以在多数真空泵中总会存在开始启用和停止启用的状况。而不同的真空泵之间的负荷和工作水量也不尽相同。如果我们能够做到冷端系统的冷源统一协调的话，就可以降低凝汽机的分压力。最后，可以合理利用废蒸汽及低品位的热水。真空系统可以选择多种方式，比如电力驱动方式、低品位热水驱动，不过这个要根据各发电厂的要求来确定使用哪种方式。在多个方式中，低品位水驱动效率是最高的，它不仅增加了凝汽机的真空效率，也降低了能源的需求。（2）设计时采用双背压式凝汽器，双倍压式凝汽器相对于普通凝器来说有其独特的优势。首先对于大容量机组，低压缸一般设计为多排汽口，这就为制造双压式（或者更多压式）凝汽器创造了条件。其次，在同样的凝汽器热负荷下，双压凝汽器的折合压力要低于单压凝汽器的折合压力，因此循环的热效率可以提高。就一般而言，多压凝汽器的气室数目越多，折合压力也就越低。实践中的结果显示，当机组采用多压凝汽器后，凝汽器的效率一般可以提高0.15%～0.25%。

4 汽轮机运行优化

汽轮机的阀门调节一般有两种方式。一种为单阀调节，即通过调整汽轮机蒸汽参数来进行调节，这种调节方式难免在调节阀门过程中产生节流损失，造成能量的损失；另一种为顺序阀调节，即通过喷嘴来实现蒸汽阀门的开关，这样做一个优势就是当一个阀门全开时将不会存在节流损失，相对于单阀调节来说可以有效提升机组在非额定工况下的运行效率。当前汽轮机的配汽方式主要是复合型的配汽方式，这种方式在启动或者低负荷阶段，都可以通过单阀的方式来实现汽轮机的运行，也可以在额定负荷下，通过顺序阀来实现汽轮机的配汽运行。但是，这种复合型的配汽方式在高负荷作用时，可以有着相对较高的效率，然而在低负荷作用时，这种配汽方式的弊端逐渐凸显，即节流的损失很大。为了实现汽轮机运行的优化，故对汽轮机的配汽方式进行优化，实现节能降耗、提升经济性的目的。

当前运行的汽轮机大多采用复合配汽的方式来实现，汽轮机在较低的负荷作用下启动时，通常采用的是节流调节方式，此时的四个阀门同时启动，在一定负荷作用时，关闭部分阀门，转化为顺序阀调节方式。传统的复合型配汽方式的最优负荷点为90%以上负荷，然而汽轮机在运行过程中，为了有效的提升部分负荷的运行效率，减小阀门调节方式转变所带来的损失，很多的负荷都是通过滑行参数来进行控制，即保持阀门开度不变，通过蒸汽压力来实现负荷的转变，由于存在瞬间的负荷转变，为此导致调节阀门的顺序阀调节方式损失较大。

传统汽轮机的复合型配汽方式会导致负荷作用改变时，由于蒸汽压力的转变，导致瞬间的热损失较大。为此将传统的复合型配汽方式进行优化，通过单阀调节方式向顺序阀调节方式转变的“两阀式”运行过程优化为单阀式—顺序阀式—单阀式的“三阀式”调节过程。这种“三阀式”调节具有以下几个优势。第一，调节级强度的优化。通过汽轮机配汽方式的转变，可以实现对负荷作用的有效调节，为此需要对调节级强度进行重新校核。对于“两阀式”运行方式，由于瞬间的负荷作用相对较大，对调节级强度的要求相对较大，进而增大对机械的一种负担，同时提高了能耗。“三阀式”调节由于可以有效的适应汽轮机的负荷转变方式，且需要通过三阀进行负荷的分担，其调节效果明显优于“两阀式”。且调节级强度会相对较低，实现能耗的减小。第二，滑压运行曲线的优化。三阀的流通能力会明显高于两阀，为此“三阀式”方案的最佳运行方式会有所不同。由于三阀调节能力的增强，其不同负荷的最佳运行方式将可以实现更加圆滑的转变，转变瞬间的能耗会明显降低。

5 总结

实现燃煤电厂汽轮机的节能减排是实现燃煤电厂节能降耗提高其运行经济性的重要途径和方法，汽轮机属于燃煤電厂中的大型旋转设备，了解并熟悉燃煤电厂中常见的能源浪费问题是实现电厂节能减排的前提。本文从燃煤电厂汽轮机能源浪费常见问题出发，从汽轮机本体改造、汽轮机冷端优化以及汽轮机运行优化三个方面讨论了汽轮机节能降耗的可行措施和方案。本文的分析结果可以为燃煤电厂汽轮机节能改造提供一些可行的建议。

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[责任编辑：汤静]

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