摘要：近年来，火力发电厂不断进行技术创新和设备改造，引进了多种新型火力发电技术和设备，在我国电厂建设中取得了长足进步。汽轮机的正常运行是影响电厂设备效率的重要条件，也是电厂正常运行的重要保证。尤其是大型汽轮机运行中，对机组的启停控制、参数优化、设备的安全稳定运行均提出了更高的要求。本文将探讨对大型汽机机组在日常运行维护中的优化问题，以帮助提高火电厂运行可靠性和经济性。
关键词：效率；汽轮机；优化；直接空冷
引言
随着现在科技的不断进步和全国电网结构进行了升级和优化，火电机组无论在煤耗和效率上都有很大进步。火电机组效率一般在50%，据统计：300MW以下机组效率在35%-38%之间，600MW机组效率在40%左右，1000MW机组效率在42%左右，而45%以上大多为热电联产机组（其效率为供热折算后的效率）。其主要原因是火电厂中汽轮机做功后的乏汽经过冷却成水后继续进行热力循环，未进行充分做功，造成热源的浪费，导致火电厂效率偏低。目前，我国大型发电厂汽轮机运行中存在机组漏真空、高加泄漏、机组振动增大等等一系列问题。这些问题不仅使电厂效率下降，而且威胁到电厂的安全，通过优化冷端优化及辅机运行方式优化，提高发电效率，减少能源浪费，为社会发展进步提供保障和支持。
1、关于火电厂汽轮机的概述
1.1汽轮机的定义及构成
汽轮机是电厂运行的关键设备，对电厂的运行影响很大。汽轮机是一种利用冲击作用原理将热能转化为机械能的旋转机械。从结构上看，它主要包括旋转部分和静止部分两部分。转动部分由主轴、叶轮、联轴器和动叶组成，静止部分由隔板、汽缸、进气部分、轴承和汽封组成。这两部分是汽轮机运行的关键，在汽轮机运行中起着重要作用。
1.2汽轮机的类型和特点
除按其工作原理将汽轮机分为冲击式和反作用式两种外，还可按其结构分为单级和多级汽轮机；根据其热力学特性，还可分为凝汽式、加热式汽轮机；根据其冷却形式的不同，可以分为湿冷机组和空冷机组，而空冷机组又包括直接空冷机组和间接空冷机组。随着社会的进步和发展，我国的能源结构也在不断调整，原有的汽轮机已不能满足电厂的运行需要。近年来，为满足国家政策和电网的需要求，新建机组多以超（超）临界直接（间接）空冷机组为主。目前，我国电厂汽轮机运行机组老化问题并不少见，对汽轮机故障应及时检修诊断，处理设备的突发情况，及时避免安全问题和隐患。
2、汽轮机运行中存在问题探索
发电厂的基本原理是基于朗肯循环，包括由绝热压缩，定压吸热，绝热膨胀，定压放热四个阶段。而汽轮机运行中，包括绝热压缩、定压放热、绝热膨胀三个阶段。根据DL/T838-2017《燃煤火力发电企业设备检修导则》的相关要求，汽轮机运行一般6-8年进行一次A级等级检修，即对汽轮机进行全面解体检查及修理。随着机组长周运行，汽轮机运行中，汽机本体运行安全性、真空系统运行安全性及经济性、回热系统异常、机组振动等等问题日益突出，严重时，机组提前进行揭缸检查，增加发电运行成本同时，大大降低了电厂运行的可靠性。
2.1汽轮机本体运中存在的问题
机组长周期运行，加上为满足电网的需求，启停次数不断增加，也给了汽轮机运行增加过多隐患。在机组运行中，蒸汽品质不合格、蒸汽温度频繁波动、轴封梳齿片异常磨损，都会对机组做功效率产生一定影响。例如，空冷机组夏季背压达到25kPa以上，凝水温度过高精处理退出，蒸汽品质不合格，导致通流面积上产生结垢或积盐，影响机组效率，严重导致机组无法带至满负荷。由于机组启停过程，蒸汽温度控制不当导致大幅波动，使汽轮机叶片承受的热应力激剧发生变化，而产生热疲劳，甚至蒸汽带水，使叶片产生麻点，严重时汽轮机叶片断裂，汽机跳闸。机组启停频繁，轴封系统控制不当，运行中轴封带水，加剧了轴封梳齿片的磨损，级间漏汽损失增大，汽轮机效率下降。在机组异常停运过程中，运行人员调整不当，轴封供汽失去导致，机组停运过程中，冷空气进入汽轮机，引起动静摩擦，机组恢复运行后，机组振动异常增大。
2.2汽轮机真空系统运行中的问题
汽轮机运行中，在同样的蒸汽流量、参数情况下，提高凝汽器真空，可使蒸汽在汽轮机中的可用焓增加，相应增加汽机负荷。但是在提高真空的同时，需要向凝汽器多供循环水，从而增加循环泵的电耗。由于凝汽器真空提高，使汽轮机功率增加比循环泵多耗功率为最大时的真空为凝汽器的最佳真空。空冷机组同样存在这一问题。如一台空冷660MW机组，根据耗差分析法进行分析计算得出，机组背压每升高1kPa，将影响煤耗升高1.25g/kWh；而降低背压，空冷耗电率升高，厂用电率每上升0.1%，将使煤耗升高0.35g/kWh，加上阻塞背压的影响，确定机组经济背压显得越发重要。此外，机组真空系统的管理，也显得日益突出。当真空系统存在漏点时，凝水溶氧升高，汽水品质下降，严重时，循环水漏入凝结水系统，导致汽水品质恶化。而且汽轮机均设值真空低跳闸和排汽温度高保护，调整不当均会导致机组跳闸等事故的发生。
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2.3汽轮机冷却系统运行中问题
无论是空冷机组，还是湿冷机组，都存在运行中设备换热效率下降和冬季防冻问题，而这些问题在直接空冷机组中尤为突出。直接空冷机组，夏季运行时，受环境温度升高以及室外大风天气的影响，机组背压较高，加之设备管理不当，未及时开展空冷翅片管水冲洗工作，翅片管换热效果明显下降，严重影响空冷机组带负荷能力同时，还要接受电网的考核；冬季运行时，为满足机组调峰的需要，机组常常在夜间环境温度最低时，接带最低负荷，翅片管会发生局部过冷，此时，为保证空冷岛运行的安全性，一般要求运行人员提高背压运行，防止逆流列管束冻结。
2.4汽轮机回热系统运行中问题
为了提高朗肯循环的经济性，提高给水温度，大型汽轮机均设有多级回热加热器。回热加热器根据换热原理分为表面式加热器和混合式加热器。一般高低压加热器属于表面式加热器，除氧器属于混合式加热器，而运行中表面式加热器水位控制尤为重要，水位过低，会使得疏水温度偏高，从而影响换热效率，甚至使换热管束冲刷，严重时导致高加泄漏。水位过高，设备的部分换热管就会浸没在水中，也就意味着有效的传热面积减小了很多，从使加热器的性能下降，而且水位过高，有可能产生汽轮机进水，严重影响设备安全。
3、针对某厂直接空冷汽轮机的运行优化策略的探讨
3.1针对本体设备优化措施
根据该厂所处电网特点以及机组热力特性，要求运行人员加强蒸汽品质监视，发现蒸汽品质异常时，及时进行手动比对，确认指标异常时，采取提高机组补水量等方法，尽快使汽水品质合格；加强轴封系统管理，在低压缸轴封减温水后设置疏水管路，防止低压轴封蒸汽带水，辅汽至轴封汽源保持热备用状态；优化辅汽联箱运行方式，采取各自辅汽联箱具有本机四抽供汽，防止一台机组跳闸，全厂辅汽中断事故的发生。针对直接空冷机组，夏季大负荷高背压工况下，精处理频繁投退温度，充分调研，更换为耐高温的精处理树脂，保证汽水品质。根据设备运行状况，综合分析和评估，合理安排A级检修，强化过程管控，确保检修质量。充分利用管理手段，持续提高运行人员的技能水平，在机组负荷频繁波动时，加强启停管理，控制汽温波动幅度，防止蒸汽温度急剧变化对汽轮机带来的损坏。
3.2针对汽机真空系统优化措施
直接空冷机组，真空系统庞大，真空查漏工作量大，查漏工作繁琐持久，真空系统管理的重要性尤为显现。某厂真空严密性大多为200-300Pa/min，为提高真空系统的运行的可靠性，强化真空系统管理。依据DL∕T 1290-2013 《直接空冷机组真空严密性试验方法》，每周开展真空严密性试验，定期对真空系统查漏工作。利用声呐检测仪和氦气检漏仪等工具，持续开展真空系统查漏工作，发现轴封系统结合处、空冷翅片管道焊接处、排汽装置焊接管道以及轴加水封筒地埋管处等24处真空漏点。此外，利用停机期间，采取蒸汽正压查漏方法，发现抽真空管道焊缝处漏点，最终将真空严密性降至50Pa/min以内,员工技能水平得到提高的同时为企业带来可观受益。与电科院联合作，摸索空冷运行最佳经济方式，根据环境温度温度和机组能耗各项指标分析，持续进行真空系统性能计算和论证，将机组背压由最初的额定15kPa降至10kPa的最佳经济背压运行，有利的降低了空冷机组煤耗。
3.3针对汽轮机回热系统运行的优化措施
汽轮机运行过程中加热器运行安全，直接决定着回热系统的安全。为保证该厂给水温度达到设计温，充分论证，将高加系统逐级疏水方式设置为跨级疏水运行方式，充分利用除氧器加热效果高的优点，降低高压加热器端差，经过摸索经验，提高高加经济性。由于高加液位计多采用双室平衡式水位计，运行中水位控制存在零点偏移的问题，多次组织技术人员，开展高加水位标定工作，提高高加零点至+10mm，保障机组安全性的同时，降低高加端差，提高高加换热效率。优化高低加水位调节自动，引入负荷前馈，使高、低加水位自动投入率达到100%，满足机组频繁变负荷需要的同时控制高加液位波动在±20mm之间，使高、低压加热器长期处于稳定运行工况的同时，还大大减少运行人员的操作量。
结束语
如今我国煤炭市场行情持续火热，加之电力市场持续改革，火电厂盈利能力持续下降，提升现有火电汽轮机组的发电效率是最高效的方式。本文以某发电厂为研究对象，针对其存在的汽轮机本体、真空系统及回热系统运行中存在的问题，提出了对应的三项优化调整措施，对于减少设备检修费用及促进汽轮机组的高效稳定运行，帮助提升该厂的发电效率和经营效益具有重要意义。
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论文作者:吕国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/19
标签：汽轮机论文; 机组论文; 真空论文; 效率论文; 系统论文; 加热器论文; 电厂论文; 《电力设备》2018年第28期论文;