摘要：随着汽轮机应用的不断普及，目前其不仅火力电厂广泛使用，也成为化工生产中直接驱动大型机械的重要设备之一，同样也是能源消耗较多的环节之一。立足于现状，首先分析了汽轮机能耗的基本特征与降耗可行性，其次对影响汽轮机运行节能降耗的因素进行了探索，并提出了汽轮机运行节能降耗的优化策略，希望可以为降低整体能源消耗，提升企业的综合经济效益创造条件。
关键词：汽轮机；节能降耗；运行策略
引言
随着全球能源的不断消耗，目前各个国家都开始关注节能减排。我国作为全球最大的发展中国家，能源结构调整方面的压力同样很大，所以对于节能降耗方面的技术水平要求较高。汽轮机以往作为火力电厂生产过程中必不可少的环节以及能源消耗大户，做好节能降耗的处理可以说是基本要求。随着技术的进步，化工生产中的大型机械设备不宜采用电力驱动，越来越多的采用汽轮机驱动，因此汽轮机的节能降耗在生产中的作用尤为重要。为了进一步分析汽轮机节能降耗的控制策略，现就汽轮机运行节能降耗的特征分析如下。
一、汽轮机能耗概述
1.机组功能与能耗特征
汽轮机的基本原理是能量转化，其主要与发电机、蒸汽发生器等多种设备组装在一起使用。在使用过程中，其必然需要经历能量的内部转化，而只要是能量的转化，势必会出现损失，这就是能耗的主要来源。从客观上来看，其出现能源的消耗主要是两个具体的部分：一个是本体部分，在外缸体以及喷嘴室的使用过程中可能会随着机械疲劳而出现应力方面的变换，从而导致提升力不足，进而出现压损较大的情况，此时的热力系统的泄露率也会增加，所以本体的泄露也会变得越来越严重。在低压缸使用过程中则有可能会出现提升力不足、腐蚀严重等问题，从而导致本体泄露进一步加剧；另外一个方面就是机组方面，在机组运行过程中，如果设置不合理，可能会出现局部温度过高、真空数值偏高以及实际运行的负荷数不匹配的问题，除此之外还可能会出现运行方式不科学，运行技术的能耗控制效果不佳，这些都是造成电厂成本增加的重要原因。
2.汽轮机节能降耗的可行性
汽轮机节能降耗技术的应用与优化需要基于一定的节能降耗可行性的分析要求。实际上，国际上自从出现了汽轮机技术，节能降耗的研发就一直没有停止过。早在上个世纪末期我国就开始进行汽轮机节能降耗技术的优化，这个时期汽轮机的节能降耗技术与国际先进水平存在巨大的差距。但是，经过数十年的发展，目前我国的汽轮机节能降耗水平获得了而显著的提升，不但有效降低了能源的消耗，同时也在一定程度上提升了汽轮机的安全性、稳定性，这对于技术实现价值具有重要的意义。除此之外，许多技术研究人员通过节能降耗项目的经济评估方式来对项目进行改造，其结果表明适当的技术改进往往比引入新的汽轮机的成本更低，这样一来技术具有实际应用推广的价值，更具有长远经济效益的特征，所以落实起来具有良好的优势与价值。
二、影响汽轮机运行能耗的因素
1、级内轮周损失，包括喷嘴能量损失、动叶能量损失和余速损失。蒸汽在动叶栅中做功后，会以一定的余速动能离开动叶栅，未能在动叶栅中转换为机械能的一部分动能，称为这一级的余速损失。
2、叶轮摩擦损失。产生叶轮摩擦损失的根本原因是由于蒸汽具有粘性。叶轮两侧充满停滞的蒸汽，当叶轮旋转时，紧贴在叶轮表面的蒸汽以与叶轮相同的速度一起旋转，而紧贴隔板和汽缸壁的蒸汽速度为零。因此在叶轮两侧到隔板的轴向间隙中，蒸汽形成层与层之间的速度差，从而产生了摩擦损失。对于反动式汽轮机，由于动叶片直接装在轮毂上，因此不考虑叶轮摩擦损失。
3、部分进汽损失，包括鼓风损失和斥汽损失。此项损失一般只在部分进汽的级中产生，对于全周进汽的级不存在此项损失，因此不做过多讨论。
4、漏气损失。无论是冲动级和反动级的流通部分，动静部分都存在径向间隙，且间隙前后都存在压力差，这使得工作蒸汽的一部分不通过主流通道，而是经过径向间隙流过，造成漏气损失。
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5、湿气损失。凝汽式多级汽轮机的末几级常在湿蒸汽区工作，会产生湿气损失。湿蒸汽在膨胀时，一部分蒸汽凝结成水滴，使做功的蒸汽量减少，不做功的水滴流速低于蒸汽流速，高速蒸汽被低俗水珠牵制，消耗了部分动能。湿蒸汽流动中，水珠的速度一般只能达到蒸汽流速的10%-13%，在相同的圆周速度下，水珠在进入动叶片时，流动方向将撞击在动叶的背弧上，阻碍了动叶的旋转。对湿蒸汽的讨论，更主要的是它对叶片的侵蚀。
汽轮机作为一个整体，除了存在各级的级内能量损失外，还包括整体的轴端轴封的漏气损失、进排汽阻力损失和机械损失。
三、汽轮机运行节能降耗的策略
1、从结构上看，可以采取减小叶轮与隔板间的轴向间隙和降低叶轮表面粗糙度的方法来减小叶轮摩擦损失。影响摩擦损失的主要因素有轮周速度、叶轮直径、蒸汽比容。从汽轮机高压级到低压级，轮周速度、叶轮直径和蒸汽比容都呈增大趋势，尤其蒸汽比容增大明显，因此它对摩擦损失影响最大。在汽轮机高于级中比较较小，摩擦损失较大，而在低压级中比容很大，摩擦损失很小，通常可以忽略不计。
2、减小隔板漏气损失的措施有：a.设置隔板汽封是减小损失的最有效方法，且齿数越多，漏汽量越小；b.在喷嘴和动叶根部设置轴向汽封，减少进入动叶的漏汽量；c.在叶轮上开平衡孔，并在动叶根部处采用适当的反动度，使隔板漏汽全部通过平衡孔流到级后，避免漏汽今天动叶汽道，扰乱主气流。
3、采用去湿装置，利用水珠的离心力使水珠经过捕水槽道进入捕水室，然后沿捕水室流至气缸下部的疏水槽中，进入凝汽器。另外，还可以采用具有吸水缝的空心叶片，将喷嘴叶栅做成空心叶型，并使其空心部分与凝汽器相连，形成负压，将水膜吸走。但最根本的措施是运行中限制蒸汽的湿度。
4、为了减少汽缸内的高压高温蒸汽向外泄漏，避免外界空气自低压端漏入汽缸，破坏汽轮机的排汽真空，在汽轮机主轴两端设置轴封，减少轴端漏气损失。
5、汽轮机进汽阻力损失与汽流速度、阀门类型、汽阀型线以及汽室形状等因素有关。为了减小进汽阻力损失，限制蒸汽流速是一个办法，但并不能从根本上解决问题，流速减小势必增大流通面积，将使汽门的尺寸加大，体积庞大给制造、安装、运行都带来一定困难。因此减小进汽阻力损失的主要方法是改进蒸汽在通过汽阀时的流动特性。改进阀门结构类型对改善阀门流动特性作用很大。采用带扩压管的单座阀，既能保证阀门严密性，同时因有扩压管，虽阀内蒸汽的最大流速较高，但在扩压管中可把部分蒸汽动能重新变为压力能，即使在阀门尺寸较小的条件下，仍有较小的节流损失和较高效率。
6、对于大功率凝汽式汽轮机，由于排汽余速较大，为提高机组的经济性，可通过扩压的办法把排汽动能转化为静压，以补偿排汽管中的压力损失，这样排汽管既是排汽的通道，又是具有较好扩压效果的扩压器。
总结
综上所述，社会生活中节能降耗逐渐成为工农业生产新的趋势，而火力电厂作为能源生产机构，其更需要关注能源的生产成本。结合目前我国汽轮机运行节能工作的开展现状，依然需要做好汽轮机本体结构优化、降低能量损失等方面同时完善节能降耗的策略，提升整体的经济性的同时也为企业的平稳快速发展创造条件。
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论文作者:张金昌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第34期
论文发表时间:2019/5/20
标签：汽轮机论文; 节能降耗论文; 损失论文; 蒸汽论文; 叶轮论文; 流速论文; 摩擦论文; 《电力设备》2018年第34期论文;