摘要：汽轮机作为电厂的关键设备，其运行的可靠性、经济性直接影响着电厂的经济效益。由于在电厂的整个能源消耗中汽轮机所消耗的能源占比最大。所以，企业必须重视汽轮机运行中的节能降耗工作，采取一系列有效措施才实现节能降耗，使电厂获得最大化的经济效益，促进电厂的可持续发展。
关键词：电厂汽轮机；节能降耗；主要措施
引言
近年来，随着社会发展速度越来越快，社会对电能的需求量不断增加，作为我国主要电力供给源的火电厂，必须不断提高发电效率，才能满足社会的电能需求量。在激烈的市场竞争中，人们通过不断对汽轮机的运行方式进行研究，旨在提高汽轮机的运行效率，实现提升产能和节能减排的目标。对汽轮机技术和运行方式进行改进，可以进一步降低能耗，提高电厂经济效益。在社会发展过程中，电厂发挥着至关重要的作用，是整个社会运转的动力源泉，改进汽轮机技术，可以提高火电厂的生产效率，减轻环境压力，促进电厂效益和社会效益的提升。
1电厂汽轮机的节能原理
1.1汽轮机节能指标
热耗率HR是指汽轮发电机组产出每千瓦时电能时所消耗的热量，其表达式为：
式中，D为蒸汽流量（kg/h）；q0为单位工质在锅炉里的吸热量（kJ/kg）；
为汽轮发电机的输出功率（kW·h）；
为理想蒸汽动力循环的热效率；
为汽轮机相对内效率；
为机械效率；
为发电机效率。
汽轮机绝对内效率ηi是指1kg蒸汽在汽轮机内所做的内功Wi与在锅炉中的吸热量q0之比，其表达式为：
1.2汽轮机节能原理
为了达到火电厂节能减排的目的，需要对汽轮机进行诊断、评估，找出影响能耗的主要因素，展开定量偏差原因分析，分析节能潜力，然后提出节能降耗的措施，并实施技术改造，最终达到节能减排的目的。根据理论分析以及电厂运行维护经验可知，影响汽轮机热效率的因素主要有高压缸效率、中压缸效率、低压缸效率，调节阀运行方式及开度，主蒸汽压力，主蒸汽温度，再热蒸汽温度，机组补水率，凝汽器压力，最终给水温度，小汽轮机进汽流量，阀门内漏等。下面对影响节能减排的几个主要因素进行原理分析，并以此为基础来实现对汽轮机的改造。
1.2.1提高汽轮机通流性能是节能降耗工作的关键
汽轮机汽封漏汽对机组的经济性影响较大。高中压轴封漏汽量试验表明，电厂2台机组高中压缸轴封间漏汽量较大，因此具有一定的节能空间。对汽轮机通流部分进行改造，则是通过提高汽轮机各缸内效率和扩大通流面积，增大进汽流量，以改造后汽轮机各缸内效率的实际值和出力能力作为考核标准，来检验节能减排的效果。动静叶轴向间隙及盖度如图1所示。在技术上可以根据表1内容，通过调节叶高与盖度的分配，使进入汽轮机的蒸汽以最佳方向有序地进入叶栅汽道。
图1 动静叶轴向间隙及盖度
表1 叶高与盖度调节对应表
1.2.2 典型机组汽轮机缸效率降低对机组热耗率的影响
在实际运行中，由于设备生产工艺和安装质量等问题，国产火电机组的汽轮机缸效率以及热耗率普遍与设计水平差距较大，国产引进型300 MW 等级机组汽轮机高压缸、中压缸和低压缸设计效率分别为86%～88%、92%～94%、88%～91%，汽轮机设计热耗率约7 930 kJ/kW·h，其高压缸、中压缸和低压缸内效率每降低一个百分点，机组热耗率分别增加15.2 kJ/kW·h、12.4 kJ/kW·h 和40.9 kJ/kW·h。实际运行时由于汽缸漏气，高、中压缸上下缸温差大而造成的汽缸变形、汽封磨损等，致使调节级的级内效率与设计值有较大偏离，最大影响整机功率为2.2%，严重影响了机组的运行经济性。
1.2.3主蒸汽压力变化对热耗率的影响
引起运行过程中机组主蒸汽压力偏低的原因主要是给水压力低、主蒸汽流量过大及燃烧调整不当，可通过提高给水流量和增大燃料量等措施来提高主蒸汽压力，在保证可靠性的前提下实现热损耗的降低，实现设备的高效率运行，以达到经济性目标。
1.2.4主蒸汽温度变化对热耗率的影响
造成机组运行中主蒸汽温度变化的原因包括燃料量不足，过剩空气量偏高，过热器受热面积不合理、喷水量大或管泄漏，过热器积垢、水冷壁积垢，燃烧器倾角调整不到位等。实际运行时，进行的维护有重新设置温度控制给定值、修理过热器喷水控制阀、清洗锅炉水冷壁、清洗过热器管屏、消除过热器管道泄漏、增加或减少过热器受热面等来调整蒸汽温度，这些方法可降低热损耗，达到节能目的。
1.2.5出力系数
对汽轮机热经济性影响较大的即是机组出力系数。为适应国内用电峰谷差大的现状，发电机组频繁进行调峰，致使300 MW 级机组平均出力系数长期低于75%，其热经济性也大大低于处于最佳经济性的机组设计工况。因此，在进行火电厂节能分析中，必须考虑出力系数对机组经济性的影响。在发电机组设计和运行过程中合理安排发电机组调峰计划，充分利用发电设备，增大出力系数，可以有效地节能降耗。
2电厂汽轮机运行中节能降耗的具体措施
2.1确保凝结器的真空度
要使汽轮机可以正常运行，还必须将凝汽器保持在最佳真空状态。凝汽器在真空条件下，汽轮机可以保持最佳状态运行，不仅对改善汽轮机工况非常有利，而且还能有效减少燃料消耗。而通常情况下，要实现凝汽器保持在最佳真空状态，主要采取以下方式：（1）及时对凝汽器进行检查，保证其封闭性，采用灌水的方式对其密封性进行检查，防止发生泄漏；（2）水泵进行定期检修，保证其正常运行，防止在运行中出现故障，通常要对水箱的水温和水位进行检查，将水温控制在26℃以下；（3）对循环水的状态进行检查，使其符合规定的要求和标准。保持循环水的清洁，避免出现水垢或者带入杂质，保证循环水可以正常工作；（4）对水位进行准确控制，水位是汽轮机组正常运行的重要条件。
2.2控制好给水温度
电厂汽轮机机组要能够顺利运作，需具备一定的水温条件，当水温出现变化时，则燃料量也会出现一定的改变，例如：当水温过低时，电力生产中就需要燃用更多的燃煤，从而就排放出更多的烟气，大大降低设备的运行效率；所以，应对汽轮机组运行期间需要的水温加以优化，从而提高汽轮机的运行效率。加上，相关人员需确保汽轮机加热器处于合理的水位，从而保障设备的安全运行。在实际工作过程中，有关人员需定期检查加热器钢管的密封性与漏点问题，并定期的维护汽轮机，以此来确保汽轮机的可靠运行。
2.3控制好汽轮机的启动、运行、停止
在启动汽轮机的过程中，需恰当的选择启动参数，参考规范为启动曲线，只有这样才可以保障参数的恰当性，一般而言汽轮机启动过程中，运行人员需对一系列参数进行合理控制，包括：主蒸汽温度的值是300-350℃；真空的值是-90到-80kPa；冷态主蒸汽压力的值为4.0-5.0MPa。但是，在具体运行过程中，因需要较长的暖机时间，这就导致并网时间过长，进而在极大程度上增加厂用电量和燃料的消耗，这就背离了节能降耗的目标。对于这一现象的处理，应在启动过程中确保主蒸汽压力，再进行以下步骤：（1）及时调整旁路，迅速提升冲转参数；（2）合理调整凝汽器真空，使之在合适范围内，进而将进入汽轮机组的蒸汽量加以增加，让暖机以更快的速度进行。此外，运行人员应有效把控膨胀差值，让并网时间更短；且在负荷过小的情况下，采用以上手段来将燃放效率提升。当汽轮机处于运行状态时，在负荷不稳时可选择“先定—后滑—再定”的手段，以此来合理把控调整，将由于不间断冷却引发耗损的热量加以降低，确保相应参数一直处于科学范围内，在极大程度上杜绝由于发生紧急情况而造成设备故障，最终达到节能降耗的目标。
2.4电厂汽轮机运行节能降耗的设备改造
2.4.1汽轮机汽封改造
1）汽封重装。拆除原有汽封，因为汽封模块暗转与隔板套持环的汽封环安装槽道中，所以长期运行很容易出现槽道内水垢积水、铁锈、氧化皮等多余杂质，直接影响汽封模块的安装及动静间隙测量。所以，在汽封重装前，应该首先按照图纸整理新汽封，明确新汽封模块的正确安装位置，主要根据透平级顺序对新汽封模块及其附件进行编号，并检查它的制造质量，以便安装。
2）间隙测量调整。间隙测量调整是汽封改造工程中的主要部分。通常，在汽轮机汽封高压部分中，各级隔板汽封间隙每增加0.10mm，它的级效率会降低至少0.4%，如果隔板汽封漏气量增加，转子的轴向推力会随之增大，给汽轮机的安全运行带来负面影响。所以，要对汽封间隙进行测量调整，这里主要介绍智能汽封间隙与阻汽片汽封间隙调整。
2.4.2冷却塔填料改造
对汽轮机的冷却塔进行改造，为原填料安装位置进行分区，拆除其中的就托架、旧填料并更换其中已经损坏的喷头、布水管和除水器，同时保证施工现场无任何杂物及浮尘。首先，将10000m2双曲线自然通风冷却塔中的S型旧填料（片距30mm）拆除，更换片距更小（25mm）的T型斜波淋水填料。该淋水填料为PVC白色塑料材质，薄膜厚度0.4mm保持不变，填料块高度也保持不变在1.0m，进行现场组装安装。其次，将淋水填料旧玻璃钢托架全部拆除掉，换H58等级的玻璃钢托架，并在现场组装后重新铺设。最后，要重新安装宽度在15mm、厚度在0.9mm的不锈钢带配水管。
对冷却塔进行填料改造可有效提升汽轮机组冷却效果，调整冷却塔淋水填料的波形、波距、换热面积与通风阻力，降低汽轮机整体运行温度，达成汽轮机运行节能改造目的。
3汽轮机节能改造及结果分析
结合前文对汽轮机节能原理和影响因素的分析，根据机组设计和实际运行状况，并参照设计专家和经验技术工的意见，笔者给出了适合某热电本身运行情况的节能方案：（1）首先剔除不符合工艺设计要求的零部件，更换改进处理的部件，例如汽轮机叶片，图1 为经过处理的叶片表面；更换气封性部件，如图2所示。
图1 喷珠工艺处理过的叶片表面 图2 喷珠工艺处理过的叶片表面
（2）对设备安装进行检修调整，对安装契合的设备间连接区进行检查，适当调整零部件间距，如根据动叶高度调整动静叶轴向间隙及盖度。（3）适当增加给水压力和主蒸汽流量，注意燃烧调整，提高主蒸汽压，减少既定工况下的热耗率。（4）设置温度控制给定值，注意控制和清理过热器，减少温控下的热损耗。（5）合理安排工况负荷，尽量达到汽轮机最佳热经济性，完成节能要求。
结束语
电厂汽轮机的耗能问题，始终制约着电厂的发展，使其必须投入大量的成本以保证汽轮机正常运行。这不仅不利于电厂的长远发展，同时也加速了资源的枯竭，对环境造成很大的压力。因此如何实现电厂汽轮机的节能降耗便成为必须要解决的问题。我们要对汽轮机耗能情况进行分析，根据实际工作中出现的问题，通过改进技术，以减轻其对能源的依赖，真正实现降耗节能。
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论文作者:占楚祥1,罗献君2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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