火电厂汽轮机运行存在的问题与对策

潘子博

(国能准能集团有限责任公司矸石发电公司 内蒙古鄂尔多斯 010300)

随着我国经济快速发展，国内用电需求不断提高，目前我国的工业用电和民用用电均处于高位运行状态，电网负荷增量范围越来越小，以致很多大型、超大型汽轮机组不得不参与到电网供电工作中，且其持续运行时间越来越长。在运行过程中，这些汽轮机组往往长期处于高负荷的运行状态[1]，给生产现场造成较大的安全隐患。在火电厂汽轮机组安全平稳运行的情况下，需要提高汽轮机在单位时长下的工作效率，这对缓解我国用电紧张、提高能源结构优化具有重要意义。因此，当前国内外的很多汽轮机技术人员在探寻汽轮机工况变化的条件时，不仅采用指定的方法，也积极与其他方法进行对照印证，确保汽轮机的经济效益、工作时长和安全稳定运行达到统筹兼顾的效果。该文文以汽轮机运行存在的问题和改进措施为主题，首先通过分析汽轮机的优化研究现状，展开列举汽轮机运行中可能存在的问题，最后针对不同的问题，提出汽轮机工矿优化措施，以指导汽轮机运行的全过程。

1 汽轮机优化研究现状

火电厂汽轮机组的运行和优化，是当前热力能源电力工程的主要研究课题。随着我国经济不断发展，各项能源需求不断提高，国内的电能分配也由最初的大城市供应转向分散式的区域供应，用电需求的提升使我国电力负荷变得越来越重。许多火力发电厂开始使用大容量的汽轮机组，参与电能供应和电能峰值调节。在这一领域，目前展现出火热的研究前景。当火力发电厂的大型汽轮机的工况发生改变时，现场操作人员可以采取不同的运行方式，改变汽轮机的初压运行参数，以保障汽轮机安全经济、高效稳定运行。在动态变化的工况条件下，火力发电厂的汽轮机有两种运行方式，分别是稳压运行和变压运行[2]。由于在运行的过程中，稳压运行和节流降压运行的部分压力会随着节流作用的发生而散失，降低了汽轮机的工作效率，这种运行方式在过去单一机组上运行应用较多，而对于大容量汽轮机组则较少运用，当前已经不再采用这种传统的运行方式。在负荷状态下，稳压运行功耗损失最小，可以保证较高的汽轮机运行效率，不用采用过多的调节作用，同时也避免了调节振动峰值的变化问题。所以采用稳压运行的汽轮机组，适合满载运行，且不宜参与电网综合调峰[3]。二十世纪六七十年代，美国投入了一些超过1 000 MW容量的大型汽轮机组，以保证供电需求稳定。这些汽轮机组均采用了稳压运行的方式，保证机组满载运行，为美国千家万户送去充足的电力。对发电量较小的汽轮机组而言，常采用稳压运行和压嘴调节的方式，不过当前这种运行方式很少采用，因为在运行的过程中，这种运行方式的经济效益较低，需要消耗较高的能量才能够转化为较少的电能。其所引起的蒸汽温度较高，后续不好调节，也容易损害汽轮机组的运行寿命，具体情况如表1所示。

表1 大型汽轮机性能值设定参数表

目前，火力发电厂汽轮机组最常使用的一种运行方式，便是变压运行。根据相关研究表明，当火力发电厂汽轮机在较低负荷运行时，如10万kW、20万kW、40 万kW、50 万kW 的汽轮机，其均采用变压运行的方式，能够发挥出较高的运行效率和工作效率。但也有一些资料表明，发电厂汽轮机组在未满载负荷的情况下，虽然变压运行可以提高一定程度的工作效率，降低泵的能量消耗，但是它产生的经济效益还未超过汽轮机组的循环效应带来的经济价值，较大的循环动力影响了经济效益的提升。因此，若从汽轮机组的经济性来分析变压运行方式，该方式不应该作为汽轮机的首选运行方式，这一观点也有部分学者认同。

经过一段时间的改进，火力发电厂汽轮机变压运行逐渐转变为全变压运行，具体如图1所示，在汽轮机内在运行过程中，汽轮机高压气的温度近乎不会变化，其产生的热应力和变形程度很小，而中压的进气温度也基本稳定，这就保证了发电厂汽轮机组调峰运行的安全性和稳定性。当汽轮机组未满载运行时，全变压运行方式可以提升汽轮机的蒸汽流量和压力，提高气流的流速，但是锅炉类燃料的燃烧不可能产生快速变化，所以全变压运行在电网调峰时很难保证稳定运行。基于上述原因，在目前世界上大部分国家的发电厂，其汽轮机组采用变量全变压运行的方式的也并不多，往往满足一定条件下才会使用。当电网开始调节峰值时汽轮机工作人员可以对汽轮机的气阀进行调节，这样的方式比全变压运行要更加灵活、安全稳定，动态调节大大提升了汽轮机的运行效率。当前，发电厂汽轮机组在运行过程中的复合变压运行所设定的参数，一般都是按照初始厂家给的运行曲线来设置。但是，这一曲线完全是根据汽轮机载荷而定，并未考虑发电厂的生产环境、用气需求和汽轮机的实际运行状态，使汽轮机机组的实际运行状态偏离了设定的初始参数，降低了汽轮机的经济效益。所以，科研人员需要对发电厂汽轮机组的实际运行情况进行合理设置，以优化汽轮机的运行效率。

图1 设计工况变压运行曲线

目前，国内对发电厂汽轮机的优化参数主要有理论与实践两种，理论方法主要有数学理论法、模型建立法和逻辑系统分析法。单纯的理论分析虽然能自圆其说，但是没有实践来支撑，往往没有说服力。在实际的应用中，不能够完全依靠理论，需将数学计算结合汽轮机的实际应用，以获得真实可靠的计算结果。

试验法就是通过汽轮机试验来获取最佳的运行参数。可以选择不同的负荷条件，对不同的负荷点的压力进行测试，计算不同参数下汽轮机组的经济效益并进行对比，得到最优、最准确的复合变压运行的参数曲线。从上述两种方法来看，当前对发电厂汽轮机复合变压运行的参数优化，还有很多问题有待解决。需要先通过先期理论计算，确定曲线参数，再通过实验优化，获得变压运行的最佳参数，以实现电厂汽轮机组运行最高经济价值，为电厂汽轮机组的满负荷运行提供可参照的现实意义。

2 汽轮机运行存在的问题

火电厂汽轮机在运行过程中将热能转化为机械能，在加热的过程中，其使热水转变为蒸汽，从而产生较高的热量，最后通过相应的汽轮带动，从而发电，使得机械能转变为电能。汽轮机的工作原理是，汽轮机喷嘴向汽轮机的蒸汽阀组传动，然后出现蒸汽方向改变，使得汽轮机叶轮和叶片具备冲击能力，叶片不断做功，从而提高了汽轮机的运行状态的稳定性，改变叶片的做功形式，使得液流稳定运转。在运行过程中，汽轮机主要有以下一些问题。

2.1 汽轮机的超速运行问题

汽轮机发电机在运行状态中，有一个特点是运行周期性非常强，并且高速运转能够实现3 000 r/min 的超高速运行，其运行速度具有非常大的动力距。如果火电厂汽轮机组运行时，其出现螺栓疲劳或者相关零件调节故障，那么汽轮机的转速将会瞬间增大[4]。与最初设计相比，若汽轮机转子的应力较高，会造成转子断裂，易使汽轮机的叶轮甩脱或内部齿轮空转，造成汽轮机组整体报废。

2.2 汽轮机的真空运行系统的问题

汽轮机开始启动时抽出了内部的加热器和凝析器中的空气，从而创造了一种相对封闭的真空环境。在汽轮机恢复正常工作之前，为了保证内部真空值在一定时间内长期稳定，需要不断地把汽轮机腔体中的气体抽出。在保持这种真空状态的过程中，汽轮机运行会面临一些不利的因素需要解决，主要表现为汽轮机的真空水泵的温度太高，容易降低真空泵抽气量，导致真空度下降。

2.3 汽轮机的主轴出现问题

这一问题会影响汽轮机机械能的产生，自然会影响电能的输出。在实际的运行过程中，汽轮机的转子会受到各种推力和扭曲的影响，从而会制约发电机转子的运行状态，造成转子径向或其他的方向出现共振现象，引起机器的损害与人身的伤亡事故。因此，技术人员必须要关注汽轮机主轴的压力承受情况，尽量使用耐疲劳和抗磨损的材料，以保护汽轮机的稳定运行。当火电厂汽轮机启动前，工作人员需要组织盘车投运试运行，保障手动和自动双重控制，确保盘车稳定运行；当火电厂汽轮机组停止运行后，加入转子盘运转故障，需禁止工作人员强行盘车，防止其损害其他部件。纵观汽轮机运行状态以及仪表仪器的指示情况，如果汽轮机组存在故障，那么应实时暂停运行，记录停机的具体时间，在需要的情况下还应在停机之后进行揭缸检查。

2.4 汽轮机注油器发生堵塞，导致汽轮机被迫停机

对于这一故障，相关人员进行了研究与分析，在汽轮机运行过程中，技术人员需要对汽轮机的油泵的止回阀进行检查，发现止回阀出现关不严的情况，需要及时对其进行更换与处理，更换完毕后重新启动，经过一段时间调试后再使汽轮机稳压运行。若随着汽轮机运行时间的增长，汽轮机故障又重新出现，那么就需要进一步查找原因，发现注油泵和注油口的压力波动的规律性认识，杜绝在注油泵不工作和油压较低的情况下，同时出现止回阀关闭不严的问题。若是由于操作人员没有及时更换滤油纸，导致滤油纤维过油，工作人员需及时调整滤油纸更换频率，逐日检查油纸渗油情况，及时更换新的油纸，以保证材料干燥。

2.5 汽轮机止回阀关不严，导致汽轮机空转运行

对于这一问题，工作人员需要多次检查汽轮机的转速，若出现转速较高且空转，需要进一步检查止回阀

关闭情况，在紧急情况下需要停止主油泵的注油工作，避免发生火灾爆炸事故。常用的止回阀是一种球状止回阀，在机组启动时，它主要调节润滑油的油量与气量的大小。当止回阀关闭时，油泵就可以由自运行状态转化为主油泵供给状态。

3 优化对策分析

要解决火力发电厂汽轮机运行存在的问题，可以采取以下具体措施。

3.1 检查汽轮机的相关零部件

定期安排员工检查汽轮机的相关零部件，提高汽轮机管理者的基本素质和实践技能。在运行过程中，若汽轮机存在超速的情况，应及时采取相关措施检查汽轮机，防范汽轮机出现故障。首先，工作人员要定期对润滑油和主油泵进行检查与处理，检查油质，确保油质状态达标[5]。其次，定期测试气门关闭时间，验证阀门的气密性，避免出现阀门关不严的情况，如果在测试过程中存在相应的问题，应该及时进行检修维护。再次，工作人员需要对汽轮机的重要仪器仪表进行定期核验，如果存在漏气的情况，需要及时拧紧，以防漏气伤人，并且表的量程要在可控的范围之内。最后，对汽轮机的气门以及相关阀门进行检查，若阀门出现堵塞或开启难度大的情况，需要及时对其更换。阀门可以采用动态安全阀。

3.2 需要提高管理者的综合素质和技能

管理者的综合素质与技能关乎汽轮机的安全稳定运行，需要增强操作者的安全观念，树立科学合理的使用理念，维护设备，规范维修技能，以提高管理者的相关操作技能，可以采取定期竞赛的形式来提高管理者的实际操作技能，在突发情况下能够准确应对解决相关问题，并采取措施，针对问题予以改进。管理者需要建立更加完备的管理体系，构建完善相应的管理方案，在保障汽轮机安全生产的同时，落实汽轮机操作安全稳定，不仅要保证生产总电量供应充足，也要保证汽轮机维修施工落实到位，科学合理地解决汽轮机的相关问题，提高汽轮机的运行效率[6]。

3.3 完善汽轮机的真空系统与抽气回热系统

首先，相关工作者要进一步完善汽轮机的真空系统，良好的真空系统与汽轮机正常运行密切相关，技术人员需要定期维护与检查真空设备，尤其是润滑油的油位、分离器的封闭性、泵体运行正常状态以及电动机主轴频率的等方面，这些细节会对汽轮机的运行产生影响[7]。如果真空泵内的水温比较高，应该立刻检查它的冷却器运行情况，判断冷却器是否起冷却的作用。若冷却器出现堵塞的现象，需要及时更换，或者排除内部的堵塞物。假如真空现象存在泄露，真空系统存在泄漏的问题，那么需要立即查找相关的泄漏点，进行补救措施，保证真空泵与凝析器运行状况完好，保证后续能够运行更长的时间[8]。

4 结语

根据目前火力发电厂汽轮机运行过程中存在的问题，技术人员可以采取针对性的补救措施，及时完善不足的地方。定期检查汽轮机的真空系统与油泵，解决汽轮机的主轴受力不平衡和磨损疲劳的问题，提高工作者的管理素质和操作技能水平。虽然当前我国经济仍然处于稳中有升的阶段，但是电量需求仍然是目前亟须解决的关键问题。大型汽轮机在这一方面具有举足轻重的作用。只有实现火力发电厂汽轮机运行效率提升，降低汽轮机的故障，才能够有效保证汽轮机在有限的时间内满载满时运行，节省燃料，提高燃烧效率，输送清洁能源。