集控运行汽轮机运行优化措施分析

刘志鹏

（国网能源哈密煤电有限公司，新疆 哈密 839000）

1 火电厂集控运行绿色生产要求

为了引导火力发电企业实现绿色发展，国家制定了“大增小”的方针，明确了火力发电企业的节能减排目标。“十三五”期间，我国的火电厂在节约能源上已取得了一些成绩，见表1。

表1 火电厂“十三五”节能成果

由表1可知，火电厂在节约能源方面还有很大的空间。为了提高火力发电厂的能源利用率和节能降耗，技术人员要加大对集控运行运行的有关技术研究，深入分析其各个环节，探索高能耗环节，分析高能耗的原因，介绍相关节能降耗技术，提高能耗。

2 集控运行汽轮机分析

火力发电厂集控运行的汽轮机可以分为脉冲型和反向型两种。在脉冲装置中，由于大量的水蒸气进入气流通道，产生了驱动动力，带动叶片的转动。蒸气膨胀后，叶片的转速会增加，整个机组的运转速率也会随之增加。该装置在运转过程中会产生大量的水蒸气，从而在气流中产生叶片反应，加快叶片的转动，提高机组的工作效率。汽轮机口内的水蒸气是一种膨胀的过程，其流动方向是连续的，它会直接影响叶片的转速和整个机组的运转。

3 电厂集控运行汽轮机运行存在的问题

3.1 汽轮机的蒸汽分配方式对能耗有很大影响

当前，汽轮机的配汽方式多为复合，为了确保机组的高效运转，在各个阶段都要采取不同的方法。在高负载时，采用连续阀作为动力源，其工作效率比较高。在汽轮机起动和低载工况下，汽轮机的工作方式多为单阀。但是，在机组启动、低负载时，其工作效率比较低下，且能量损耗比较大。

3.2 汽轮机组运行能耗过大

在计算机操作过程中，各个机组的性能都会对整个机组的运行效率产生一定的影响。从目前的情况来看，某些电站的机组存在很大的问题。如循环水泵在使用中存在的能耗高、压力不足等问题，使其无法充分发挥其应有的功能。再比如，在给水泵装置的运行中，经常会出现不能精确地给水的问题。另外，建立的供水方式也不够理想，不仅会造成能耗的增加，而且会造成能源的浪费。

3.3 裂缝泄漏

在集控运行的操作管理模式下，各装置的工作看似有序，而像汽轮机这样的水力装置却始终承受着很大的外压和振动。另外，涡轮机的浇铸材料为铸铁，所以，铸造技术不能精确地检测出全部的铸件缺陷。在此基础上，汽轮机外壳在满载过程中会逐渐产生砂眼渗漏、裂缝渗漏，从而使整个机组的性能不断降低，甚至彻底报废。

4 集控运行汽轮机节能降耗的具体技术措施

4.1 减少汽轮机排热损失

在降低燃煤机组排气温度时，需要从以下几个方面进行考虑：（1）一次风量的调节能使燃烧曲线得到最优化，保证在磨煤机正常运转时保持较低的风量，从而进一步减小其燃烧阻力。（2）有效地减小汽轮机燃烧系统的漏风，保证汽轮机的底部密封，并能有效地减小汽轮机底部的空气泄漏，并对进口进行密封，保证在任何时候都能关闭。在汽轮机主体上有太多的开孔，尽量减小漏风。（3）工作人员应依据现场条件，适当调节含氧量的设计值，以确保过量空气系数。（4）通过在加热表面上强化除尘操作，会使热传递效率下降，因为在受热表面上积累了大量的烟尘，从而使排气温度进一步升高，能源损耗增大。所以，为了保证其优良的换热效果，工人必须定期吹灰。

4.2 减少再热器的热水消耗量

现热井正常补水方式是：启动补水泵或输送泵将凝结水储水箱除盐水输送至热井，补水泵及输送泵一天的启停次数达到10次，节能性差，也加剧了设备磨损，降低设备使用周期及加剧设备备件损耗。现改造构思是：利用除盐水罐液位与热井的高度差（10m），将除盐水补水管道改造直接连接在补水泵及输送泵出口母管，在改造上安装截止阀与逆止阀实现压差补水；能持续为热井提供0.09MPa的压力水源；此项改造后，热井能持续提供补水，通过原管道调节阀调节热井液位，补水水量最大可提高至50t/h，完全满足机组正常情况下的热井补水量，减少补水泵（59A）、输送泵(96A)的启动频次，具有节能降耗、热井液位稳定（见表2）。具有节能降耗，提质增效、减少设备磨损，降低设备维护周期、减少备件使用率，节省检修资源、不影响原系统运行的特点，具备推广性。投入改造后的补水管路，在正常运行中，不用启动补水泵即可满足热井补水需求，且热井水位变化扰动明显降低，水位波动性更小，投入改造后的补水管路，并不影响系统正常运行，也不影响紧急启动补水泵、输送泵进行大量补水，减少人为操作，产生经济效益一天约为268元，一年9.8万元，双机改造后，一年产生经济效益为19.6万元（不包含设备检修备件、油脂更换、人工等费用）。

表2 工作水温对排汽压力和机组功率的影响

4.3 加强汽轮机燃烧调整

为了进一步提高汽轮机燃烧效率，工作人员需要做以下工作：（1）设定科学合理的过剩空气系数，以改善燃烧模式及实际工况。比如，通过改进分配，可以保证过剩的空气系数是合理的。若系数过高或过低，会使汽轮机的燃烧效率大幅下降。（2）要对燃烧费用进行合理的控制，采取科学、完善的煤种混合燃烧模式，并按煤的热值进行调节。然而，在节省燃油费用时，应从保证汽轮机燃烧的安全性和稳定性出发，从保证汽轮机运行的安全性和稳定性出发，以减少燃烧费用。（3）员工应该加强对设备的保养，以降低燃料消耗量。（4）在实际运行中，为了避免因燃料状况不理想而需要加油的情况，必须按照煤种的燃烧状况和煤种状况来进行分配。（5）对油箱进行改造，尤其是对大容量油枪进行改造，并将其更名为小型油枪。

5 集控运行中汽轮机运行的优化措施

5.1 优化汽轮机启停组织

现在，大部分的普通汽轮机都是600MW。该涡轮采用与中压气缸共同起动的方法。下面是几个蒸发器的起动步骤：在起动前，有关人员要认真地做好充分的准备工作，包括全面、系统地检查和试验润滑系统，保证润滑系统的密封，了解润滑油的含量，保证其含水量不少于最少的一页，以及由冷凝器的循环水。在使用过程中，若发现汽轮机的压力和温度有显著上升，有关工作人员要立即开启备用旁通。在实际的高压缸启动时，往往会发生温升。在高温下，透平的寿命会随着温度的升高而减少。为防止这一现象，减少汽轮机的使用寿命，必须采用以下最优的方法：首先，在启动时设定适当的热气压力，一般不大于0.5MPa；其次，一定要保证涡轮增压气缸的排气阀门总是处于开启状态；在此基础上，汽轮机的压力缸应该尽量增大。通过采取上述措施，可以有效地改善汽轮机高压缸的排气温度，提高其工作效率。在涡轮机组停机后，机组的大多数零件会逐步由运行向非运行，或者由动态向静止过渡。汽轮机进汽量由高峰逐步降至零，部分主进汽阀会自动关闭，其他汽缸也会慢慢地从工作温度下降。一般情况下，涡轮机可分成两种，一种是滑动式参数透平，另一种是标称参数透平机。通常，有关人员都会选择第一种涡轮，因为它有许多优势。采用该型式汽轮机，不仅可以有效地减少热量，而且可以提高机组的工作效率，而且还可以利用汽轮机的预热作用来实现发电，从而提高机组的利用率。

5.2 装置的最佳运行

（1）机组运行背压。运行背压的高低是空冷机组经济安全运行的关键所在，运行背压的变化直接影响整个机组的安全和经济生产。根据背压的变化，背压在基准值基础上增加时，机组的热耗率和发电煤耗均为正向增加，反之，则为下降；机组背压进一步运行优化运行方式，可有效机组发电煤耗。而背压值作为影响机组正常运行中的最大得影响参数，根据300MW直接空冷机组的运行历史数据，火电机组参数变化对供电煤耗的影响；机组的运行背压每变化lkPa约影响供电煤耗2.529/kW·h。所有控制机组背压在合理区间范围内能有效提高机组经济性，降低机组煤耗。

通过研究冷端系统的冷凝特性，分析引起机组背压值变化的主要因素，选择合适的背压；冬季对空冷防冻系统逻辑进行优化，通过整体优化系统，经过机组背压优化控制2020年1～11月，背压累计值为11.41kPa，同比下降0.75kPa，1～11月发电量为26.5亿kWh，节约煤量4969t煤，折算节约资金约134.16万元。

（2）汽轮机冷却液系统的优化。在涡轮冷却液系统中，一般存在排气口的流量控制薄弱和涡轮运转时的阻力不稳定等问题。造成这种现象的主要原因是：冷却水调节阀的开口量过小，造成了高的阻力，增大了涡轮的能量消耗，同时也带来了一些安全隐患。通过调节水泵转速、开启阀门、控制流量、减小扬程等方法，可以有效地解决以上问题。

（3）优化水泵。实施低负荷单台给水泵运行方式，通过设定单台给水泵运行逻辑方案，提高单台给水泵的运行安全可靠性，项目的实施于8月15日开展，将工程师站给水泵逻辑模块新增单台给水泵逻辑，在DCS画面新增单台给水泵运行模块点击按钮。项目于从08月16日开始正式实施，并组织各个值学习《低负荷运行技术措施》后开展实展低负荷单台给水泵运行。

实施的效果对比如下：

当负荷145MW时，2台给水泵运行，给水泵电流平均值总和约520A,1小时耗电为：1.732×520×6×0.916=4949kW/h。

当负荷145MW时，单台给水泵运行，给水泵电流平均值330A，1h耗电为：1.732×330×6×0.916=3141kW/h。1台给水泵与2台给水泵运行比较：1h电量节约1808kW·h。

2017年8月16日～9月30日，共计45天；1#机实施低负荷单台给水泵运行方案。单泵运行周期时间共计426.5h。平均一天低负荷单台给水泵运行时间为9.5h。由于本年度执行单台给水泵周期时间短（45天）共计节约电量：39.87万kW·h。也就意味着这45天上网电量也就多增加39.87万kW·h。经测算，维持单台给水泵耗电率可以降低约0.6左右，按上网电价及电泵自用电计算一度电约0.32元/kW·h，单台给水泵45天节约金额12.76万元。如果2台机组均在低负荷运行阶段实施低负荷单台给水泵运行，预计2台机在低负荷区域（一天低负荷运行8h），低负荷单台给水泵运行节约资金17.95万元，全年可利用月数为5个月，全年可节约资金约90万元。

6 结语

随着社会的进步，人们对能源的需求也越来越大。电厂是我国目前最主要的能源基地，必须持续地提高其发电效率和发电容量。尽管在汽轮机实际应用中仍有许多问题，但若能有效地进行解决，将会大大延长汽轮机的寿命，降低机组的运行事故，也能提高汽轮机的发电效能，增加经济效益。同时，也能有效地缓解我国目前的供电问题，推动社会和经济的发展。