浅析发电厂汽轮机运行的节能降耗措施

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摘要：随着社会主义经济的不断发展，我国的能源问题也面临严峻的形势，每年的用电量都在逐年增多。面对日趋严峻的电能问题，当前发电厂最主要的工作就是要在发电厂的汽轮机运行时最大程度地降低能源的损耗。文章主要分析了发电厂汽轮机运行时产生的能源的损耗，并研究出节能降耗的具体措施。

关键词：发电厂；汽轮机；节能降耗；汽轮机辅机；抽气设备 文献标识码：A

中图分类号：TE08 文章编号：1009-2374（2015）24-0077-04 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2015.24.038

工业社会在给人类带来财富的同时也在消耗着地球仅存的能源，近年来恶劣天气的频繁发生也让全世界都在关注着节能降耗的问题。社会用电量的猛增给发电厂带来了越来越大的压力，汽轮机作为热力发电厂的主要装备，担负着非常重要的任务，但是它的正常运行往往会消耗大量的能量，所以，现在发电厂节约能源的最主要的任务就是在汽轮机运行的时候尽量减少能源的浪费。

1 汽轮机节能减耗的背景

1.1 电厂煤炭资源使用量

随着我国经济的发展，对于能源的需求不断扩大，国家积极倡导节能减排，对于中国这个资源利用大国来说每年国家的电力能源的使用都是处于紧张的状态。表1为国家火力电力年产量。我们国家是一个能源资源丰富的国家，煤炭资源丰富，但是由于社会生产的需要，当前煤炭资源的数量已经在不断的下降，煤炭是电力开发的重要能源，但是当前在电力的开发过程中由于种种原因导致煤炭资源利用不充分，从而导致了资源的浪费。表2是国家在电力等方面使用的煤炭总量：

从表1以及表2中的数据显示出火力电力的生产量与煤炭消耗量明显的相差较大，从另一方面显示出煤炭资源利用不充分，存在着大量的损耗。

1.2 电站汽轮机的主要组成部分

发电厂发电最主要的机器是汽轮机，然而从上表中看到煤炭资源得不到充分的利用，其最主要的原因取决于汽轮机在工作时能否将资源有效充分的利用。汽轮机主要就是利用蒸汽的能量转化成为机械的旋转式动力机械，在电力中主要用作发电的原动机。电站汽轮机主要由汽轮机本体设备、蒸汽系统设备、凝结水系统设备、给水系统设备以及其他辅助设备组成。图1为电站汽轮机结构图：

图1 电站汽轮机结构图

汽轮机内部结构复杂，任何一个部位处理不当都容易造成零部件的损坏，缩短其工作期限，使得在发电时造成能源的浪费。

汽轮机是将蒸汽的能量转换成为机械功的旋转动力机械，主要是运用在电力的发动上。汽轮机在使用时出现以下几个方面的问题：（1）汽轮机的运行效率低下。电厂的汽轮机运行效率低下主要是由于低压缸一直处在湿蒸汽区域内运行，各个级别的隔板受到水的侵蚀使得气封逐渐的脱落，导致了严重的漏气的现象；（2）汽轮机经常振动。由于汽轮机制造方面的缺陷，如零部件的质量问题以及汽轮机在安装时由于安装不好，造成在使用时出现振动现象；（3）汽轮机的能源消耗量大，产电量小于预计产能。

2 汽轮机的发展现状

目前，我们国家电厂汽轮机主要存在两个方面的问题，一是能源消耗较大，二是排污过程中污染过大。然而，汽轮机技术在不断进步，目前世界上最主要的几项技术是超临界火电技术、循环流化床火电技术、增压液化床联合循环发电技术以及煤气化联合循环发电技术，表3是对上述几项技术在效率环保、可靠性等方面的比较。

3 汽轮机出现问题的因素

3.1 影响汽轮机运行过程能耗的因素

汽轮机在电厂的所有发电设备中属于比较复杂的设备，它在运行时会受到很多因素的影响，这些因素会导致汽轮机消耗的能源变得更大，这些影响因素主要有以下几种：第一是电厂没有随着时代进步的步伐随时更新汽轮机的运行技术，导致汽轮机的运行能耗较高。第二是在汽轮机运行的时候不能对它进行合理地调整，导致汽轮机实际的负荷和它的运行参数完全不同，在这种情况下汽轮机也不能达到最佳的运行状态，所以运行能耗会增加。第三是在汽轮机运行的过程中真空泵还会出现很多问题，其中一个问题就是真空泵的温度较高就会使凝汽器的真空度增高，这就导致了整个汽轮机的热力循环系统的效率大大下降，最终增加汽轮机的能耗。第四是汽轮机的频繁启动与停机或者长时间的暖机行为等都会增加能耗。

3.2 汽轮机启动方式的误区

汽轮机最主要的支持动力就是依靠热力，汽轮机的启动主要就是受热力的因素限制，在汽轮机加热的过程中，我们如何找到一个合理的加热方法，把温度加到最佳的状态，在保证安全的情况下，快速的启动起汽轮机，而很多时候大家都是注重了快速的启动汽轮机这一方面，而往往忽视了汽轮机的合理的温度，导致很多的时候启动方法错误，造成汽轮机出现各种问题。

3.3 汽轮机轴承问题

由于超负荷使得轴承的受力分布不均匀，个别的轴承超负荷导致油的进入不顺畅，轴承内部进入了杂物，破坏了原有的零部件。由于气体进入使得油进入受到了阻力，破坏了顺畅性。由于超负荷的工作，使得轴承的温度普遍升高，在高温的作用下使得油发生变质，极易破坏当中的零部件。

4 针对汽轮机运行过程中的问题所给出的措施

4.1 控制锅炉的给水温度

温度是汽轮机运行的最主要的一个因素。虽然表面上锅炉的给水温度与汽轮机没有太大的关系，但是汽轮机会与锅炉形成一个热力循环系统，所以要想减少汽轮机的能源消耗问题就要控制锅炉内的水温。如果给水温度比较低，那么锅炉升温的时间就比较长，这就需要消耗比较多的热量来维持它的温度，产生了热损失，会大大降低锅炉的效益。如果给水的温度比较高，那么它升温的时间就会相对较短一点，不需要很多的能源来维持温度，锅炉的排烟时间就相对比较少，热损失就会变少，从而提高了锅炉的热效益。所以控制汽轮机的给水温度是降低能耗的措施之一，研究表明正确控制给水温度的措施有以下两种：

4.1.1 加强维护高压加热器。高压加热器是控制水温的一个重要的因素，如果高压加热器出现问题就会降低水的温度，所以在平时汽轮机正常的运行时就必须要注意高压加热器的运行状态，发现问题要及时解决，从而控制好水温。

4.1.2 保证高压加热器在运行时的水位。高压加热器的水位问题是整个回热系统经济性和电站设备安全性的关键，只有保证高压加热器中水位的最佳水平才能保证回热系统消耗最低的能源，并保证安全工作。因此，工作人员需要定期清洗高压加热器的换热管并防止泄露，平时的检查维修中如果发现有泄漏点就要及时更换换热管。另外除了换热管以外，工作人员还需要着重检查水箱隔板的焊接处，如果水箱隔板没有完全封闭，蒸汽就不会从正确的路线中进行热交换导致给水温度降低，水箱隔板的焊接处是最容易出现问题的地方，所以为了保证加热器中的正常水位，在发现焊接处存在问题时必须要及时处理。

4.2 保证凝汽器运行时的真空度

凝汽器就是在汽轮机做完功之后将蒸汽进行凝结的装置，有良好真空性的凝汽器才能维持汽轮机的高效率地运转，从而提高整个发电厂的经济效益。保证凝汽器运行的真空度的重要措施有以下三种：

4.2.1 确保机组的真空密封性良好。定期对凝汽器进行密封性检测，最少半个月一次，在整个机组进行维修的时候应该对凝汽器进行水压试验，用来检查凝汽器是否有泄漏的地方。

4.2.2 防止凝汽器的铜管结垢。当通过凝汽器的水质比较差时，水加热后就会形成很多的水垢，因为凝汽器内铜管比较细，所以产生水垢时很容易堵塞铜管，因此工作人员应定期清洗铜管内的水垢，并控制水循环中水的质量，从而从源头上控制水垢的产生。

4.2.3 控制凝汽器的水位。控制凝汽器的水位就是要防止它的水位升高，因为当凝汽器的水位过高时，就会减少凝汽器内的换热面积，降低水汽的凝结效果，凝汽器的温度就会升高，从而降低真空度。

4.3 优化汽轮机的运行过程和启动停机

4.3.1 启动汽轮机时的优化措施。当暖机的时间比较长时，汽轮机的启动就会出现压力与凝汽器的真空度与重转参数严重不符的现象，这不但会增加运行时的能源损耗，还会增加它的电力损耗，极大地降低了整个汽轮机的经济效益。为了优化汽轮机的启动过程，工作人员可以先降低主气门的蒸汽的压力，然后开启真空破坏门，从而降低凝汽器的真空度，这样就可以使主汽门的压力和凝汽器的真空度与重转参数相当，从而降低它的能耗。

4.3.2 汽轮机停机时的优化措施。停机是指汽轮机从正常的运行到停止的状态的过程，简单的说停机的过程也是汽轮机的各个金属零部件温度冷却的过程，因此一旦处理不当便会造成比在汽轮机工作的时候更大的损失。所以在汽轮机停止的时候尤其要注意汽轮机上各个部件的温度的变化，防止因冷热不均，或者冷的过慢亦或冷的过快而造成设备的损坏。

4.4 轮机的正确的启动方式

由于汽轮机的启动过程是一个对汽轮机的各个零部件的加热的过程，因此在启动的过程中如果温度处理不当，会导致个别零部件的温度急速上升产生很高的热量使得零件变形等造成损伤，降低零部件的使用寿命。因此采用一个合理的启动方法至关重要，现在的汽轮机的启动方式多种多样，主要有额定参数启动，高、中压缸联合启动等，因此在日常的使用过程中应当仔细阅读说明书，严格按照说明书上的要求来启动，避免因小失大，造成不必要的损失。另外，在汽轮机的启动中应该防止转子弯曲，要注重阀门的检查，监视蒸汽温度的变化，还应该注意在启动时不要使用减温水等。

4.5 负荷工作轴承温度上升

在很多的时候汽轮机的问题出现，都是由于汽轮机超负荷的工作，导致了个别的轴承负荷加重，使得在油进入的时候受到了阻力进而会破坏汽轮机的零部件。由于轴承中存在着气体，油的前进不舒畅不够，导致轴承的温度上升，进而也会导致油的质量发生变化，油质恶化，损坏整体的设备，造成工作效率低下。针对上述问题，我们应该意识到，对于汽轮机的使用应该在其工作的负荷之内，避免因为过分强求发展的指标而促使其设备使用期限的下降，造成不必要的损失。对于由于温度的上升而造成油变质的问题，我们可以合理的启动汽轮机，将温度控制在可以保证设备正常运行而油也不会发生质变的范围内。

4.6 优化汽轮机之中的除氧器

除氧器的主要的作用就是去除锅炉给水中的氧气以及其他不凝结气体。很多时候对于保持汽轮机凝汽器的真空度时我们比较注重温度等方面的改善与控制，却忽视了汽轮机中的除氧器的作用，我们可以在保持温度等外部因素的同时改善内部的除氧器，加大吸力，去除多余的氧气以及其他不凝结气体。

5 汽轮机辅机的运行优化

长期以来，由于技术的不断发展，人们在汽轮机的主机上花费了过多的时间，经常想到的都是优化汽轮机的主机部分，从而达到汽轮机节能损耗的目的，使得汽轮机的主要设备的设计制造以及运行都达到了一个比较高的水平，但是汽轮机的总体质量还是不够高，其主要原因在于我们忽视了汽轮机的辅机开发与改进。由于过度强调了主机质量的提升忽视了辅机，使得汽轮机在运行中的效率达不到所设计的水平，白白消耗了过多的能量，造成能源的损失耗费。

因此，对于辅机的运行方式的调整，是一项必不可少的工作，它可以有效地减少设计配套过程中造成的能量损失，从而提高设备的运行效率。

针对汽轮机辅机的优化，使其达到一个客观的水平，优化汽轮机，节能优化。对于辅机的改进优化是一项投入少见效快的项目，应当大力推广。

5.1 汽轮机辅机的组成部分

汽轮机的构造复杂，零部件众多，汽轮机的辅机由多个部分组成，想要提高汽轮机的运行效率，加强汽轮机的节能减耗，也需要从汽轮机辅机方面入手。汽轮机辅机主要由冷凝器、凝结水泵、循环水泵、低压加热器、疏水泵、高压加热器、减温减压器、除氧器等组成，以及各个系统管路、阀门。

5.2 汽轮机辅机优化措施

火电机组汽轮机主要的辅机有循环水泵、抽气设备、凝结水泵等，要想优化汽轮机，达到节能的目的，对汽轮机辅机的优化要从以下方面入手：

5.2.1 循环水泵运行的优化。实际中，汽轮机的循环水泵的台数是有限的，故在循环水泵的优化主要体现在现有的循环水泵的台数下进行调整，组合出不同的水泵运行方式，通过结合机组的负荷以及循环水温的变化确定最佳背压的循环水泵的运行的方式。

5.2.2 抽气设备运行方式的优化。汽轮机在启动的时候应该是在真空的状态下进行的，一旦空气进入阻碍油的流畅程度，就会加大对汽轮机的损耗程度。汽轮机中的抽气设备的主要的任务就是在汽轮机启动的时候建立真空，把里面的空气以及其他不能凝结的气体抽出，保持汽轮机的真空度。抽气设备的主要作用就是将真空泵冷却，进而产生巨大的吸力来抽掉空气。降低冷却真空泵的水源，另一方面就是改变原有的工作水循环，减小路径采用直流的系统。

6 总结

电站汽轮机为国家电力的发展做出了重要贡献，对于汽轮机的节能优化措施不仅仅在于加强改进除氧器，保持机组的真空度，还在于改进汽轮机的技术，不断地开发创新型的超临界火电技术、循环流化床火电技术、增压液化床联合循环发电技术以及煤气化联合循环发电技术，为国家的电力能源的发展做出重要的贡献。传统的汽轮机的构造设备主要有汽轮机本体设备、蒸汽系统设备、凝结水系统设备、给水系统设备以及其他辅助设备组成，我们可以在原有的基础上增加一些对于节能有利的新型设备，不断地完善汽轮机。

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作者简介：张彦和（1971-），男，黑龙江哈尔滨人，神华陕西国华锦界能源有限责任公司工程师，研究方向：汽轮机运行。