电厂集控运行中汽轮机的优化技术探究

大唐彬长发电有限责任公司 陕西 咸阳 713602

1 引言

在全球经济发展的同时，对各种能源的需求也在不断增加。以中国为例，当今社会的电力负荷正在不断增加。发电厂作为电力资源的主要来源，也承受着巨大的生产压力，其集控操作的稳定性显得至关重要。中国发电的主要能源结构仍然是煤炭，同样也使火力发电厂成为主要的发电形式。汽轮机是发电厂发电系统的主要组成部分。其运行的稳定性将直接决定火力发电厂的供电质量。在不断进行火力发电厂的技术创新和设备引进的同时，也促进了汽轮机的不断改进。然而，在当前的火力发电厂的集控运行中，仍然出现各种问题影响汽轮机的运行效率和安全性。本文以一个600MW直接空冷机组为例，对现在有设备进行改进，分析新系统降低排气温度的效果以供参考。

2 电厂汽轮机概述

电厂集控运行系统属于全分布式系统，其核心就是微处理器。最大的特点是可以实现集中管理和分散控制。随着计算机信息技术等高科技的发展，也在朝着网络化、集成化以及实时化的方向不断发展。在电厂中的通信技术，计算机技术和其他硬件技术的支持下，还需要温湿度控制系统，电源系统和接地系统，集中控制室布局和布线布局的配合。目前，大容量火力发电机组主要运用单阀和顺序阀两种配气方式控制汽轮机的进气。单阀配气方式在机组低负荷运行的情况下不利于长期经济运行，这种配气方式主要是在应用在试运行阶段和投产后的半年试生产期内；顺序阀配气方式可以减少阀门进汽节流损失，因此经济性比较好，机组顺序阀下的经济性最终取决于阀序控制特性，不合理的阀序控制特性不仅会影响到系统的调节特性、一次调频性能和经济性，而且可能会引起机组轴瓦温度升高及轴瓦振动增大等问题，影响机组安全运行。自从将汽轮机引入发电厂以来，不断调整能源结构，蒸轮机的技术也在不断更新和改进，但是这也显示了许多问题需要进行优化。

3 电厂集控运行分析

3.1 集散控制系统的定义 集散控制系统是基于微处理器的完全分布式系统。主要特征是集中管理和分散控制。近年来，随着互联网技术和电子信息技术的发展，分布式控制系统也朝着网络化、实时化和高集成化的方向发展。集散控制系统产品有很多类型，包括通信、操作、集中管理、分散过程控制。这些部分通过通信部分作为链接来实现数据交换。

3.2 集散控制系统运行条件 集散控制系统是电厂生产的重要组成部分。需要计算机技术、通信技术和硬件技术的支撑。此外，还需要多年处于工作状态下的温度控制系统、电源系统、接地系统、湿度控制系统、线路布置和集控室布置这些外部环节的配合。

4 电厂汽轮机类型

一种是反动式汽轮机。汽轮机运行中，冲动原理使空气导管内的蒸汽迅速膨胀，对叶片产生反作用，这就是汽轮机的反作用原理。在此原理的驱动下，气道中气流改变方向，随着蒸汽的膨胀，叶片迅速旋转，从而导致蒸汽轮机的运行速度发生变化。

另一种是冲动式汽轮机。汽轮机的运行产生大量蒸汽，蒸汽通过蒸汽喷嘴流入气道，使叶片快速旋转产生动能，促进蒸汽轮机运行，这是冲动原理。蒸汽直接作用在叶片上，继而使叶片旋转，并使气道迅速膨胀，叶片迅速旋转，促进蒸汽轮机运行并确保运行效率。

5 电厂集控运行中汽轮机出现的问题

5.1 配汽方式的问题 以采用复合配汽方式的汽轮机为例，出现的问题主要表现在，汽轮机运行的不同阶段需要采用不同的配汽方式。例如，在蒸汽轮机的启动阶段或低负荷阶段，通常需要单个阀来维持蒸汽轮机的正常运行。但是，在此阶段，工作效率也会降低，这也将导致能耗的增大。在汽轮机的高负荷运转阶段，需要根据顺序阀的配汽方式进行运转。

5.2 启停问题 在汽轮机运行过程中，转子的蒸汽参数会不断变化，转子的内部温度场也随之不断变化，温度通常较高。在蒸汽参数不断变化的时候没有妥善的处理参数的问题，在汽轮机的启停过程中就会引起能耗增加的问题，并且还会降低汽轮机的工作效率，还会缩短使用寿命。

5.3 机组能力问题 汽轮机中的汽阀主要有两种调节方式：单阀调节和顺序阀调节，它是影响汽轮机能耗的主要因素。前者主要通过调节汽轮机的蒸汽参数来改变能耗，而后者主要通过喷嘴实现。在实际运转中，通常在阀压力小的情况下使用这两种方法，在阀压力大的情况下，会引起外缸的变形，喷嘴的变形等问题。同时也会损坏其机组能力和密封性，这会降低汽轮机的工作能力并增加能耗。

5.4 密封水系统问题 迷宫式密封是汽轮机汽动给水泵轴端的主要密封方法。当泵处于紧急停止状态时，可以避免差的密封水回水受阻的问题。该问题很容易导致水进入油箱并影响泵的正常工作。甚至可能导致安全事故。

5.5 其他问题 汽轮机运行中出现振动问题比较普遍，主要表现在负载下轴承油膜破坏转子稳定性，或者由于轮机长时间处于高速运转后温度升高，零件受热弯曲等的原因，引起振动。另外，还存在转子弯曲变形等问题，这是由于转子温度和蒸汽参数的调整不充分或长期运行下的应力所致。水环真空泵过载也会导致这种问题，另外，还存在传热恶化和阻塞的问题。

6 电厂集控运行中汽轮机的优化技术措施

6.1 对配汽方式的优化 传统的复合型配汽方式方法在低负荷情况下会造成损失增加，可以对蒸汽分配方法进行优化，通过三阀控制方法降低负荷，改善低负荷运行中的能量损失问题，从而实现能量转换效率的提高。

(1)改变顺序阀开启顺序，可有效的降低机组热耗，该厂2号机组通过进汽阀序修改使其平均热耗下降了215.57KJ/kWh，使供电煤耗下降了8g左右，有效的提高了机组效率。(2)阀序改变后，机组轴承温度有所上升，特别时1、2瓦轴承温度，在最高负荷600MW时，温度可达107.58℃，趋近于机组跳闸值121℃。对机组安全稳定运行具有一定的风险。(3)阀序修改对机组振动有一定的影响，但本次修改振动变化不大。总之，对于顺序阀进汽顺序的选择，应综合考虑机组振动及轴承温度，在保证安全稳定运行的前提下，选择最佳的进行方式，达到节能降耗的目的。

6.2 启停过程的优化 针对汽轮机启动过程中使用高中压缸联合配动的启动方法，容易导致高温容易造较大的损失，就需要降低高压缸的排气温度，主要通过启动时蒸汽预定压力降低方式来实现，与此同时，需要及时打开高压缸的排气逆止门以增加流量并减少温升。

6.3 机组优化 在15°C的环境温度和55MW的负载下，空冷风机的频率每升高5Hz，空冷风机的功率将增加197kW，单位压力降低约0.88kPa。单位背压随着空冷风机频率的增加而逐渐降低，但同时空气冷却风扇的能耗也有所增加。因此，单位负载稳定。使用蒸汽给水泵的冷凝水降低主机的排气温度后，每当主机的背压下降1kPa时，风冷风扇的频率就可以降低5-7Hz，并降低总功率风冷风扇的功率降低到约224kW。每年可节约电费转换成本约38.3万元。使用蒸汽驱动给水泵的冷凝水降低主机的排气温度，每年可节省151万元。

6.4 给水泵优化 针对汽轮机通常使用的恒速给水泵运行方式引起的节流损失大的问题，要结合其变化速度和泵的曲线来设计给水泵的供水方法。经过改造后，使用蒸汽进料泵的冷凝水冷却主机排气温度。经过实验分析，背压每变化1kPa，装置的负载就会变化600kW。按运行5700h/年计算，可增加发电量3420MW，可发电约10万元。同时，机组背压每降低1kPa，耗煤量减少0.98g/(kW·h)，可节省原煤约5万吨，节约燃煤费用约110万元。

6.5 其他优化 当55℃的环境温度下空冷风机式变频器的频率为55Hz时，在改造前后的不同工况下采集并分析机组数据。低负荷较高负荷相比，使用蒸汽驱动给水泵的冷凝水来降低主机的排气温度更好，可以达到3K的温度下降，在满负荷下，温度下降可以达到1K。装置的背压和主机排气温度也有同样趋势。

7 结语

通过改进汽轮机的各种参数和相应的结构，发电企业可以显着提高汽轮机的工作效率，从而提高电厂供应电能的质量。作为发电厂发电系统中的重要设备，汽轮机的优化升级和不断完善对发电厂的运营和发展有着重要的影响。鉴于火力发电厂过程中汽轮机运行存在各种问题，这些问题会影响其运行效率并导致高能耗，因此有必要优化和改善蒸汽轮机的蒸汽分配模式，启停模式和辅助发动机的运行，以确保在其高效经济运行的同时，还可以延长其使用寿命并减少潜在的安全隐患，打造高经济效益和可持续快速发展的发电厂。