國內(nèi)大型火電機組汽輪機的節(jié)能技術(shù)方向

1、國內(nèi)大型火電機組汽輪機的節(jié)能技術(shù)方向摘要：基于安徽省內(nèi)很多大型汽輪機的節(jié)能工作經(jīng)驗和對國內(nèi)大機組節(jié)能工作現(xiàn)狀的分析，提出目前的主要問題和技術(shù)要點，和節(jié)能工作分幾步走的思想，以便在今后的節(jié)能工作中，立項更合理，并達到投入少，見效快，收益大的效果。 F$tJM  一問題的提出 nah?V" ?Y    從80年代開始，安徽電力試驗研究所開始和電廠合作, 承擔一些大型汽輪機的綜合節(jié)能科研項目。在工作中，有一個問題始終困擾著我們：為什么這些大機組供電煤耗都比設(shè)計值高出30 g/kW.h甚至更多？當時省內(nèi)的4臺125 MW機組和兩臺200MW實際煤耗高達39039

2、5 g/kW.h左右。我們把已知的各項節(jié)能潛力加起來，但怎么也填不滿這么大的差距。如果說國產(chǎn)機組當時的設(shè)計深度和制造水平不夠，那么80年代以后投運的引進型中間再熱機組為什么也有同樣的問題？一直到1995年左右，我們才得到了比較完整的答案。我們認為，這些結(jié)論有利于澄清一些重要問題，對今后國內(nèi)大機組節(jié)能工作的開展會有一定的借鑒作用。 .n7$kq  二安徽火電機組汽輪機的節(jié)能工作 在1995年前，火電廠汽輪機節(jié)能工作一直是以凝汽器真空和高壓加熱器為中心進行的。到90年代初，安徽電研所開始用氦質(zhì)譜儀檢測大機組的真空系統(tǒng)空氣泄漏，很快使之成為一種成熟的技術(shù)，同時膠球清洗裝置的投運也有一些進展

3、。到1995年省內(nèi)中間再熱機組的凝汽器真空和設(shè)計要求差距平均已縮小到12 kPa。同時，由于掌握了水位控制這個關(guān)鍵因素，省內(nèi)大機組高壓加熱器的投運率都達到前所未有的高水平，一般都在95%以上，有少數(shù)達到了100%。但此時，省內(nèi)大機組的煤耗仍平均高出設(shè)計值25 g/kW.h左右。 MFq?mZ,  從1992年開始 ，我們注意到熱力系統(tǒng)閥門不嚴密造成內(nèi)漏的情況，到1995年，通過大量的現(xiàn)場考察、熱力試驗和新機組調(diào)試，我們確認，在省內(nèi)的機組中內(nèi)漏現(xiàn)象，特別是引入凝汽器的大量本體疏水管道內(nèi)漏普遍存在，而且泄漏的閥門范圍很廣，認識到這是目前火力發(fā)電機組節(jié)能的最大潛力所在。我們于1995年至1

4、998年在平圩電廠兩臺600MW汽輪機（西屋技術(shù)，哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)）上進行一個綜合性的節(jié)能項目，多次的熱力試驗完全驗證了這種思想。汽輪機本體疏水閥的普遍內(nèi)漏，引起我們特別的重視，一方面，這種流動背壓很低，完全是臨界狀態(tài)，單位面積的流量很大；另外，主蒸汽、再熱汽等包含大量可用能，白白被循環(huán)水帶走，單位泄漏量的損失很大。大量蒸汽漏入凝汽器，不僅直接損失很大，還將影響凝汽器真空，管道上的焊縫由于熱應(yīng)力和兩相流的沖刷，很容易出現(xiàn)裂縫。本體疏水泄漏的另一個后果是熱力試驗的精度受到很大影響，因為主蒸汽和再熱汽的流量無法測準。#2機在1998年以前無法完成象樣的熱力試驗，從1992年投入運行，主蒸汽不超壓

5、最大負荷一直都僅有570MW左右。為此，平圩電廠從1997年開始一直將有關(guān)閥門的維護和更換作為機組維修的重點項目，并經(jīng)常用紅外點溫計檢查閥門的泄漏情況，特別是本體疏水閥的內(nèi)漏，利用每次小修和臨時停機的機會，做了大量的工作。雖然熱力系統(tǒng)龐大，更換的一些閥門質(zhì)量也不好，很快又漏了；檢修中有大量的安全問題需要處理，節(jié)能性質(zhì)的工作時間十分緊張，工作很不容易，但仍取得了很大的成效。1998年910月#2機大修，大量改進措施的實施，使熱耗降低300kJ/kW.h。當年，兩臺機組在平均負荷率從80% 降到70%，啟停次數(shù)相等的情況下，年平均供電煤耗從1995年的354 g/kW.h降到347 g/kW.h，

6、同負荷率下可比煤耗下降15 g/kW.h左右，#2機不超壓能帶到590 MW，達到了立項時確定的投資少、容易實施、見效快的目標。這兩臺機的節(jié)能工作仍在繼續(xù)進行，2000年#1機大修結(jié)束后，預(yù)計會有進一步的成果，可望在70%的負荷率下，供電煤耗降到340 g/kW.h以內(nèi)。 uw3vYYFX  根據(jù)在平圩和其它電廠的工作，另外還有一些閥門的內(nèi)漏也是我們注意的：高壓加熱器旁路閥，其泄漏造成給水溫度降低，或下一級加熱器負荷增加而造成不經(jīng)濟、不安全的因素；給水泵再循環(huán)閥內(nèi)漏造成泵功的大量浪費；再熱器減溫水閥內(nèi)漏，本身就造成能損，還使再熱汽溫降低，尤其是部分負荷時，問題更顯著；凝結(jié)水泵再循環(huán)或

7、凝結(jié)水管道上的其它引出管子的閥門不嚴密，使一臺凝泵不能提供滿負荷時所需的凝結(jié)水量，備用泵必須投運，這在近幾年新的引進型300 MW機組的調(diào)試過程中相當常見。 a#V| 1*O  我們注意的另一個問題是高壓加熱器水位的控制，引進型機組的高壓加熱器都設(shè)有危急疏水閥，一旦水位到達動作定值，則該閥自動打開，大量疏水直接進入凝汽器，能量損失很大。如果#3高加（汽側(cè)壓力最低者）危急疏水閥動作，則#2高加疏水也必將排入凝汽器，損失還要大得多，同時，加熱器失去水位，管束、疏水閥門、疏水管道還要受兩相流的沖刷。而且，恰恰是#3高加水位控制相對困難。僅從經(jīng)濟性考慮，這時還不如將高加全部切除，但操作上鍋爐

8、存在主汽溫度調(diào)整的困難。所以，改進回熱加熱器水位控制品質(zhì)，非常重要。 4$iSo|  高、中壓缸內(nèi)的漏汽超過設(shè)計值，情況非常普遍，我們考察到的所有十余臺125 MW到600MW的汽輪機，這種現(xiàn)象都不同程度地存在。進汽插管汽封、引進型汽輪機平衡活塞等處間隙都放大了，使夾層汽流量大大超過設(shè)計值，不僅降低汽缸通流效率， #1、#2、#3級抽汽壓力、溫度升高，而且使汽耗增加，給水泵負荷沉重，這些都影響機組的帶負荷能力，各處壓力的升高客觀上也增加了原來存在的熱力系統(tǒng)內(nèi)漏。目前省內(nèi)幾臺300MW汽輪機通流面積都很充足， 但由于#1、#2抽汽壓力升高，超過高加安全門動作定值，300MW負荷時，不得

9、不將抽汽電動門節(jié)流，靠此時主汽流量的減小，抽汽壓力才勉強不超限。這種操作方式既不經(jīng)濟，也存在事故隱患。事關(guān)機組的經(jīng)濟性和帶負荷能力，因此，在大修中這些間隙應(yīng)當和和汽輪機動靜葉汽封間隙一樣受到重視，進行仔細調(diào)整。 qy'-'UlIr  JtO熱力系統(tǒng)內(nèi)漏的發(fā)現(xiàn)，使我們終于獲得了省內(nèi)大型汽輪機節(jié)能潛力的大致分布情況，為我們以后的節(jié)能工作打下了堅實的基礎(chǔ)。 :+H0Bz  三必須重視熱力系統(tǒng)內(nèi)漏 lG)J0  今后的幾年內(nèi)，熱力系統(tǒng)內(nèi)漏都將是我們注意的焦點。在不少汽輪機上，它占了節(jié)能潛力的近一半。在這樣的汽輪機熱力系統(tǒng)中，無法進行準確的熱力試驗，也無法進

10、行定量的能損分析。由此可以得到一個重要的結(jié)論，我們的節(jié)能工作現(xiàn)在仍處在初級的階段上，也正因此，我們能夠以極小的投入獲得極大的回報；現(xiàn)在節(jié)能項目、工作方向的選擇也應(yīng)當從這個實際出發(fā)，從現(xiàn)場設(shè)備的實際狀況出發(fā)，才能事半功倍。應(yīng)當將重點放在那些潛力大, 投資少的基礎(chǔ)工作上, 以最小的人力、物力投入, 取得最快、最大的效果。 根據(jù)我們在近年來的工作經(jīng)驗, 在今后幾年內(nèi), 以設(shè)備的維護、調(diào)整和輔機的整改為主, 對多數(shù)大機組將是一條正確的技術(shù)道路。這是我們近年來節(jié)能工作最重要的成果。我們過去節(jié)能項目的選擇范圍狹窄，過多地從理論出發(fā)，可以說，是以制造廠的目光來看實際的汽輪機及其熱力系統(tǒng)的。 pyV確定汽輪機

11、的性能，發(fā)現(xiàn)熱力系統(tǒng)存在的問題，熱力試驗仍是最全面有力的方法。需要注意的是，由于試驗中需要進行隔離等特殊的操作，汽輪機的試驗結(jié)果和日常運行中的實際性能是有區(qū)別的，這區(qū)別往往相當大，其中包含著大量的節(jié)能潛力6。 Sj I,v+  近幾年投運的很多新機組都有一個特性，就是剛進入商業(yè)運行時經(jīng)濟性能很差，至少需要23年才能達到同型號老機組的水平，而此時汽輪機通流部分已經(jīng)有相當程度的老化。所以，消除內(nèi)漏的工作應(yīng)從基建開始。5認為，引進型300MW機組的疏水管道數(shù)量太多，冗余量過大，可以取消其中的一部分，這是符合實際的。比如高壓缸排汽通風閥，原本是為中壓缸啟動設(shè)置的，西屋的汽輪機實際上不適合中壓

12、缸啟動，現(xiàn)在各廠都不用，而且閥門口徑太大，容易出現(xiàn)內(nèi)漏。為此，應(yīng)當盡快改進引進型機組的典型設(shè)計。閥門質(zhì)量不好，關(guān)閉不嚴密是目前最為突出的問題，包括很多昂貴的進口氣動閥。這樣的機組上，重要的考核試驗也很難準確完成。我們在淮北#5機改造后的性能試驗前用紅外點溫儀發(fā)現(xiàn)并更換了十多只明顯內(nèi)漏的疏水閥6，但還有很多機組限于時間等原因，大量的內(nèi)漏不能及時消除，如媽灣電廠的考核試驗中，內(nèi)漏量只得大致估計，通過討論協(xié)商決定數(shù)值，問題是很嚴重的2。筆者建議，對國內(nèi)現(xiàn)役的中間再熱機組的重要閥門作一次全面的調(diào)查，以便在今后火電機組的建設(shè)和維護中擇優(yōu)使用。 ?GH/W#o)  四節(jié)能技術(shù)方向 C7FY1Wj

13、  根據(jù)我們對安徽省十幾臺125MW以上汽輪機的考察結(jié)果，目前火電機組的節(jié)能潛力大部分在汽輪機一側(cè)，今后主要的節(jié)能技術(shù)工作可以分成三類。 Dl.UbH =  第一類是基礎(chǔ)工作，包括常規(guī)的設(shè)備維護和改變明顯不合理的操作方式。這應(yīng)當是目前絕大多數(shù)機組的工作重點。設(shè)備改進的主要內(nèi)容有： Yr"Of*VNH 1)     消除熱力系統(tǒng)內(nèi)外泄漏。國產(chǎn)的125MW和200MW機組熱力系統(tǒng)相對簡單，可以很快取得成效。 g%Tokl  2)   大修中通流部分的維護，包括隔板汽封、動葉頂部汽封間隙的調(diào)整，各調(diào)門重疊度的調(diào)整，動、靜葉的表面處

14、理。對反動式汽輪機，因為動葉前后差壓大，所以葉頂汽封間隙的增加會帶來更多的漏汽增加；沒有葉輪和平衡孔，則所有靜葉根部汽封漏汽都將混入主汽流，所以汽封間隙的調(diào)整更為重要。 st* sv  3)   凝汽器真空容易出現(xiàn)反復(fù)，應(yīng)維持對真空系統(tǒng)的檢查維護； wRm  4)   高壓加熱器的運行和維護技術(shù)，提高水位控制的品質(zhì)，降低疏水端差，保證水位正常時事故疏水閥不動作； UFT JobU  5)     熱工儀表和控制系統(tǒng)的投入率和品質(zhì)的提高。在節(jié)能工作中，熱工儀表是我們的眼睛，現(xiàn)在各廠的大機組中，儀表配備齊全，很多變送器的精度甚至

15、超過了十年前的試驗用標準表，但工作失靈的和不準確的測點都比較多，不少重要的儀表得不到及時校驗，或由于條件限制，降級校驗和使用，這寫都是很大的浪費。高、中壓缸排汽壓力表是否作高度修正，往往就足以使通流效率的測量結(jié)果面目全非。 pl3ap(/  運行中需要改進的項目主要有： XX /sC  1)   調(diào)門運行方式的初步優(yōu)化。正常運行中，超高壓機組取消調(diào)門全開的純滑壓方式，盡量定壓運行，引進型亞臨界機組應(yīng)當使用順序閥方式，盡量將閥位調(diào)整到閥點附近。 R+NiIoa  2)   壓紅線運行。少用、不用過熱器、再熱器減溫水，主汽溫度、再熱汽溫等參數(shù)盡量接

16、近設(shè)計值。 MuO KauYa  3)  循環(huán)水泵的運行。是否增開一臺循泵，依據(jù)供電煤耗和上網(wǎng)電量進行權(quán)衡。 :Q"|%#P  *'-!Y4)  控制加熱器水位，降低疏水端差，有DCS的機組，可以監(jiān)視動態(tài)過程中進出水的溫升率，提高高加投入率。 HQ-+ +;Q  必須重視那些既帶來能損, 又威脅機組安全的設(shè)備缺陷。比較典型的例子有： 軸封間隙過大, 不僅增加漏汽量, 有可能降低凝汽器真空, 還會使油系統(tǒng)中進水, 造成重大的設(shè)備事故隱患；再熱器減溫水閥門不嚴密, 不僅降低機組熱效率, 而且在緊急停機時有可能使中壓缸進水；調(diào)速系統(tǒng)

17、不穩(wěn)定, 不僅威脅設(shè)備安全, 而且機組因此不得不使用滑壓運行方式, 對于超高壓機組, 這種方式是不經(jīng)濟的, 而對引進型300 MW 或更大的機組，也不是最優(yōu)。 我們應(yīng)當認識到, 節(jié)能和安全有時雖然是有矛盾的, 但很多情況下, 節(jié)能工作意味著機組各部分設(shè)備的工作情況向汽輪機及其熱力系統(tǒng)的設(shè)計要求靠攏, 避免部分設(shè)備負擔過重甚至在危險的條件下運行，對機組安全有利。 Tp;W4'a*:  7goYzQsi%  到現(xiàn)在為止，我們的節(jié)能工作幾乎都可以歸入這一類。預(yù)計這項工作結(jié)束后，優(yōu)化引進型300MW機組在70%負荷率下的供電煤耗一般可以下降到340 g/kW.h以內(nèi)。馬鞍山

18、電廠的兩臺300MW已經(jīng)達到了這個水平，1999年上半年，在60% 的平均負荷率下，供電煤耗僅345 g/kW.h。 lcZ.  L_!ShE  從中國電力最近刊登的生產(chǎn)月報看，盡管高參數(shù)大機組的比例不算高，近幾年新建的大機組也不多，安徽的火電機組能耗水平在國內(nèi)仍處于中上水平。根據(jù)12345等文獻，其他省市的情況很可能與安徽類似，熱力系統(tǒng)內(nèi)漏相當普遍，節(jié)能工作同樣在較低的水平上。因此，依靠仔細完成這一類工作，完全可以期望在三五年的時間里，全國火電機組煤耗平均降低15 g/kW.h。1998年全國火力發(fā)電量為9.3×1011kW.h，按此計算，每年可節(jié)省1.4

19、15;107噸標準煤，或者40億元的燃料費用，這確實是巨大的財富。 V+ Tv:a  pjFO0h_Y  第二類是熱力試驗結(jié)果和數(shù)學模型指導下的優(yōu)化運行和狀態(tài)檢修技術(shù)。在具有DCS的大機組上，投入將不會太大，這項工作有廣闊的前景。 Os"('jd>  #; ?3k uq(  目前的小指標競賽有許多不合理的地方，概括起來問題有兩類，一是各指標的考核各自孤立，沒有考慮相互的影響，更沒有小指標服從大指標的思想。決定何時開啟備用循泵就能很充分地反映這個問題。增開備用循泵將提高真空，同時增加廠用電率，兩者有矛盾，但改變凝汽器真空和廠用電率都

20、必須服從降低供電煤耗這個目標，而決不應(yīng)當僅根據(jù)哪一個小指標作出決定。在市場經(jīng)濟的今天，發(fā)電任務(wù)不飽和的情況下，供電煤耗又必須服從生產(chǎn)的總體經(jīng)濟效益這個更大的指標，因此最合理的方法是根據(jù)上網(wǎng)電價和標準煤價在上網(wǎng)電量和供電煤耗之間進行仔細的權(quán)衡。第二個問題是指標靜態(tài)化帶來結(jié)果的不準確。50%和80%負荷下，真空變化1kPa對供電煤耗的影響是不一樣的，而小指標競賽反映不了這類問題。計算機優(yōu)化運行指導系統(tǒng)可以方便有效地克服這些困難。 k|)fl l  R p&J!hlA  但是，在開始工作以前，第一類工作中的設(shè)備改進部分應(yīng)當基本結(jié)束。否則，試驗精度不好，結(jié)論未必可靠。原因是

21、，大量的疏水內(nèi)漏將影響尋優(yōu)試驗結(jié)果，尤其是主汽管的疏水內(nèi)漏，與主汽壓力成正比，漏量較大時，將使調(diào)門位置或主汽壓力的尋優(yōu)試驗得到不正確的結(jié)果。另外，機組性能大幅提高后，原有的數(shù)學模型將不能再用。只有基本消除了無法查清流量的不明內(nèi)外泄漏，定量的耗差分析才有實際的意義。 YqX$a  'dGc6.  運行優(yōu)化指導系統(tǒng)龐大，個別變送器的故障就可能影響整個系統(tǒng)的工作，維護比較煩瑣，需要電廠在技術(shù)和管理上達到比較高的水平。在狀態(tài)檢修方面，我們的差距很大（7）。 R_PF*q2 '   29p|X<  目前平圩電廠的兩臺600MW機和馬鞍山第二電

22、廠的兩臺300MW的熱力系統(tǒng)已經(jīng)接近開展優(yōu)化運行工作的要求?？梢云谕@些機組在兩年內(nèi)通過以上的兩類工作，在負荷率不變的前提下，供電煤耗再至少降低5 g/kW.h。 3 v 17  |H5.2P&9-5  第三類是主、輔設(shè)備的更換和現(xiàn)代化改造。最典型的例子是汽輪機的通流部分改造。這一類項目投入很大，應(yīng)當明確主要目的，是提高經(jīng)濟性，增加出力，還是保障安全，提高運行的調(diào)峰能力和自動化水平。改造前，對制造廠提供的參數(shù)、指標要有全面、科學的認識，比如，高壓缸的通流效率可能是從調(diào)節(jié)汽門后計算的，這和常規(guī)的熱力試驗不同，應(yīng)當考慮其試驗和計算方法；東方200MW機組改造后，額定出力提高到220MW，但同時額定主汽流量由610 t/h提高到635 t/h，這時調(diào)門將不在閥點位置，如何在考核試驗中兼顧高壓缸通流效率和汽輪機熱耗，等等。另外，改造的首先應(yīng)當是熱力系統(tǒng)中最弱的環(huán)節(jié)，只有這樣，才能有好的效果。因此，需要科研單位的協(xié)作，對改造方案、結(jié)果作出評估。例如，在投入有限的情況下，改造選擇哪個汽缸，就需要使用相當專業(yè)的知識。由于高壓缸的出力相對較小以及重熱效應(yīng)，大致需要高壓缸通流效率提高5%才能降低熱耗1%，而多數(shù)機組低壓缸只需要不到2.5