电厂汽轮机原理及系统 [探析电厂汽轮机节能方法]

来源:幼儿教育 发布时间:2019-05-08 05:54:34 点击:

  摘要:降低燃煤机组煤耗是我国节能工作的一项重要任务。作为当前火力发电主力机组的300MW、600MW机组,其经济性存在很多问题,节能潜力巨大。因此本文对西柏坡电厂4×300MW机组、2×600MW超临界机存在的问题进行了研究,并提出了相应的节能优化措施。
  关键词: 节能;热力系统;;凝汽器
  
  随着我国科学技术的发展,能源利用效率虽然近年来有了较大提高,但与世界发达国家相比仍有差距,尚有很大的提高潜力。据统计,我国目前能源效率比国际先进水平低10个百分点,其中火电机组平均效率33.8%,比国标先进水平低6~7个百分点。
  
  一、 我国电厂机组运行现状
  
  河北西柏坡发电有限责任公司一、二期工程经过招标,建设四台哈尔滨汽轮机公司制造的额定出力300Mw成套汽轮发电机组,三期2×600Mw超临界机组主设备采用两台哈尔滨汽轮机公司和哈尔滨电机公司及北京巴布科克牛威尔科克斯公司制造的600Mw超临界燃煤发电机组。由于的国产机组各项经济性指标与同类型进口机组相差甚大,节能潜力大。综合考虑设计、制造、安装、运行与维护等方面的因素,火力发电厂节能工作主要归结有以下两个方面:一方面针对主设备和主要辅机进行优化改造,提高主机热效率、降低辅机电耗,以达到节能目的;另一方面是针对热力系统,着眼于优化和完善热力系统及其设备,改善运行操作,提高运行效率,以实现节能目标。
  随着热力系统节能理论在不断发展,已系统研究和发展了“等效热降”理论,并用以全面分析热力系统的结构、设备、参数、负荷特性、环境特性、系统特性、负荷持续时间特性等因素对机组运行经济性的影响规律。通过对机组热力系统的试验和优化改进,充分挖掘热力系统的节能潜力,为同类型火力发电厂热力系统优化设计、节能改造、运行诊断和节能管理提供了依据。
  
  二、国产引进型汽轮机组存在的问题
  
  通过对不同电厂同类型机组各种试验和运行数据,以及大修揭缸过程中检查的结果综合分析,目前该类型机组所存在的问题有原机组结构设计、优化设计及加工中的缺陷,也有安装、运行等方面的因素,可归纳为以下三个主要方面:
  1汽轮机本体结构设计方面存在不足
  国产引进型汽轮机组,是80年代初我国引进的美国西屋公司汽轮机制造技术,其技术指标是70年代初的国际先进水平。随着技术的进步,当年引进的西屋机组技术水平已显得落后,机组技术经济指标与国际水平有较大差距。为此,在国产化过程中采用不同的技术路线对原型机进行了优化设计和改进。制造厂经采用不同技术路线优化设计后的汽轮机组,投产后共同出现的问题是各监视段存在普遍超压,如果限制压力,机组出力偏紧。之后,两厂分别对出厂机组进行了现场扩大高压缸通流面积和新制造机组扩大通流面积的设计改进。国产制造的该类型机组实际运行中反映最为普遍的另一个问题是高压缸排汽温度高出设计值15~30℃,高压缸效率偏低3~10个百分点,且高压缸效率下降速度较快。
  分析发现造成高压缸效率偏低和下降速度较快的主要原因是高压缸前部和中压缸中部上、下缸温差大,汽缸出现变形,通流汽封以及轴封径向汽封容易被磨损,螺栓松弛或断裂,内缸结合面出现漏汽等。珠江电厂汽轮机组由于高压缸前部未设计壁温测点,无法得知温差程度,存在的问题没有暴露。经在同类型机组该处加装上、下壁温测点,运行中上、下缸负温差大的问题得以证实。另外,由于该机组结构的特殊性,对机组安装、检修工艺掌握不够,因此,机组安装投产后运行效果不很理想,甚至对机组运行中出现的问题,经几次大修后,仍不能得到改善和彻底解决,影响机组经济效益的发挥。
  2 热力系统及辅机设备不完善
  目前,机组普遍存在试验结果较为理想,而实际运行结果较差的问题。由此可见,系统及设备的不完善是机组实际运行煤耗率普遍偏高的又一主要原因。热力系统及辅助设备存在的问题既影响机组运行安全性,又影响机组运行经济性,珠江电厂1号机组投产后汽轮机组及系统存在的主要问题如下:
  (1)冷端系统及设备不完善,凝汽器真空度偏低,年平均~般在91%~93%之间。
  (2)回热系统及设备不尽完善,造成高、低压加热器运行水位不正常,疏水管道振动,弯头吹薄、破裂,加热器上、下两端差变大。
  (3)本体及热力管道疏水系统设计庞大,汽机侧各类疏水管道有70根左右,阀门易发生内漏,且控制方式设计和管径设计不合理,甚至存在设计、安装错误。
  (4)热力系统设计复杂,且工质有效能利用不尽合理,冗余系统多,易发生内漏,热备用系统和设备多采用连续疏水方式,使有效能损失较大,既影响安全和经济性,又增加检修、维护工作量及费用;
  (5)汽水品质差,通流部分结垢严重,甚至高压缸通流部分亦结垢,影响汽轮机相对内效率。
  (6)辅机选型、配套和运行方式不合理,运行单耗大,厂用电率增加。
  (7)实际运行轴加热器热负荷大,压力高,温升高于设计值5℃左右。
  3 机组运行方式及参数控制不合理
  当前各大电网负荷较低,峰谷差也较大。机组日运行负荷变化幅度较大,且低负荷运行时间较长,是机组目前运行煤耗率普遍较高的主要原因。国产的机组,汽轮机进汽调节方式分为节流调节和喷嘴调节两种。机组低负荷运行时,采用何种运行方式,经济性差异较大,而且采用同一种调节方式,选用不同的运行参数,经济性也存在一定差异,有一个最佳运行参数问题。另外,目前在对机组小指标考核时,如对汽温、汽压等参数的考核要求尽可能接近设计值,使机组在低负荷运行时,节流损失急剧增加,也是影响机组经济性的原因之一
  
  三、电厂汽轮机的节能优化
  
  1汽轮机组热力系统优化的技术措施
  汽轮机组及热力系统的任何变化,必然引起各处工质流量分配变化及热力参数变化,最终表现为新蒸汽的做功变化和循环吸热量变化,从而影响汽轮机组的总体热经济性。针对国产机组存在的问题和电厂机组实际运行状况,依据机组能损定量分析的基本理论及国产机组主要参数变化对经济性的影响,电厂对汽轮机组及热力系统采取了消除外漏、减少内漏、合理利用工质等节能措施。主要技术措施有:
  (1)在机组大、小修前对整个热力系统阀门的运行状态进行诊断,制定系统阀门检修计划和措施;(2)重点检修热力系统阀门,消除阀门存在的缺陷,将重要而易产生泄漏的高压疏水门更换为进口阀门,更换的国产门必须解体检查内部质量;(3)研究热力系统部分疏水管增加手动门,选型时将阀门压力等级提高l一2个等级。疏水系统加装手动门后,运行时处在常开位置,当疏水门泄漏,运行中无法消除时,作为临时措施,关闭该手动门;(4)根据系统旁路的布置和管道走向,减少主、再热蒸汽管道疏水管,并进行合并及调整的系统优化;(5)冷态调整热力系统电动门和气动门行程限位,预留适当的行程;热态时检查阀门是否存在泄漏,必要时热态重新调整阀门行程;(6)研究改进高加疏水调整方式,将原基地式疏水调整方式改为DCS控制,并通过试验调整高加运行水位;(7)优化低加疏水系统管路布置,减少系统阻力,消除7号、8号疏水不畅;(8)优化高压外下缸及中压外下缸疏水系统。
  另外,回热加热器是热力系统的重要设备之一,它对火电机组热经济性的影响较大,特别是当高压加热器停运时对热经济性的影响会更大。现场中,由于高压加热器损坏或设备配套不齐以及检修高压加热器时,都可能出现停运的工况。除此之外,人为地切除高压加热器,在某些火电厂有时被作为调峰的一种手段。因为切除高压加热器,在新蒸汽耗量保持不变,且汽轮机通流能力又允许时,将获得可观的超额功率,用以满足尖峰负荷的需要,达到调峰的目的。定量分析其对热经济性的影响,对促进节能改造,改进运行操作和管理,提高装置经济性具有一定的现实意义。
  2凝汽器真空的影响因素及其改善
  在凝汽式机组中,通过凝汽器散去的热量比用驱动汽轮发电机组所消耗的能量还大,因而凝汽器的运行状况能明显影响机组的热经济性。因此,凝汽器的真空值直接影响汽轮机的安全、经济运行。
  影响机组真空的因素主要有:冷却水量、冷却水温、抽气系统的能力、凝汽器结构和管材、凝汽器清洁系数、真空系统漏入空气等。目前,国内运行的大中型汽轮机普遍存在真空系统严密性不合格的问题。因此,研究影响凝汽器真空的主要因素并提出改善措施也是一个非常重要的问题。
  (1)汽轮机组真空系统严密性治理
  机组冷端系统性能不良,真空系统严密性试验结果大大超标,严重影响机组热力性能。对此,珠江电厂成立真空治理专门工作小组,配备专人,购置氦质谱检漏仪,坚持常年认真细致的工作,运行人员定期进行真空严密性的试验,发现异常情况,检修人员及时采用质谱检漏仪在线查漏处理。为了查出真空系统的漏点,在机组停运检修期间,通常采用灌水的方法进行检漏,而当机组运行时,经常采用卤素检漏仪或采用氦质谱检漏仪进行真空系统检漏。根据实际工作经验总结,珠江电厂汽轮机组真空系统和设备易漏空气的薄弱环节有:凝汽器汽侧入孔门及喉部焊缝;在潮湿的地方或地下管道易发生锈蚀、破损;管道的法兰接口处;凝汽器及低压加热器汽侧的水位计接头:疏水系统(阀门、容器等);低压缸结合面,低压缸轴封。
  (2)凝汽器管结垢
  凝汽器冷却管结垢包括管外和管内结垢,管外的垢层一般由油污和氧化铜、氧化铁等构成,管内的污垢除了腐蚀产生金属氧化物外,主要是由循环水带入的污物沉积和小生物在管内的繁衍造成的, 在实际运行中,主要面对的问题还是管内严重积垢而影响凝汽器的传热性能。对于凝汽器管内防污垢,尤其是防有机物在管内的污堵,国内外都做了大量的试验研究工作。⋯。主要途径有二:一是在循环水进水口及凝汽器进水口装设有效的过滤装置,滤除水中的杂物和小生物;二是在进水口定期添加~定浓度和数量的有机或无机(如次氯酸钠等)杀虫剂,以抑制进水口及进水管中生物的附着和繁衍。
  凝汽器冷却管的清洗有化学和机械两种方式,根据清洗中凝汽器是否减负荷或停运,又可分为在线和离线两种方式。机械式在线清洗主要有胶球清洗和毛刷清洗两种,离线机械清洗需部分减负荷,并需人工操作,在我国除上述方法外,还常用人工毛刷捅洗,在北方地区还广泛采用热风干燥清洗的方法。
  
  四、结论
  
  国产的300MW、600MW机组是当前我国火力发电的主力机组,由于主、辅设备设计、制造、安装及电厂运行等方面因素,汽轮机本体和热力系统、主要要辅机存在的不完善问题成为影响机组性能和经济效益正常发挥的主要原因。因此,对国产300MW、600MW机组及系统的经济性研究非常必要,进行机组汽轮机及系统的优化改进是一个综合性课题,需要动力工作者付出艰辛的努力,不断引进新技术、新工艺、新产品使汽轮机组及系统的运行水平进一步得到提高。
  
  参考文献:
  [1]王朝伟. 600MW超临界机组热力系统热经济性分析研究. 学位论文,2007
  [2]林万超. 火力发电厂热力系统节能分析. 水力电力出版社,2007
  [3]李国军,苏春艳. 国产引进型300MW机组节能降耗综合治理. 2005
  
  作者简介:
  李涛(1975―),男,河北平乡人,电力工程师,多年从事火电厂机组运行工作,先后参加300MW、600MW机组调试,主编600MW超临界机组《汽轮机运行规程》,现为河北西柏坡发电有限责任公司2*600MW机组单元长。

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