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1、汽轮机组节能技术西安热工研究院 刘安 13991363610, 2009-12-08 大连各位领导、各位代表：大家好！今天我讲的题目是汽轮机组的节能技术，主要就热工院在汽轮机节能技术方面开展的工作和了解的情况和大家交流。1 序言-汽轮机节能技术总的原则1.1 以改进对象分类在一个发电厂里，与节能有关的工作涉及的范围很多，也很杂乱，常使人感到无从下手。提高机组经济性的工作是一项长期、细致、繁琐的工作。目前大多数情况下，通常很难找到某一、两项改进可以大幅度提高机组经济性，即便有些机组存在重大问题，在改造后仍需要对大量细小、琐碎的问题进行处理。为此有必要首先对与节能相关的工作作一个分类，以便于分部检
2、查，发现可改进的项目。我们将节能工作按照其实施的对象分为三类，对每一个方面进行深入挖掘、精细调整，以提高其经济性，从而提高整个机组的经济性。1) 设备性能改进发电机组是由完成热力过程的各种设备构成，除了锅炉、汽轮机、发电机三大主机之外，还有许多辅机，汽机侧主要包括凝汽器、冷却塔、各种加热器、各种水泵；锅炉侧的辅机则更多；现在的电厂往往还设置了与环保相关的除尘、脱硫、脱硝装置；其它还有电气、化学等方面的设备。每一个设备的性能均会对整个机组的效率造成影响。每个设备都有标志其热力性能的关键指标，逐个对各个设备的性能指标进行检查，发现性能下降的设备，根据具体情况确定处理措施，以恢复机组效率。其中辅助设
3、备还有与整个机组合理匹配的问题。对设备性能的检查方法包括定期的性能试验，及日常运行参数的定期监测，相关研究推荐检查的周期为1到3个月。2) 热力系统的改造各种设备通过热力系统的管道和阀门相互连接，以完成整个热力循环过程。大的划分，热力系统包括构成了基本热力循环(即设计的原则性热力系统)的热力系统，和辅助热力系统。其中对经济性影响大的是各种辅助系统的状态，逐个检查每个设备的辅助系统，从系统设计、阀门严密性、操作方式等方面考虑改进的措施。辅助热力系统主要包括某个设备本身运行必须的系统，为保证设备安全的系统，用于启动、停机、故障等特殊状态下运行所需要的额外的系统，等。如锅炉的排污、吹灰，汽轮机的旁路
4、、通风、轴封系统，加热器的旁路、危急疏水，各种水泵的再循环，各设备及管道的疏水、放水、放空气，等等。3) 运行优化当所有硬件设备的状态得到保证之后，合理地使用这些设备也是影响经济性的重要方面。其思路还是对各个设备、各个辅助系统的运行方式考虑优化的可能性。综上所述，通过逐个地、认真细致的工作，保证了每个设备性能达标，热力系统无异常损耗，再加上合理的运行，即可保证机组运行在最佳的状态。1.2 以改进效果分类当电厂列出了一系列节能改进措施之后。怎样确定哪些措施可以实施，怎样安排这些措施实施的顺序？还是可以通过分类的方法对这一问题提供参考，以便于规划各项措施实施的顺序。这一顺序并不一定是严格的时间顺序
5、，主要是一种按其作用排列的优先顺序。机组实际效率机组短期内可达到的效率机组较长时间才能达到的效率机组可达到的最佳效率通过改进运行维修工作（基本无需额外投资）可恢复回收的热损失通过有收益的投资可恢复回收的热损失通过无收益的投资（即收益不足以补偿投资）可恢复回收的热损失机组效率较现实的标准机组效率验收标准不可知损失可知损失不可控损失不可避免损失节能改进措施可以分为：(见上图的右侧)1) 通过改进运行维修工作（基本无需额外投资）可恢复回收的热损失2) 通过有收益的投资可恢复回收的热损失3) 通过无收益的投资（即收益不足以补偿投资）可恢复回收的热损失这一策略同时给出了机组改进的三个层次的目标。通过改进
6、现有的运行方式、检修策略，对现在本来就要进行的工作改进其工作方法，在基本不增加成本的情况下，提高机组的性能，达到“机组短期内可达到的效率”目标。通过技术经济比较按投资收益率的高低，计算出每降低1g/kWh煤耗需要投入的资金，对一些大的改进项目进行排序，确定实施的优先顺序，达到“机组较长时间才能达到的效率”目标。而那些投资收益率很低甚至不能收回投资的改进，原则上是不应实施的。但是，受非经济原因的影响，目前有些能取得较大效果的措施也有一定的必要性，并且从综合效益上考虑也具有一定的经济可行性，如增强企业竞争力、增加发电量、利用煤电差价获得额外收益，等因素。但目前也存在一些不计成本进行改进的倾向，需要
7、引起一定的注意。注意，这里的长期、短期目标也不完全是一个时间上的概念，而主要反映了一种优先程度。验收标准：根据验收试验所求得的净热耗率；较现实的标准：（电厂改进或增添设备后的净热耗率）。运行中额外因素产生的不可避免损失，如锅炉排污、环保设备用电用汽等。可达到的最佳效率：在现有设备和运行条件下预计可以达到的净热耗率。考虑了运行中一些变动因素产生的不可控损失，如大气温度、煤质变动、设备改进影响。应注意的是，以上标准中未包含设计值，实际上包含在验收标准中，验收标准可能优于或劣于设计值。对改进措施还有一些其他的分类方式，可以起到提示改进项目和分析改进项目的作用，以供参考。具有直接经济效益的发电厂技术改
8、造项目可以分为三种类型：l 以增加收入为主的技术改造项目。l 以节约成本费用为主的技术改造项目。l 既增加收入又节约成本费用的技术改造项目。根据发电厂各主辅设备的经济性和安全性状况，又可分为：l 锅炉设备改造、l 锅炉辅助系统设备改造；l 汽轮机本体改造、l 热力系统优化改造、l 冷端改造等1.3 节能的管理热工院长期开展的发电厂节能降耗的相关工作主要有：1) 热力系统优化等，直接节能减排的项目；2) 为相关设备改造进行方案论证、可行性研究；3) 通过试验诊断机组各方面存在的影响经济性的问题；4) 对整个机组进行经济性评估，指出提高经济性的主要途径。在相关的技术工作之外对发电厂节能工作的管理也
9、有一些体会，尤其是在机组总体性能评估的工作中。近年来受不同电力公司委托对其下属的数十家电厂进行了运行经济性评估工作，其中一些电厂能耗高的原因本质上是管理的欠缺造成的。当然管理问题非常复杂，以下所述问题可能考虑得比较片面。国外相关研究机构提出过“现有火电厂降低热耗率工作导则”，其主要内容大致分为三个部分：1) 对设备状态的评价；2) 对设备状态的改进措施；3) 对“热效率工作的经常性管理”。也就是说，管理在提高机组热效率工作中扮演了举足轻重的角色。在上述研究中对热效率工作的管理主要有以下建议：1) 制定正规的热耗率工作纲要：包括a) 检查机组目前的性能状况；b) 预测可达到得最佳性能状况；(明确
10、的、科学的节能目标)c) 编制机组达到最佳性能的工作计划，并实施。可以看出，该“导则”非常重视改造前的评估工作。可以设想，在具体机组进行节能降耗改造前，如果能够明确地说出，目前影响机组经济性的主要因素，并对各因素给出定量的影响程度，并进一步明确通过改进可以达到的目标，则针对具体的问题采取针对性的改进措施，以使机组达到预期的经济性目标其实并不十分困难。2) 建立专门的组织机构，明确职责分工a) 在一个发电厂里，为保持和改进机组运行性能的工作实在太多，不可能由兼职的人来完成。b) 从发电公司的角度分析了公司总部和下属电厂的人员组织方法。指出：过于从属于电厂的组织易造成陷入日常生产任务，无暇顾及热耗
11、率工作，过于分离的组织则易受到一定程度的排斥，造成工作不便开展，提出的意见得不到重视。3) 其它还有相关信息的传递，对人员的发动，基本知识的培训，等各方面都对改进经济性工作的开展有至关重要的影响。2 汽轮机改造下面介绍汽轮机本体的节能改造技术，主要分三个部分：通流部分改造、汽封改造、及汽缸内漏汽的治理。2.1 通流部分改造通流部分改造是大幅度提高汽轮机经济性的一项重要措施，在国内也被广泛地采用，得到大量地实施。多年来，国内200MW及以下功率等级的汽轮机已有数百台实施改造，改造后的经济性和安全性均有得到提高，取得了良好改造效果。近年来，早期投运或采用上世纪70年代80年代技术设计制造的300M
12、W功率等级的汽轮机也已有近40台进行了通流部分改造，为后续的改造积累了大量经验。（目前600MW等级机组大多投产年限不长，尚无迫切的需要。）2.1.1 为什么要改造通流部分-改造的必要性至2007年底，300MW及其以上功率等级机组已占全国总装机容量的56.85%，其中300MW功率等级机组占总装机容量的30.13%。1) 大量的主力机组存在热耗率偏高的问题，其中汽轮机通流效率低是主要的影响因素供电煤耗率水平07年平均供电煤耗为337g/kW.h进口机组比国产机组低10g/kW.h左右早期投产机组供电煤耗为340360g/kW.h目前国际上300MW等级机组的先进水平为310320g/kW.h
13、。热耗率水平新投产机组额定工况热耗水平比设计值要低2左右；早期投产机组额定工况热耗水平比设计值低67。缸效率新投产机组高压缸效率为8384；中压缸效率9091；早期投运机组高压缸效率7880；中压缸效率8789。高压缸效率1%，影响热耗率16.5kJ/(kWh)，影响煤耗0.62 g/(kWh) 。中压缸效率1%，影响热耗率23.8kJ/(kWh)，影响煤耗0.89 g/(kWh) 。低压缸效率1%，影响热耗率36.3kJ/(kWh) ，影响煤耗1.36 g/(kWh) 。2) 通流效率低的主要原因早期的技术，设计水平低。目前在役的多数国产300MW等级汽轮机多采用引进的上世纪7080年代国外
14、技术，基于一维、准二维或二维设计，存在叶栅型线落后型线损失大、叶栅展弦比较小、级根径比较大、各级焓降分配不合理，各级蒸汽泄漏大等问题。且随着运行时间的增长，任何机组都会因具体工作环境的影响而发生老化，并受到不同程度的损伤。最常见的损伤原因包括固体颗粒的冲蚀、积垢、间隙增大、锤痕、异物损伤等。其次，还有结合面或密封环的泄露和点蚀。静、动部件的摩擦将会增大泄露及其相关损失。引起摩擦的原因包括大的转子振动、静止部件的热变形、轴承故障、进水、固体颗粒冲蚀等。除了因表面粗糙度增大，反动度改变，正常级内压力分布混乱造成的损失以外，结垢亦可引起较大的出力下降。因为结垢后使喷嘴面积减小，限制了通流能力。锤痕和
15、异物损伤也会同样引起损失。其它诸如进口密封环、内缸结合面及隔板间的泄漏可引起较大的损失，因为这些泄露流量中有的蒸汽旁通了若干级或整个通流部分。导致汽轮机各级损失较大，级效率及通流效率低下，多数机组缸效率及热耗率达不到设计值。3) 安全可靠性设备经多年运行后，在部件磨损阶段故障率会趋于增长。300MW等级汽轮机特别是上世纪90年代中期前的国产300MW汽轮机多数不同程度的存在喷嘴室变形、高压调节级及中压第一级固体颗粒冲蚀损坏、内缸体变形严重、低压末级、次末级断裂、损伤故障、水蚀严重及其它影响机组可靠性的安全隐患。汽轮机在投运若干年后，随着老化其性能逐渐下降变差而无法避免，在机组正常估算寿命期内，其故障率的大小往往呈现“浴盆曲线”式的变化，设备经多年运行后，在部件磨损阶段故障率会趋于增长。综上，目前国内300MW功率等级机组仍占总装机容量的30.13%，多数运行经济性较差，安全性方面也存在诸多隐患，且部分机组已接近其设计寿命，采用当代先进汽轮机设计技术，对其实施改造，恢复或提高其效率，对节能增效及减少污染排放意义重大。随着大规模电力建设速度的逐渐放缓及环保压力、运行成本压力的增加及节能调
