汽機節(jié)能課件

汽輪機節(jié)能降耗

2/6/20231講座的內容影響經(jīng)濟性的因素提高經(jīng)濟性的途徑汽輪機組節(jié)能降耗降低廠用電運行優(yōu)化與性能診斷2/6/20232影響經(jīng)濟性的因素2/6/20233影響汽輪機熱效率的因素11高壓缸效率2中壓缸效率3低壓缸效率4主蒸汽壓力5主蒸汽溫度6再熱蒸汽溫度7再熱蒸汽壓損8最終給水溫度9凝汽器壓力10再熱器減溫水流量11鍋爐吹灰蒸汽流量12小汽輪機進汽流量2/6/20234影響汽輪機熱效率的因素213機組補水率14調節(jié)閥運行法是及開度15給水泵焓升16凝結水泵焓升17軸封漏汽量18加熱器給水端差19加熱器疏水端差20凝汽器端差21凝汽器過冷度22閥門內漏23設備散熱損失242/6/20235汽輪機缸效率對熱耗的影響2/6/20236主蒸汽壓力對熱耗率的影響2/6/20237主蒸汽溫度對熱耗率的影響2閥4閥2/6/20238再熱壓損對熱耗率的影響2/6/20239再熱汽溫度對熱耗率的影響2/6/202310排汽壓力對熱耗率的影響影響的熱耗比%流量比%排汽絕對壓力(KPa)1.703.304.905.406.808.4010.2011.9013.5015.2017.2018.60vwo-0.84-0.390.000.241.262.914.596.037.458.9610.5811.66100-1.10-0.600.000.371.833.545.316.718.5010.0611.7312.8780-2.03-1.350.000.762.584.486.638.5810.2711.9413.7214.8960-3.74-2.660.000.823.015.377.9810.1211.9413.6915.5716.7950-4.88-3.130.000.883.395.978.8011.0512.9214.7416.6917.8430-8.61-4.180.001.264.427.4610.3412.6014.8216.9419.2620.30圖太復雜，將圖還原成表格。日常計算均以75%負荷率時采用插值計算以基準2/6/202311再熱減溫水流量對熱耗率的影響2/6/202312小機進汽流量對熱耗率的影響2/6/202313最終給水溫度對熱耗率的影響2/6/202314再熱噴水量對熱耗率的影響2/6/202315系統(tǒng)補水率對熱耗率的影響2/6/202316調節(jié)閥開度對熱耗率的影響2/6/202317超臨界600MW機組

運行參數(shù)偏離設計值引起的能耗差

項目參數(shù)變化量影響煤耗

(g/kwh)設計值8月實際值影響煤耗

(g/kwh)主汽壓力每↓0.1MPa↑0.075324.223.870.25主汽溫度每↓1℃↑0.0817566564.810.1再熱汽溫每↓1℃↑0.073566561.860.3負荷每10MW↑0.41600522.973.16背壓每↓1KPa↑3.214.96.926.51給水溫度每↓1℃↑0.05282275.380.331補水率每↑1％↑0.9810.65-0.343高壓缸效率每↓0.5％↑0.25

中壓缸效率每↓0.5％↑0.17

低壓缸效率每↓0.5％↑0.58

2/6/202318超臨界600MW機組

影響機組熱耗的主要因素分析2/6/202319提高經(jīng)濟性的途徑2/6/202320汽輪機通流部分改造與調整通流部分改造全部（動、靜、高、中、低）更換部分更換更換葉片通流部分局部調整通流部分間隙調整更換汽封改善高中壓進、排汽平衡環(huán)汽封通流面積2/6/202321治理閥門內漏系統(tǒng)優(yōu)化閥門合并閥門取舍閥門管理2/6/202322通常容易發(fā)生泄漏閥門：

汽輪機本體疏水、高壓主汽門前疏水、抽汽門前疏水、高壓導管疏水、高低壓旁路閥、高加事故疏水閥、給水旁路閥、給水泵和凝結水泵的再循環(huán)管等。造成的結果：造成大量高品位蒸汽漏至凝汽器，機組功率減少，同時凝汽器熱負荷加大，又影響真空；造成疏水集管與擴容器的溫差增大，甚至造成疏水集管與擴容器連接處拉裂，使大量空氣漏入凝汽器；工質非正常流動，如工質通過疏水管道倒流至汽輪機，造成汽缸進水或冷蒸汽，啟、停過程汽缸溫差增大，甚至造成打閘停機后機組轉速不能至零。2/6/202323提高回熱系統(tǒng)性能合理調整加熱器水位合理選擇疏水閥門的流通面積合理設計排氣系統(tǒng)合理掌握投入、退出的溫度變化率合理檢修維護（進出水室短路,旁路泄漏）2/6/202324提高汽輪機冷端性能真空嚴密性凝汽器清潔度冷卻水流量冷卻水溫度凝汽器水室排空氣減少熱負荷抽空氣系統(tǒng)及降低冷卻水（工作流體）溫度2/6/202325存在問題1-高壓缸效率低上汽、哈汽制造的該類型機組實際運行中反映最為普遍的一個問題是高壓缸效率偏低3～10個百分點。高壓缸占整機功率的份額為30%左右，缸效率每變化1個百分點，對機組熱耗率的影響份額為0.2%，約為16.6kJ/(kW·h)，折合機組發(fā)電煤耗率0.62g/(kW·h)，對效率影響0.34%，功率約1.02MW。造成高壓缸效率偏低和下降速度較快，主要原因是高壓缸與中壓缸之間過橋汽封間隙變化及高壓缸前部和中壓缸中部上、下缸溫差大，汽缸出現(xiàn)變形，通流汽封及軸封徑向汽封易被磨損，螺栓松弛或斷裂，內缸結合面出現(xiàn)漏汽等。2/6/202326#5機目前的缸效試驗情況項目名稱單位THA設計工況3VWO工況4VWO工況600MW590MW450MW300MW高壓缸效率%87.3881.9783.0681.8681.9679.4778.96中壓缸效率%93.1194.4993.9093.9694.1695.7399.52低壓缸效率%89.5482.5884.8985.1784.7782.0674.642/6/202327存在問題2-汽封泄漏量大汽輪機正常運行時，蒸汽流過汽輪機各級時，壓力和溫度逐級下降，在隔板兩側存在壓力差，隔板內緣與轉子之間必然會有蒸汽泄漏；當級內有反動度時，動葉前后也存在壓力差，其動葉頂部與汽缸內壁或隔板套內壁之間也會有蒸汽泄漏。這一小部分從級間各處間隙中泄漏的蒸汽不但不做功，而且干擾主蒸汽的流動，產(chǎn)生漏汽損失，從而降低級的效率，使汽輪機的效率降低、做功能力降低、冷源損失增加，機組熱耗上升，影響機組的經(jīng)濟運行。另外，高中壓汽封漏汽嚴重時會進入前軸承箱導致油中帶水；漏入低壓缸的空氣過多，會使汽輪機的真空降低，并增大抽氣負荷，嚴重時影響機組安全運行。因此，汽封型式和質量的好壞直接關系到機組運行的經(jīng)濟性和安全性。2/6/202328有關科研機構通過對汽輪機的結構進行理論分析，發(fā)現(xiàn)汽輪機熱效率損失主要來自于汽輪機本體汽封的漏汽，該部分約占機組整個熱耗損失的80%，因此目前大部分電廠都希望對汽輪機本體汽封進行改造來實現(xiàn)提高機組效率和節(jié)能降耗的目的。我公司對#5汽輪機本體汽封塊改造的同時，更換超標的嵌齒式汽封，將間隙調至標準范圍內是必要的。通過汽封改造能夠提高機組運行效率，降低機組熱耗和發(fā)電煤耗，從而節(jié)約電廠的發(fā)電成本，提高機組運行的安全性和經(jīng)濟性，最終達到節(jié)能增效的目的。2/6/202329我司機組改造采用汽封高中壓軸封（外側）4圈、高壓隔板1-11級11圈、中壓隔板13-19級7圈，低壓Ⅰ、Ⅱ缸軸封16圈，合計38圈改為TK側齒迷宮汽封；低壓Ⅰ、Ⅱ缸隔板5-7級12圈、低壓Ⅰ、Ⅱ缸葉頂4-6級12圈，合計24圈改為TK1蜂窩迷宮汽封。對調節(jié)級葉頂、葉根等處超標的嵌齒式梳齒汽封，則采取現(xiàn)場更換的方式進行修復，同時根據(jù)兄弟電廠同類機組改造的成功經(jīng)驗，擬將主機汽封原標準間隙進行減小優(yōu)化，最大限度提高機組經(jīng)濟性2/6/202330側齒汽封

側齒汽封在傳統(tǒng)汽封的基礎上，在側面和底面加工出許多細小的齒，相當于在單一腔室內分割成多份，在相同長度的軸封段內，蒸汽泄漏時經(jīng)過的摩阻效應提高，齒尖增加，路徑復雜，增加了熱力學效應和摩阻效應，更主要的是降低了迷宮原理中的透氣效應，氣體在側齒迷宮腔內渦動的動能轉化為熱能更徹底，密封效果有顯著提高。改造后對高齒齒根的強度要求將會提高。優(yōu)點：改造簡單，無須其他條件要求，相對原來的梳齒汽封的密封效果有較大的改善。缺點：未脫離原梳齒汽封的結構形態(tài)，屬于硬齒汽封，仍然無法解決磨損后間隙永久性增大的問題，側齒阻尼的效果也會因間隙的增大而大打折扣。葉頂除濕效果不及蜂窩汽封。2/6/2023312/6/202332蜂窩汽封：阻止流體泄漏的機能包括強大的氣旋效應、強烈的摩阻效應、高效阻透氣效應、高效的流束收縮效應、較好的熱力學效應、強大的吸附效應。這種密封機理是蜂窩狀結構能產(chǎn)生很強的渦流和屏障，從而形成很大的阻尼而達到阻止工質泄漏的密封效果。蜂窩汽封主要安裝在汽輪機低壓缸的末級葉片的頂部密封上，不僅可以提高效率，而且用蜂窩的網(wǎng)孔可以吸附水滴、濕汽，通過在葉頂汽封加設疏水槽，從而有效除濕、保護葉片，尤其是低壓末級及次末級葉片，有效避免水擊現(xiàn)象發(fā)生，降低了機組變工況、低負荷運行時，因低周疲勞造成的低壓末級和次末級葉片的損壞。主要特點如下：蜂窩汽封的獨特結構避免了流體激振的發(fā)生，有效防止蒸汽振蕩，從而保證了機組的安全穩(wěn)定運行。由于蜂窩汽封的“氣柱”的存在，使軸與氣缸殼體之間架起了一道道軟性的支撐，其可有效地提高軸的穩(wěn)定性，使軸的振動進一步降低。不足之處：由于蜂窩汽封可能與轉子接觸的面積相對于其它汽封要大，間隙調整要求高，且它是由真空高溫釬焊焊接制成，故其在高溫區(qū)域使用的安全性相對稍差，且是易于結垢。2/6/202333存在問題2-熱力系統(tǒng)及輔機設備國產(chǎn)引進型機組的試驗熱耗率比設計或經(jīng)系統(tǒng)和參數(shù)修正后的熱耗率大得多。一般試驗與設計熱耗率相差221.2～616.2kJ/(kW·h)，修正量（試驗與修正后熱耗率相差）達233.2～499.5kJ/(kW·h)，折合機組發(fā)電煤耗率8.7～18.7g/(kW·h)。而進口同類型機組試驗熱耗率與設計或修正后的熱耗率則十分接近，有的機組試驗熱耗率不經(jīng)任何修正甚至比設計熱耗率還低。相比之下，說明國產(chǎn)引進型機組熱力系統(tǒng)及設備不盡完善。2/6/202334試驗得到的機組各項技術經(jīng)濟指標，是在閥點和按設計系統(tǒng)嚴格隔離之后，基本無汽、水損失，無補水以及經(jīng)各種修正后的結果，它反映了機組理論上的運行經(jīng)濟性水平。而實際運行結果則不可能達到機組試驗的條件，且無任何修正，系統(tǒng)及設備的不完善性對實際運行的結果影響更大。由此可見，系統(tǒng)及設備的不完善是機組實際運行煤耗率普遍偏高的又一主要原因。2/6/202335不完善因素冷端系統(tǒng)及設備不完善，凝汽器真空度偏低，年平均一般在95%～95.5%之間。600MW機組凝汽器壓力變化在之前的表格中反映出的影響熱耗是最明顯的。（我廠機組真空度在同型、同容量機組中排在高列）回熱系統(tǒng)及設備不盡完善，造成高、低壓加熱器運行水位不正常，疏水管道振動，彎頭吹薄、破裂，加熱器上、下端差增大。#7、8加熱器下端差達到20℃左右，給水溫度達不到機組實際運行各段抽汽參數(shù)下應達到的數(shù)值。既影響加熱器的安全，又導致機組經(jīng)濟性下降。2/6/202336不完善因素本體及熱力管道疏水系統(tǒng)設計龐大，閥門易發(fā)生內漏，且控制方式設計和管徑設計不合理，甚至存在設計、安裝錯誤。以控制方式為例，機組無論什么狀態(tài)啟、停，均采用一個控制模式，不僅易造成汽缸進水、進冷蒸汽，啟、停過程中中壓缸上下缸溫差大，而且易造成閥芯吹損，導致正常運行時疏水閥關不嚴，大量高品位蒸汽漏至凝汽器，使凝汽器的熱負荷加大，影響真空。據(jù)某些機組試驗表明，由此可影響機組功率7～10MW。嚴重的還造成疏水集管與凝汽器背包式擴容器或疏水擴容器殼體連接處拉裂，使大量空氣漏入凝汽器。2/6/202337不完善因素熱力系統(tǒng)設計復雜，且工質有效能利用不盡合理，冗余系統(tǒng)多，易發(fā)生內漏，熱備用系統(tǒng)和設備多采用連續(xù)疏水方式，使有效能損失較大，既影響安全和經(jīng)濟性，又增加檢修、維護工作量及費用。汽水品質差，通流部分結垢嚴重，有的機組甚至高壓缸通流部分亦結垢，影響汽輪機相對內效率。汽水品質差的原因是多方面的，如向凝汽器補水，由于霧化效果差或補水方式不當，會造成凝結水含氧量嚴重超標。2/6/202338不完善因素輔機選型、配套和運行方式不合理，運行單耗大，廠用電率增加。如循環(huán)水泵受出水虹吸井隱患的影響無法做到隨負荷變化進行頻繁啟停，造成循環(huán)水泵流量過小或過大，運行偏離設計工況，效率下降，用電量增大。2/6/202339不完善因素實際運行軸封加熱器熱負荷大，壓力高，溫升高于設計值2℃左右。軸封系統(tǒng)壓力高，給水泵小汽輪機軸封回汽不暢，造成油中帶水的可能性。高壓軸封漏汽竟不能滿足低壓軸封自供汽的用量而須連續(xù)使用廠母汽補充，又使軸加和凝汽器熱負荷增大，影響凝汽器真空。2/6/202340機組運行方式及參數(shù)控制不合理

低負荷是影響機組運行熱耗率第二個主要原因。低負荷時選用不同的運行參數(shù)，經(jīng)濟性亦存在一定差異，有一個最佳運行參數(shù)問題。如果要求汽溫、汽壓等參數(shù)的考核要求盡可能接近設計值，會使機組在低負荷運行時，節(jié)流損失急劇增加，也是影響機組經(jīng)濟性的原因之一。（我司機組已經(jīng)對于滑壓曲線進行多次完善，#6機組利用INFIT系統(tǒng)的改造機會將滑壓將滑壓曲線修改為性能優(yōu)化試驗所得，試驗前后對比下降了30kJ/kWh）2/6/202341汽缸溫差大上下缸負溫差大是引進型600MW汽輪機的主要問題之一，也是導致汽缸結合面漏汽的主要原因之一。除此之外，還可引起汽缸變形，動靜碰磨，汽封磨損，內缸斷螺栓等一系列影響機組安全與經(jīng)濟性的問題。產(chǎn)生上、下缸溫差大的原因是高壓缸夾層蒸汽流向與設計思想不符，另外由于調門進汽順序設計，使低負荷時僅下半缸進汽，汽缸負溫差加劇。汽缸上、下缸溫差大，造成汽缸變形，法蘭螺栓承受附加應力增大，螺栓易斷裂或松弛。經(jīng)計算上、下缸溫差每增加1℃，通流徑向間隙將減小0.01mm，徑向汽封易受到磨損，導致通流效率下降。2/6/202342疏水系統(tǒng)存在的問題

2/6/202343疏水位置熱耗率增量折合煤耗率kJ/(kW·h)g/(kW·h)主蒸汽9.50.36再熱蒸汽8.60.32高壓缸排汽6.90.261段抽汽7.70.292段抽汽6.90.263段抽汽7.10.274段抽汽5.70.215段抽汽4.20.166段抽汽3.00.117段抽汽2.20.098段抽汽1.10.04疏水每泄漏1t/h對機組經(jīng)濟性的影響

2/6/202344造成疏水系統(tǒng)問題的原因

疏水差壓大，易造成閥芯吹損；由于閥門的質量、安裝、檢修、調整等問題，造成閥門容易泄漏、開關不靈等；運行操作方式，機組無論什么狀態(tài)啟、停，均采用一個控制模式，而且易造成閥芯吹損，導致正常運行時疏水閥關不嚴。疏水系統(tǒng)的合理設計。本體及熱力管道疏水系統(tǒng)設計龐大，易漏點多。管徑設計不合理。疏水系統(tǒng)由于是輔助的熱力系統(tǒng)，功能簡單，在設計、安裝檢修過程中常容易忽視，存在問題較多。甚至存在設計、安裝錯誤。2/6/202345疏水系統(tǒng)優(yōu)化原則在各種工況下，疏水系統(tǒng)應能防止汽輪機進水和機本體的不正常積水，并滿足系統(tǒng)暖管和熱備用要求；為防止疏水閥門泄漏，造成閥芯吹損，各疏水管道應加裝一手動截止閥，原則上手動閥安裝在氣動或電動閥門前。為不降低機組運行操作的自動化程度，正常工況下手動截止閥應處于全開狀態(tài)。當氣動或電動疏水閥出現(xiàn)內漏，而無處理條件時，可作為臨時措施，關閉手動截止閥；對于運行中處于熱備用的管道或設備，在用汽設備的入口門前應暖管，暖管采用組合型自動疏水器方式，而不采用節(jié)流疏水孔板連續(xù)疏水方式。疏水器選用DFS倒置浮杯式自動疏水器；任何類型的疏水管上不得設置疏水逆止門。2/6/202346加熱器存在問題回熱系統(tǒng)及設備不盡完善，造成高、低壓加熱器運行水位不正常；加熱器上、下端差增大，溫升不足；危急疏水泄漏，正常疏水不暢，不能逐級自流；給水旁路泄漏；疏水管道振動，彎頭吹薄、破裂等問題。2/6/202347軸封與門桿漏汽系統(tǒng)

軸封供汽系統(tǒng)漏汽量大軸封疏水系統(tǒng)漏量大軸封壓力高軸封溢流量大軸封加熱器溫升大門桿一檔漏汽不暢小汽輪機軸封