汽机节能课件

汽轮机节能降耗

2/6/20231讲座的内容影响经济性的因素提高经济性的途径汽轮机组节能降耗降低厂用电运行优化与性能诊断2/6/20232影响经济性的因素2/6/20233影响汽轮机热效率的因素11高压缸效率2中压缸效率3低压缸效率4主蒸汽压力5主蒸汽温度6再热蒸汽温度7再热蒸汽压损8最终给水温度9凝汽器压力10再热器减温水流量11锅炉吹灰蒸汽流量12小汽轮机进汽流量2/6/20234影响汽轮机热效率的因素213机组补水率14调节阀运行法是及开度15给水泵焓升16凝结水泵焓升17轴封漏汽量18加热器给水端差19加热器疏水端差20凝汽器端差21凝汽器过冷度22阀门内漏23设备散热损失242/6/20235汽轮机缸效率对热耗的影响2/6/20236主蒸汽压力对热耗率的影响2/6/20237主蒸汽温度对热耗率的影响2阀4阀2/6/20238再热压损对热耗率的影响2/6/20239再热汽温度对热耗率的影响2/6/202310排汽压力对热耗率的影响影响的热耗比%流量比%排汽绝对压力(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图太复杂，将图还原成表格。日常计算均以75%负荷率时采用插值计算以基准2/6/202311再热减温水流量对热耗率的影响2/6/202312小机进汽流量对热耗率的影响2/6/202313最终给水温度对热耗率的影响2/6/202314再热喷水量对热耗率的影响2/6/202315系统补水率对热耗率的影响2/6/202316调节阀开度对热耗率的影响2/6/202317超临界600MW机组

运行参数偏离设计值引起的能耗差

项目参数变化量影响煤耗

(g/kwh)设计值8月实际值影响煤耗

(g/kwh)主汽压力每↓0.1MPa↑0.075324.223.870.25主汽温度每↓1℃↑0.0817566564.810.1再热汽温每↓1℃↑0.073566561.860.3负荷每10MW↑0.41600522.973.16背压每↓1KPa↑3.214.96.926.51给水温度每↓1℃↑0.05282275.380.331补水率每↑1％↑0.9810.65-0.343高压缸效率每↓0.5％↑0.25

中压缸效率每↓0.5％↑0.17

低压缸效率每↓0.5％↑0.58

2/6/202318超临界600MW机组

影响机组热耗的主要因素分析2/6/202319提高经济性的途径2/6/202320汽轮机通流部分改造与调整通流部分改造全部（动、静、高、中、低）更换部分更换更换叶片通流部分局部调整通流部分间隙调整更换汽封改善高中压进、排汽平衡环汽封通流面积2/6/202321治理阀门内漏系统优化阀门合并阀门取舍阀门管理2/6/202322通常容易发生泄漏阀门：

汽轮机本体疏水、高压主汽门前疏水、抽汽门前疏水、高压导管疏水、高低压旁路阀、高加事故疏水阀、给水旁路阀、给水泵和凝结水泵的再循环管等。造成的结果：造成大量高品位蒸汽漏至凝汽器，机组功率减少，同时凝汽器热负荷加大，又影响真空；造成疏水集管与扩容器的温差增大，甚至造成疏水集管与扩容器连接处拉裂，使大量空气漏入凝汽器；工质非正常流动，如工质通过疏水管道倒流至汽轮机，造成汽缸进水或冷蒸汽，启、停过程汽缸温差增大，甚至造成打闸停机后机组转速不能至零。2/6/202323提高回热系统性能合理调整加热器水位合理选择疏水阀门的流通面积合理设计排气系统合理掌握投入、退出的温度变化率合理检修维护（进出水室短路,旁路泄漏）2/6/202324提高汽轮机冷端性能真空严密性凝汽器清洁度冷却水流量冷却水温度凝汽器水室排空气减少热负荷抽空气系统及降低冷却水（工作流体）温度2/6/202325存在问题1-高压缸效率低上汽、哈汽制造的该类型机组实际运行中反映最为普遍的一个问题是高压缸效率偏低3～10个百分点。高压缸占整机功率的份额为30%左右，缸效率每变化1个百分点，对机组热耗率的影响份额为0.2%，约为16.6kJ/(kW·h)，折合机组发电煤耗率0.62g/(kW·h)，对效率影响0.34%，功率约1.02MW。造成高压缸效率偏低和下降速度较快，主要原因是高压缸与中压缸之间过桥汽封间隙变化及高压缸前部和中压缸中部上、下缸温差大，汽缸出现变形，通流汽封及轴封径向汽封易被磨损，螺栓松弛或断裂，内缸结合面出现漏汽等。2/6/202326#5机目前的缸效试验情况项目名称单位THA设计工况3VWO工况4VWO工况600MW590MW450MW300MW高压缸效率%87.3881.9783.0681.8681.9679.4778.96中压缸效率%93.1194.4993.9093.9694.1695.7399.52低压缸效率%89.5482.5884.8985.1784.7782.0674.642/6/202327存在问题2-汽封泄漏量大汽轮机正常运行时，蒸汽流过汽轮机各级时，压力和温度逐级下降，在隔板两侧存在压力差，隔板内缘与转子之间必然会有蒸汽泄漏；当级内有反动度时，动叶前后也存在压力差，其动叶顶部与汽缸内壁或隔板套内壁之间也会有蒸汽泄漏。这一小部分从级间各处间隙中泄漏的蒸汽不但不做功，而且干扰主蒸汽的流动，产生漏汽损失，从而降低级的效率，使汽轮机的效率降低、做功能力降低、冷源损失增加，机组热耗上升，影响机组的经济运行。另外，高中压汽封漏汽严重时会进入前轴承箱导致油中带水；漏入低压缸的空气过多，会使汽轮机的真空降低，并增大抽气负荷，严重时影响机组安全运行。因此，汽封型式和质量的好坏直接关系到机组运行的经济性和安全性。2/6/202328有关科研机构通过对汽轮机的结构进行理论分析，发现汽轮机热效率损失主要来自于汽轮机本体汽封的漏汽，该部分约占机组整个热耗损失的80%，因此目前大部分电厂都希望对汽轮机本体汽封进行改造来实现提高机组效率和节能降耗的目的。我公司对#5汽轮机本体汽封块改造的同时，更换超标的嵌齿式汽封，将间隙调至标准范围内是必要的。通过汽封改造能够提高机组运行效率，降低机组热耗和发电煤耗，从而节约电厂的发电成本，提高机组运行的安全性和经济性，最终达到节能增效的目的。2/6/202329我司机组改造采用汽封高中压轴封（外侧）4圈、高压隔板1-11级11圈、中压隔板13-19级7圈，低压Ⅰ、Ⅱ缸轴封16圈，合计38圈改为TK侧齿迷宫汽封；低压Ⅰ、Ⅱ缸隔板5-7级12圈、低压Ⅰ、Ⅱ缸叶顶4-6级12圈，合计24圈改为TK1蜂窝迷宫汽封。对调节级叶顶、叶根等处超标的嵌齿式梳齿汽封，则采取现场更换的方式进行修复，同时根据兄弟电厂同类机组改造的成功经验，拟将主机汽封原标准间隙进行减小优化，最大限度提高机组经济性2/6/202330侧齿汽封

侧齿汽封在传统汽封的基础上，在侧面和底面加工出许多细小的齿，相当于在单一腔室内分割成多份，在相同长度的轴封段内，蒸汽泄漏时经过的摩阻效应提高，齿尖增加，路径复杂，增加了热力学效应和摩阻效应，更主要的是降低了迷宫原理中的透气效应，气体在侧齿迷宫腔内涡动的动能转化为热能更彻底，密封效果有显著提高。改造后对高齿齿根的强度要求将会提高。优点：改造简单，无须其他条件要求，相对原来的梳齿汽封的密封效果有较大的改善。缺点：未脱离原梳齿汽封的结构形态，属于硬齿汽封，仍然无法解决磨损后间隙永久性增大的问题，侧齿阻尼的效果也会因间隙的增大而大打折扣。叶顶除湿效果不及蜂窝汽封。2/6/2023312/6/202332蜂窝汽封：阻止流体泄漏的机能包括强大的气旋效应、强烈的摩阻效应、高效阻透气效应、高效的流束收缩效应、较好的热力学效应、强大的吸附效应。这种密封机理是蜂窝状结构能产生很强的涡流和屏障，从而形成很大的阻尼而达到阻止工质泄漏的密封效果。蜂窝汽封主要安装在汽轮机低压缸的末级叶片的顶部密封上，不仅可以提高效率，而且用蜂窝的网孔可以吸附水滴、湿汽，通过在叶顶汽封加设疏水槽，从而有效除湿、保护叶片，尤其是低压末级及次末级叶片，有效避免水击现象发生，降低了机组变工况、低负荷运行时，因低周疲劳造成的低压末级和次末级叶片的损坏。主要特点如下：蜂窝汽封的独特结构避免了流体激振的发生，有效防止蒸汽振荡，从而保证了机组的安全稳定运行。由于蜂窝汽封的“气柱”的存在，使轴与气缸壳体之间架起了一道道软性的支撑，其可有效地提高轴的稳定性，使轴的振动进一步降低。不足之处：由于蜂窝汽封可能与转子接触的面积相对于其它汽封要大，间隙调整要求高，且它是由真空高温钎焊焊接制成，故其在高温区域使用的安全性相对稍差，且是易于结垢。2/6/202333存在问题2-热力系统及辅机设备国产引进型机组的试验热耗率比设计或经系统和参数修正后的热耗率大得多。一般试验与设计热耗率相差221.2～616.2kJ/(kW·h)，修正量（试验与修正后热耗率相差）达233.2～499.5kJ/(kW·h)，折合机组发电煤耗率8.7～18.7g/(kW·h)。而进口同类型机组试验热耗率与设计或修正后的热耗率则十分接近，有的机组试验热耗率不经任何修正甚至比设计热耗率还低。相比之下，说明国产引进型机组热力系统及设备不尽完善。2/6/202334试验得到的机组各项技术经济指标，是在阀点和按设计系统严格隔离之后，基本无汽、水损失，无补水以及经各种修正后的结果，它反映了机组理论上的运行经济性水平。而实际运行结果则不可能达到机组试验的条件，且无任何修正，系统及设备的不完善性对实际运行的结果影响更大。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。2/6/202335不完善因素冷端系统及设备不完善，凝汽器真空度偏低，年平均一般在95%～95.5%之间。600MW机组凝汽器压力变化在之前的表格中反映出的影响热耗是最明显的。（我厂机组真空度在同型、同容量机组中排在高列）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、下端差增大。#7、8加热器下端差达到20℃左右，给水温度达不到机组实际运行各段抽汽参数下应达到的数值。既影响加热器的安全，又导致机组经济性下降。2/6/202336不完善因素本体及热力管道疏水系统设计庞大，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。以控制方式为例，机组无论什么状态启、停，均采用一个控制模式，不仅易造成汽缸进水、进冷蒸汽，启、停过程中中压缸上下缸温差大，而且易造成阀芯吹损，导致正常运行时疏水阀关不严，大量高品位蒸汽漏至凝汽器，使凝汽器的热负荷加大，影响真空。据某些机组试验表明，由此可影响机组功率7～10MW。严重的还造成疏水集管与凝汽器背包式扩容器或疏水扩容器壳体连接处拉裂，使大量空气漏入凝汽器。2/6/202337不完善因素热力系统设计复杂，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。汽水品质差，通流部分结垢严重，有的机组甚至高压缸通流部分亦结垢，影响汽轮机相对内效率。汽水品质差的原因是多方面的，如向凝汽器补水，由于雾化效果差或补水方式不当，会造成凝结水含氧量严重超标。2/6/202338不完善因素辅机选型、配套和运行方式不合理，运行单耗大，厂用电率增加。如循环水泵受出水虹吸井隐患的影响无法做到随负荷变化进行频繁启停，造成循环水泵流量过小或过大，运行偏离设计工况，效率下降，用电量增大。2/6/202339不完善因素实际运行轴封加热器热负荷大，压力高，温升高于设计值2℃左右。轴封系统压力高，给水泵小汽轮机轴封回汽不畅，造成油中带水的可能性。高压轴封漏汽竟不能满足低压轴封自供汽的用量而须连续使用厂母汽补充，又使轴加和凝汽器热负荷增大，影响凝汽器真空。2/6/202340机组运行方式及参数控制不合理

低负荷是影响机组运行热耗率第二个主要原因。低负荷时选用不同的运行参数，经济性亦存在一定差异，有一个最佳运行参数问题。如果要求汽温、汽压等参数的考核要求尽可能接近设计值，会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。（我司机组已经对于滑压曲线进行多次完善，#6机组利用INFIT系统的改造机会将滑压将滑压曲线修改为性能优化试验所得，试验前后对比下降了30kJ/kWh）2/6/202341汽缸温差大上下缸负温差大是引进型600MW汽轮机的主要问题之一，也是导致汽缸结合面漏汽的主要原因之一。除此之外，还可引起汽缸变形，动静碰磨，汽封磨损，内缸断螺栓等一系列影响机组安全与经济性的问题。产生上、下缸温差大的原因是高压缸夹层蒸汽流向与设计思想不符，另外由于调门进汽顺序设计，使低负荷时仅下半缸进汽，汽缸负温差加剧。汽缸上、下缸温差大，造成汽缸变形，法兰螺栓承受附加应力增大，螺栓易断裂或松弛。经计算上、下缸温差每增加1℃，通流径向间隙将减小0.01mm，径向汽封易受到磨损，导致通流效率下降。2/6/202342疏水系统存在的问题

2/6/202343疏水位置热耗率增量折合煤耗率kJ/(kW·h)g/(kW·h)主蒸汽9.50.36再热蒸汽8.60.32高压缸排汽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对机组经济性的影响

2/6/202344造成疏水系统问题的原因

疏水差压大，易造成阀芯吹损；由于阀门的质量、安装、检修、调整等问题，造成阀门容易泄漏、开关不灵等；运行操作方式，机组无论什么状态启、停，均采用一个控制模式，而且易造成阀芯吹损，导致正常运行时疏水阀关不严。疏水系统的合理设计。本体及热力管道疏水系统设计庞大，易漏点多。管径设计不合理。疏水系统由于是辅助的热力系统，功能简单，在设计、安装检修过程中常容易忽视，存在问题较多。甚至存在设计、安装错误。2/6/202345疏水系统优化原则在各种工况下，疏水系统应能防止汽轮机进水和机本体的不正常积水，并满足系统暖管和热备用要求；为防止疏水阀门泄漏，造成阀芯吹损，各疏水管道应加装一手动截止阀，原则上手动阀安装在气动或电动阀门前。为不降低机组运行操作的自动化程度，正常工况下手动截止阀应处于全开状态。当气动或电动疏水阀出现内漏，而无处理条件时，可作为临时措施，关闭手动截止阀；对于运行中处于热备用的管道或设备，在用汽设备的入口门前应暖管，暖管采用组合型自动疏水器方式，而不采用节流疏水孔板连续疏水方式。疏水器选用DFS倒置浮杯式自动疏水器；任何类型的疏水管上不得设置疏水逆止门。2/6/202346加热器存在问题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；加热器上、下端差增大，温升不足；危急疏水泄漏，正常疏水不畅，不能逐级自流；给水旁路泄漏；疏水管道振动，弯头吹薄、破裂等问题。2/6/202347轴封与门杆漏汽系统

轴封供汽系统漏汽量大轴封疏水系统漏量大轴封压力高轴封溢流量大轴封加热器温升大门杆一档漏汽不畅小汽轮机轴封