大型火力发电厂汽轮机设计与节能优化

大型火力发电厂汽轮机设计与节能优化【摘要】当前大型火力发电厂主要采用的能源材料为煤炭，而作为发电厂关键组成系统的汽轮机是维持电厂正常运行的重要保障，但是也是消耗能源量最大的机组，尤其是在大型的活力发电厂中，能源消耗以及环保问题表现最为明显，因此，发电厂管理部门应对此引起足够重视，以探讨出优化汽轮机运行生产的节能方式。本文主要以某660MW超超临界火力发电厂为例展开分析，提出提升汽轮机工作有效性的解决对策，以起到节能优化、环保生产的目的。【关键词】大型火力发电厂；汽轮机；节能优化；解决对策前言我国电力工业在先进科学技术的推动下，获得了一定发展成效，主要发展特征表现为高自动化、大型机组还有更高参数等，其中在超临界技术基础上，具备较大容量的火力发电机组的应用范围最为广泛，与此同时，应用在这一类型的发电机设备的制作水平也相对较高，无论是技术设计人员、设备管理人员还是操作人员均要求具备较高的技能，以免在设备安装过程中，因为工作人员设计的不合理，或者安装不到位等情况而导致不良事件发生。同时，大型火力发电机组中的汽轮机作为机组的核心部件，在使用过程中会消耗大量能源，给火电厂的运行和生产带来较大考验，所以在安装调试过程中还需要充分考虑到现实运行条件，以确保发电厂生产过程中的安全性和有效性。1.大型火力发电厂汽轮机的设计分析1.1某1000MW汽轮机设计概况某1000MW汽轮机依据积木块组合原则，按进汽参数及容量配置高、中压模块；按排汽容积流量选择适合排汽面积长叶片的低压模块。该汽轮机组合了有运行业绩的1个H30单流高压缸，1个M30双流中压缸及2个低压缸。高温部件材料与日本ISOGO电厂的高温部件材料相同。1.2结构设计的总体特点总体结构布置从机头到机尾依次串联一个单流程：1个单流圆筒型H30高压缸、1个双流M30中压缸、2个N30双流低压缸。“HMN”组合的功率范围为300～1100MW，高、中、低压缸采用串联布置，各汽缸之间仅为一个轴承，全部四缸5个轴承。根据排汽容积流量的大小(背压及功率)可选配1～3个低压缸。“HMN”型1000MW汽轮机的总体结构非常简捷、紧凑。因此该功率等级机组技术先进、成熟、安全可靠。其中高压缸采用双层缸设计。外缸为桶形设计，内缸为垂直纵向平分面结构。由于缸体为旋转对称，避免了不理想的材料集中，使得机组在启动、停机或快速变负荷时缸体的温度梯度很小，从而将热应力保持在一个很低的水平。中压缸结构的独特性之一在于：仅两个进汽口和一个排汽口，结构异常紧凑，如图1所示。再热蒸汽由侧面两个进汽口进入汽轮机，而在一个与中低压连通管相接的排汽口则布置在中间顶部。这种布置不仅使中压汽缸的轴向尺寸紧凑，而且使整个中压缸只承受中压排汽的温度和压力。为满足回热抽汽的需要，包括中压排汽在内有三级排汽口。图1中压缸结构低压外缸由2个端板、2个侧板和1个上盖组成，在现场焊接完成。外缸与轴承座分离，不是坐落在基础横梁上，而是直接坐落于凝汽器上，大大降低了运转层基础的负荷。汽轮机是反动式，采用转鼓式转子，其轴系由1个单流程反向高压转子、1个分流式中压转子和2个分流式低压转子组成。所有转子均为整锻式，均无中心孔。高、中压转子采用合金钢锻件，具有良好的耐热高强度性能。2大型火力发电厂汽轮机节能优化对策以往设计方案过于追求备用，设备出力裕量一般选的很大，在实际运行时偏离设备高效工作区，造成效率较低。随着制造工艺和技术水平的不断发展，通过认真论证，针对运行特点，在设计上拟定合理的方案，选型采用高效的设备，是发电厂实现节能的重要基础。2.1凝结水泵采用变频调速泵常规凝结水泵一直采用定速运行，通过泵出口调节阀节流的方式来控制泵流量的大小，以维持除氧器水位的稳定。随着发电负荷峰谷差的加大，大容量机组同样要求参加调峰，凝结水泵流量变化频繁，使调节阀频繁动作，泵长期处于定速运行、节流调节方式下，造成能量浪费。同时，根据《火力发电厂设计技术规程》(DL5000--2008)，凝结水泵的流量、扬程偏大，即使在额定负荷下运行，凝结水泵实际运行工作点也偏离凝泵的最高效率工作点。因此，更加剧了凝泵出口管路上阀门的节流损失。针对上述问题，建议凝结水泵采用高压变频调速控制。通过改变电机电源频率来改变电机转速，从而改变泵的出力。凝结水泵采用变频调速控制技术，设备和管道系统无须变更，仅需设置高压变频控制装置。即可达到以下目标：1)降低启动和运行电流，减少电机启动时的电流冲击；2)提高系统运行可靠性，延长设备寿命；3)降低凝结水泵噪音；4)提高电动机的功率因数；5)降低厂用电和煤耗，提高经济效益。高压变频控制装置是通过引进国外技术，国内生产的新型高效节能设备。目前，技术已成熟，价格合理，且在国内电厂已有许多大功率(≤2000kW)电机采用高压变频控制装置的运行业绩。根据应用经验，变频控制装置投资费用3～5年即可回收，经济效益明显。2.2开式冷却水系统经过布置优化，闭式冷却水系统水一水热交换器露天布置在A排外循环水管上方，管道简捷，管道阻力相应减少，不设开式循环冷却水泵。开式循环冷却水泵扬程约12m，流量2800t／h，发电成本价为0．25元／(kW·h)，机组年利用时间为5500h，则年节约运行费用为：2×2800／3600×1000／(102×0．87)×12×5500×0．25／10000—29(万元／两台机组)。2.3降低汽轮机房运转层标高通过对国内和日本1000MW超超临界机组汽轮机房运转层标高进行详细的分析，采用凝汽器半地下布置，设置必要的凝汽器抽管坑的方法，以降低运转层标高。在确定汽轮机房总长度的基础上，采用下列有效的优化辅助手段：1)采用主厂房模块化设计，对模块进行合理规划布置；2)采用三维技术和相关软件对汽轮机房内设备及管道进行全建模；3)对次要系统、小管道的布置走向及电缆桥架、消防管道等进行统一的规划布置，提高空间的有效利用率。汽轮机房运转层标高由常规的17m优化至15．5m。优化后，循环水泵扬程相应降低1．5m。额定工况下循环水流量暂按31sm/3计算，发电成本价为0．25元／(kW·h)，机组年利用小时数为5500h，则年节约运行费用约为144万元／两台机组。2.4加强汽轮机中的循环水系统管理发电厂的构成系统中，循环水系统是关键组成部分之一，在发电厂中的循环水系统还细分成两种系统，一是单元制系统，二是母管制系统，且机组的容量越大，所需要到的循环水系统也越大，所以在实际运用过程中，应该根据机组容量大小而选择适宜的循环水系统，如600MW这火力发电机组中，建议采用单元制系统，以进一步提升设备使用的稳定性和安全性。但是相对而言，母管制系统的运行成本比较低，该系统可以利用循环水泵的合理配置来降低整体的能耗，所以，为了达到节约成本，提升发电厂经济效益的目的，可以通过实际环境的考察，选择合理改造循环水系统，进一步提升循环水系统的应用有效性。常规下，会在单台机组的循环系统分别配置一个低速和高速的循环水泵，若为2台机组则相应增加一个，那么可以选择在两个机组之间设计可相互供水的联络门，而在联络门打开和关闭的情况下分别采用单元制系统和母管制系统，确保两种系统能够实现灵活切换，以提升循环水系统的运行效率。2.结语综上所述，汽轮机的能源消耗量最大，且与整个发电厂的经济效益有直接关系，为了实现绿色节能生产，降低汽轮机机组的能耗量，有必要对其实行有效的节能优化设计，内容主要包括管理人员的操作技能还有各项专业部件的系统优化等，以期提升汽轮机的运行效率，降低整体的能源损耗量。