汽轮发电机真空系统的优化治理研究

汽轮发电机真空系统的优化治理研究

赵建平

唐钢美锦（唐山）煤化工有限公司 河北唐山市 063000

【摘要】我国电力行业在技术发展背景之下不断地以提升机组经济性为目标，从而有效控制发电成本，在经济效益与状态检修方面提出了新的要求。汽轮发电机真空系统对于整个生产环节的安全、有序运行作用突出，如果真空系统产生质量问题则危害很大，甚至会直接危及机组安全。因而，针对汽轮发电机的真空系统优化治理措施研究工作至关重要。

【关键词】汽轮发电机；真空系统；优化治理

0.引言

真空系统的运行性能直接关系到汽轮机组的循环热效率，而我国现阶段的发电格局仍然是火力发电为主，且我国的发电机组自动化控制水平已经基本能达到或是接近世界发达国家水平。但我国的发电行业本身具有良好的节能潜力，对于真空系统的优化治理在经济性和安全性方面的优势也非常明显。

1.真空系统的优化治理方案

1.1 轴封系统

汽轮机的转动部分和静止部分本身存在着一定的间隙，这些间隙会导致汽轮机级和级之间出现漏气情况，从而影响真空状态，并且进一步影响油质。因而，设置轴封系统能够有效地控制真空系统的性能减少漏气损失。凝汽式汽轮机的高压端轴封可以避免高压蒸汽漏出汽缸导致工质损失，并且影响运行条件。在汽轮机处于正常的工作状态时，高压轴封可以将多余的蒸汽通过管道输送至轴封加热器当中，从而用以加热低压排汽形成的凝结水，回收部分产生的热量也可以直接地被导入凝汽器设备当中。而密封的形式按照主要类型可以被划分为迷宫密封、水封和蜂窝汽封等几种类型，有效地保障了汽轮机组的热效率，将节能减耗水平发展到了一个新的层次^[1]。

迷宫式汽封用以控制蒸汽泄漏量，按照现阶段汽轮机组的设置标准，梳齿迷宫汽封和曲径汽封是主要的类型，前者是一种非接触式的汽封，且不需要润滑可以保持只有热膨胀，不仅维修方面比较简单，且受到转速的影响相对较小。而后者则主要通过抑制漏泄的方式来保障汽轮机的热效率。不过，在这里需要注意的是，如果汽轮机的启动或是停机过程当中产生低齿掉台等磨损问题时，轴封的漏泄量会出现明显增加的情况。

蜂窝式汽封则是电力企业的轴封系统方案，其凭借着良好的严密性能和结构优势有效地控制了轴端汽封产生的漏汽损失。为了保障汽轮机的工作性能，汽封的间隙设计可以控制在最小标准，这样就能够减少发电环节的能耗，还可以提升汽轮机转子运行稳定性。在相关实验结果当中，证实了蜂窝式汽封可以形成较大的阻尼和刚度特性，因此其稳定性良好，即便汽封和转子之间产生严重的摩擦，转子也不会因为发热而导致发生安全问题，当前国内外有很多轴端汽封采取的都是蜂窝汽封结构，例如燃气轮机等设备。蜂窝式汽封的主要优势在于泄漏量非常低，且轴封采用蜂窝汽封时的工作效率和安全可靠性属于较高的层次。汽轮机的转子和蜂窝汽封相互接触时汽封接触面局部压强减小，即便在某些间隙较小的条件下也能维持运行，保护汽轮机叶片减少湿气损失。值得一提的是蜂窝式汽封的安装过程简单，间隙调整也相对灵活。

1.2 抽真空系统

现阶段的抽气设备作用在于将凝汽器之内未能凝结的气体全部抽出以保障凝汽器内的真空环境，并且凝汽器可以保持相对稳定的换热效果。抽气器的工作特性与凝汽器的工作特性之间存在着密切的联系，假设正常工况状态下参数保持正常，那么在凝汽器系统产生变化后漏泄量增加，抽气设备的抽气量不发生改变时换热热阻增加，凝汽器抽气出口压力升高，混合物温度随之升高^[2]。

流动阻力与抽气器的工作状态密切相关，如果要使用射水抽气器等设备，还必须要考虑到排水管路设计、工作水温度等各项参数，并且通过相应的实验，最终确定最佳的工作水压值和抽气器的良好抽吸能力。

在真空泵系统的优化过程当中，根据实际的生产需求设计单级结构、多级解耦股模式，能够快速高效地抽出大量气体。水环泵抽吸压力下降，空气吸入量随之降低，当机组处于正常工况时真空区域扩大，此时当吸入压力大于真空泵的漏气量时才能确保系统真空的稳定。在进入水环真空泵之前，气和汽混合物需要通过冷却的方式降低工作水温度，并且提升抽吸能力，从而保障凝汽器的真空性能。例如可以安装混合式换热器，其不仅结构简单且加工、制造安装相对便捷，可以让系统在保持良好换热效果的同时，还能够减少抽气管路遇到的阻力。

1.3 汽轮机冷端优化

凝汽器本身会因为工作过程而产生污垢引起热阻力，传热能力受到比较严重的影响，同时还会加大能量消耗和成本投入，甚至导致冷却管产生腐蚀。对此，可以考虑对循环水泵进行优化，并确定冷端运行模式，从而作出真空系统区域的调节。循环水泵的作用在于将冷却循环水送至汽轮机的凝汽器之内，然后将蒸汽冷凝后带走热量维持真空度。如果水源不足冷却水还会采取闭式循环。为了提升循环水泵的工作效率可以考虑改进泵输出功率，增加泵体腐蚀余量。

而汽轮发电机的冷端具有两种优化模式，其中一种是根据凝汽器本身的工作特点来确定其热力特性、排汽量，然后确定凝汽器的压力和循环冷却水量。在冷端设备不发生改变的前提下可以围绕本身的真空性能作出优化

^[3]。具体来看，热力设计、工作特性确定和冷端优化运行都需要保持一个稳定的镇控制，并且凝汽器循环冷却水的入口温度与环境温度密切相关，可以考虑增加循环冷却水的流量来增加真空值，但要考虑到因此而增加的功率消耗情况。

1.4 凝汽器故障诊断

凝汽器连接着汽轮发电机的附属系统，如果附属系统出现问题，不仅会直接干扰到汽轮机组的真空状态，还会相应地增加生产消耗。但随着工作设备使用周期的提升，漏泄的次数本身会更加频繁，且真空性能下降，当真空处于基线运行状态时就会导致停机等严重的安全事故。因而真空系统的优化过程还应考虑到凝汽器的故障诊断，筛选出与工作模式相关的不同故障类型作出判定。例如循环水泵出现故障会表现为凝汽器真空短时间内快速下降，内部温度急剧升高，管内循环冷却水和抽气器的空气温度差较大；凝结水泵故障时电机电流增加但出口压力降低，凝汽器水位升高；抽气器异常表现为抽气器入口和凝汽器出口管道压差减少；凝汽器真空系统漏泄表现为凝结水过冷度增加、凝汽器端差增加等。诸如此类的问题都可以成为故障诊断时的参考依据，确定各项技术改进措施。

2.结语

汽轮发电机真空系统的优化可以有效地提升各个机组运行的经济指标，制定相应的技术改进方案为今后的设备运行提供技术辅助和决策依据。未来的工作实践环节，可以进一步确定汽轮发电机的系统改进方案，实现对于各类问题的优化与故障处理，满足节能减排工作需要，实现系统性能的优化升级。

【参考文献】

[1]杨洪涛, 刘建航, 吕基安,等. 300 MW汽轮机组真空严密性优化研究[J]. 山东电力技术, 2019, 46(05):58-61.

[2]王建闯. 燃气电厂汽轮机真空严密性优化措施研究[J]. 电气技术与经济, 2019, 12(06):17-19.

[3]郭建. 6MW汽轮发电机控制系统优化改造与应用[J]. 中国新技术新产品, 2020, 414(08):62-63.