汽轮机及其热力系统性能分析与优化

李智华

【摘  要】电力对人们的生产生活影响越来越大，为了保障电力的供应以满足人们生产生活的需要，发电企业要保障发电机组运行的长期性、稳定性和经济性。汽轮机作为发电厂中最重要的设备，它的运行效率的高低直接影响了发电厂的发电效率。为提高汽轮机效率，本文从汽轮机相对内效率及循环热效率两方面分析。

【关键词】汽轮机;热力系统;性能分析;优化

1 汽轮机及热力系统性能介绍

汽轮机是一种机械装置，这种装置的主要作用是将蒸汽的能量转化为机械能。汽轮机具有很多的优势，具体体现在以下几个方面：第一，降低成本，汽轮机的功率越大，越能够将蒸汽能量变为机械能，减少发电厂等企业的成本投入;第二，增加收益。随着经济的发展，对于电能的需求在不断增加，这样就对发电厂提出了新的更高的要求，发电厂利用汽轮机可以提升发电的效率，增加自身的效益。正是由于汽轮机具有这些特点，因此汽轮机在发电厂中的应用越来越广泛。

2影响汽轮机热力系统的因素

2.1安装因素对汽轮机热效率的影响

汽轮机是以蒸汽为动力来实现运转的，因此汽轮机在将蒸汽能量转化为动力的过程中会出现多种形式的能量损失，主要的有以下几种：蒸汽在推动汽轮机叶片转动的过程中损失的能量，蒸汽离开叶片时损失的能量，蒸汽与汽轮机摩擦损失的能量，由于汽轮机零部件安装不合理导致蒸汽泄露损失的能量等。这些能量的损失严重影响到汽轮机的运行效率。影响汽轮机热效率提高的因素有多种，其中安装因素占了很大的一部分，主要包括：汽轮机各个零件间的间隙，汽轮机控制系统的性能，控制汽轮机运行的各个系统间的配合，汽轮机中汽缸的保温效果，操纵汽轮机运行的操作人员的能力等。在影响汽轮机热效率提高的各个因素中，汽缸效率的高低是由安装人员的安装质量来决定的。

2.2蒸汽参数对汽轮机热效率的影响

2.2.1主蒸汽温度对汽轮机热效率的影响

汽轮机在工作的过程中，主蒸汽温度的波动对汽轮机运行的热效率、稳定性和安全性都有很大的影响。主要原因有在以下几个：第一，蒸汽温度的下降使得蒸汽的湿度增加，导致蒸汽对叶片的冲击增大，使叶片的寿命降低，造成汽轮机热效率的下降;第二，蒸汽温度下降时，如果要保持汽轮机叶片的负载不变，则蒸汽的流量必须增加，蒸汽流量的增加使得蒸汽的消耗会变大，导致汽轮机运行的经济型和热效率降低;第三，主蒸汽温度下降会使汽轮机各个零件间的温差变大，汽轮机各级零件的反作用力增加，对轴的作用力增大，引起汽轮机中金属零件的热变形，机组的振动增大，影响汽轮机的稳定性和热效率。

2.2.2主蒸汽压力对汽轮机热效率的影响

在汽轮机日常运行的过程中，必须重视汽轮机组主蒸汽压力的变化。主蒸汽压力的变化不仅会对机组的热效率造成影响，而且容易导致重大事故的发生。在主蒸汽温度不变的情况下，如果主蒸汽压力不断升高会造成蒸汽湿度的变大，使叶片的工作条件发生改变，叶片冲击加剧。对汽轮机组来说，主蒸汽压力每提高1兆帕，蒸汽的湿度会增加百分之四左右。主蒸汽压力的升高还容易导致叶片负荷的增加，引起汽轮机主要的承压部件的热应力增加，使零件发生热变形甚至损坏，严重缩短汽轮机零部件的使用寿命。

3提高汽轮机相对内效率及循环热效率

3.1提高汽轮机相对内效率

汽轮机相对内效率为蒸汽有效焓降与理想焓降之比，是汽轮机通流部分工作状况的重要指标。其影响因素有喷嘴损失、动叶损失、余速损失、叶高损失、扇形损失、叶轮摩擦损失、部分进汽损失、漏汽损失、湿汽损失。下面从两个方面来讨论：①汽轮机通流部分间隙、端部轴封径向间隙要合适：设备安装时要考虑汽封块与隔板套相应槽密封面的配合情况，防止机组投运后由于密封面不严密造成漏汽现象，上一级蒸汽没有全部利用就进入下一级，降低了效率。加强对汽封齿完整性检查，不能有倒伏及缺损现象。检查支撑弹簧调整是否合适、材质是否符合设计要求，否则在高温状况下弹簧力减弱，汽封间隔增大，做功蒸汽减少，降低了效率。通流部分应减少轴封漏汽、隔板汽封漏汽来提高汽轮机相对内效率，蒸汽应尽可能在叶片流道通过，而不是绕过叶片或从转子端部漏出。因此，动叶与汽缸之间以及静叶与转子之间的径向间隔应尽可能小，汽封封住转子两端使蒸汽腔室與外界隔绝，同时汽缸内部汽封也封住汽轮机内部不同压力的蒸汽腔室。但为了机组首次启动成功，汽封间隙尽可能高。因此，调整汽封间隙时既要保证动静之间不产生摩擦，又要考虑电厂经济性。②采用多级汽轮机：多级汽轮机相对内效率明显提高，原因如下：（1）、多级汽轮机中每一级的焓降不需要很大，因此保证各级在最佳速比附近工作。（2）、多级汽轮机级的余速动能可以全部或部分地被下一级利用，减少了余速损失。（3）、多级汽轮机级的焓降较小，可以采用渐缩喷嘴，从而不采用难以加工、效率较低的缩放喷嘴。（4）、当级的焓降较小时，根据最佳速比的要求，可相应减小级的平均直径，从而可适当增加叶栅高度，减小叶高损失。（5）、多级汽轮机具有重热现象。且多级汽轮机可以采用较高的进汽参数和较低的排汽参数，还可以采用回热循环和再热循环，使循环热效率大大提高。

3.2提高循环热效率

⑴提高蒸汽初参数，降低蒸汽终参数。当主蒸汽压力不变时，提高新蒸汽温度会使平均吸热温度增高，使循环热效率提高，同时由于进汽比容增大和排汽湿度减少，汽轮机的内效率也有所提高。但提高新蒸汽温度受到金属材料性能限制，其允许的最高极限值为565℃左右。且在一定的蒸汽初压和乏汽压力下，提高蒸汽初温使汽轮机做功增加，但凝汽器中的热损失也增加了。在一定的蒸汽温度下，提高压力也可提高循环热效率，但过高的进汽压力会导致排汽湿度增大，不但会增大湿汽损失，降低汽轮机的内效率，而且会加剧低压部分叶片的冲刷腐蚀，另外，进汽压力过高会导致汽缸承压部件应力过高。在新蒸汽参数相同的情况下，降低汽轮机的背压会使平均放热温度降低，循环热效率提高。降低背压一方面受冷却水温限制，另一方面将使排汽比容增大，汽轮机末级叶片和凝汽器的尺寸相应增大，增加投资。因此，必须选用合理的背压。

⑵采用再热循环

前面提到乏汽湿度过高不仅对未级叶片产生严重侵蚀，而且使汽轮机内效率降低。而采用中间再热循环可解决这一问题，将汽轮机的高压部分已膨胀做功的蒸汽全部从汽轮机中引出，送至锅炉再热器中再次加热，然后再引回汽轮机内继续膨胀做功。采用中间再热能起到与提高主蒸汽温度同样的效果，又能降低排汽的湿度，而且蒸汽所做的功增加了，汽耗率下降，末几级叶片高度可减小。汽轮机采用一次中间再热，一般可使机组的热效率提高5%，但采用再热会增加设备费用，因此一般100兆瓦以上汽轮机才采用再热循环。

⑶采用给水回热循环

在纯凝汽式汽轮机热力循环中，新蒸汽热量只有30%在汽轮机中转变为功，其余的70%热量随乏汽进入凝汽器，在凝结过程中被循环水带走。采用给水回热循环，将部分已在汽轮中膨胀做功的蒸汽从汽轮机中抽出，并用这部分蒸汽来加热锅炉给水。与纯冷凝循环相比，汽耗率增加了，但循环热效率提高了，因为从汽轮机中抽出来的那部分蒸汽的热能完全被用来加热给水，不再产生冷源损失，进入凝汽器的热量相应减少了。

4结论

随着我国电力系统的不断发展以及国家各行各业对电力能源需求的日益增加，对于一个电力运行企业而言，机组运行的稳定性、经济性以及各项指标的同行业领先性成为了电厂生存和发展的基础。为此，要提升汽轮机热效率，做好各环节的工作。

参考文献：

[1]孔德丰，张中琼.浅谈影响汽轮机热效率的安装因素和处理方法[J].电气工程与自动化，2011（18）.

（作者单位：广西博世科环保科技股份有限公司）