外三电厂节能技术盘点

二、汽轮机侧的主要技术

1、主蒸汽参数及运行调节方式的优化

西门子的超(超)临界汽轮机均采用了无调节级设计，基本的运行方式为滑压运行。为进一步提高调频运行的经济性，其为中国市场推介的超超临界机型采用了“补汽阀”的调频和过负荷调节技术。其高压缸增加了一个第五级动叶后的进(补)汽口。在主汽阀后与补汽口之间连有一个补汽调节阀。在正常负荷范围内，其主调门及补汽阀均参与调频。通过开启补汽阀或关小主调门来响应加(减)负荷。显然，当补汽阀打开时汽轮机效率会显著下降。而若频繁开启补汽阀并在小开度下运行，极易造成冲蚀和泄漏。

为避免一般情况下开启补汽阀，针对补汽阀作用的两种情况，对设计参数和控制方式等作了以下优化和创新：

(1)适当提高主蒸汽设计压力，并将补汽阀的过负荷开启点设置到夏季最高冷却水温下的额定负荷，从而确保全年在额定负荷及以下工况不开启补汽阀。

(2)针对正常负荷段的汽轮机调频运行，研究开发成功节能型抽汽调频技术。该方法的着眼点是改变汽轮机的调频原理。通过调节凝结水流量，间接地同步改变相关级回热抽气量，辅之以高加抽汽调节的配合，以达到汽轮机暂态功率调节的目的(而后由锅炉燃烧调节系统跟进)。用此方法，可使主调门全开，补汽阀全关，消除汽轮机进汽节流损失。

采用这种调频法反应速度快，功率调节范围相对较大。从外高桥三期两台机组的实践来看，新的调频方式获得了成功。目前，机组的加(减)负荷的速率能达到和超过1.5MW/min。经测算，上述两种优化和创新措施，约可提升0.22%的机组效率。不过在性能考核试验中，这些效益并不会得到体现。

2、给水泵及系统的优化和节能

通过对以往工程给水系统的配置、调试和运行情况的分析，参考美国、德国的大型超(超)临界机组的给水系统设计和运行经验，外三电厂在中国首次采用100%汽动给水泵，自配独立凝汽器，可单独启动，取消电动给水泵。其启动汽源取自相临机组的冷再热蒸汽。

在机组启动阶段，一旦锅炉产汽后，给水泵汽轮机的汽源即可适时切回本机(冷再热蒸汽)，相当于回收利用了部分原本通过低压旁路排向凝汽器的蒸汽。这就大大降低了机组启动阶段的能耗。

外三电厂选用了德国阿尔斯通的给水泵专用小汽轮机，该小汽轮机的保证效率高达86.7%。此外，该小汽轮机还增加了一个汽源为冷再热蒸汽的调门及对应的调节级。

在机组额定工况时，可设定为前两个调门全开，第三个调门则在超过额定负荷时补汽，并在机组FCB等工况(汽轮机抽汽消失)时承担全部的功率。因此，机组在额定工况时的运行效率能达到最大化。

此外，研究并试验成功汽动给水泵组低速启动及全程调速运行技术，不仅大大降低了锅炉启动时的能量损耗，还提高了机组效率，极大地简化了系统控制策略，也消除了最小流量再循环阀的冲蚀泄漏风险，提高了设备运行安全性。与其他同类机组相比，该汽动泵相当于使机组提升效率约0.117%。

3、广义回热理论及系列技术

广义回热理论是对经典热力学理论的一种突破，其要点是从传统的以锅炉给水为回热媒介的经典回热循环，拓展为以锅炉输入的水、风、煤等均作为回热媒介的广义回热循环。由于回热介质得以拓展，增加了汽轮机的抽汽应用范畴及抽汽量，从而可降低汽轮机的排汽损失。

根据这一理论，外三电厂开发出了相应的系列技术，并获得了全面成功。以锅炉进风回热技术为例，该技术利用汽轮机抽汽，与锅炉空预器配合，加热锅炉的进风，在回收汽轮机抽汽热能的同时提高了锅炉燃烧效率。

该技术不像传统暖风器会增加机组煤耗，在提高空预器运行安全性的同时，亦提高了机组的运行效率。该技术的全面应用，可提高机组运行效率0.42%以上。

广义回热理论适用于所有燃煤机组，能突破火电机组热效率进一步提升的瓶颈，并能解决一系列的环保问题。

4、弹性回热技术

该技术是对传统的给水回热技术的拓展，通过增加调节式高压抽汽，以维持低负荷下的给水温度尽可能不降低或减少降幅，同时也大大减少了低负荷下锅炉省煤器出口烟温的降幅，这能彻底解决脱硝系统在低负荷下必须退出运行的固有问题，显著提升机组的环保水平;而利用抽汽调节阀具有快速改变高压抽汽的能力，还能显著改善机组的调频响应特性;与此同时，低负荷下汽轮机抽汽量的增加还能提高机组的运行效率;此外，低负荷下热风温度的提高及水冷壁进口温度的提高，能明显改善锅炉低负荷的燃烧稳定性、燃烧效率和水动力等问题。在75%的负荷下，该技术约能提高机组运行效率0.2%。

5、超超临界机组的效率保护

作为超超临界机组，随着蒸汽参数的提高，特别是温度的提高，新的技术问题和矛盾也伴随而至。而这其中的一个突出问题——管道的蒸汽侧氧化及由此引起的固体颗粒侵蚀(SPE)，对机组的安全和经济运行产生了严重威胁。该问题较多发生在机组的启动阶段，因锅炉受热冲击引起管子汽侧氧化铁剥离，剥离的氧化物根据情况，或在管内沉积，或随蒸汽运动并形成固体颗粒。在炉管内沉积严重的会发生爆管。而随蒸汽运动的固体颗粒会造成汽轮机叶片的侵蚀，使其内效率出现不可逆性永久性下降。另外，启动过程中的固体颗粒还会侵蚀旁路阀的密封面，使其产生泄漏并将一部分蒸汽直接短路，从而降低了电厂效率，中国近年来陆续投产的超(超)临界机组，也出现了这方面的严重问题，部分机组仅运行两年多，汽轮机效率就下降了4%以上。

防治管道的蒸汽侧氧化及由此引起的固体颗粒侵蚀问题，阻止效率下降，也是一种具有重要意义的节能方式。不过，这牵涉到主设备选型、系统设计、安装调试、运行方式及控制理念等诸多环节，需要进行全方位和全过程的综合防治。我们通过10多年的的跟踪和研究，取得了一系列突破性的的成果，据此制定出了一整套的综合防治技术，并在外三电厂建设中得到了严格的贯彻。

例如，施工阶段的高过热度干态吹管，解决了常规方式水冷壁出口区域吹管动量不足的问题，有效提高了吹管效果;配置大容量旁路系统，并研究开发了机组启动过程中的“高动量冲洗技术”，在汽轮机冲转前实施变负荷、变参数和变回路的高动量冲洗，配以特殊的旁路系统和控制方式，能在每次汽轮机启动前最大程度地剥离氧化物，并将系统内已剥落的氧化皮，包括滞留在零流速区的颗粒物等全部直接送至凝汽器，彻底清除系统内已脱落的氧化物，彻底杜绝机组在高温及高负荷情况下系统内氧化皮及颗粒物的再次析出，从而确保机组的安全性和经济性;研究出新的旁路系统配置设计和控制方式，有效地解决了旁路的侵蚀问题，同时还能缩短机组的启动和带旁路运行过程。此外，蒸汽加热启动及低负荷稳燃技术是采用蒸汽替代燃油和燃煤对锅炉进行整体预加热，使锅炉在点火时已处于一个“热炉、热风”的热环境。杜绝了通常锅炉点火后炉水尚未饱和导致对流受热面先“干烧”并加速高温氧化及产汽后蒸汽进入对流受热面导致“骤冷”使氧化皮松脱及剥落现象的发生。

在运行了30个月后，外三电厂对锅炉的三级过热器和二级再热器的管道进行了割管检查，过热器和再热器管道内光滑如初，没有任何氧化皮脱落和氧化物堆积的现象。

外三公司的汽轮机在运行了30个月后，所拍到的中压缸第一级叶片的显示，叶片依然光亮如新。性能试验的比对表明，从机组的第一次启动至今，汽轮机的内效率丝毫未变。