汽轮机性能分析及运行特性分析
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摘 要：汽轮机是能够将蒸汽热能转化成机械能的外燃回转式机械，它的主要运行功能就是对来自锅炉的蒸汽进行处理，使之转化成其他形式的能量。汽轮机在人们日常生产中的应用十分广泛，例如压缩机、船舶螺旋桨等机器的工作都需要汽轮机的驱动。汽轮机常规热力试验和性能监测对电厂生产管理和节能有重要意义，一般通过热力性能的试验可以找到汽轮机热力系统中对机组整体运行性能影响最大且有较大改进空间的环节，分析一种新的汽轮机热力性能试验方法，为节能工作的研究提供参考。
关键词：汽轮机；性能；运行特性
中图分类号：TK26文献标识码： A
汽轮机热力性能试验是指在特定的热力循环系统中，用热工测量的方法获取汽轮机在特定运行工况下的热力特性的一种测试试验。目前，随着国家提出的全面协调可持续发展的战略目标的实施，加上电厂节能成本的不断投入，电厂节能工作成为一项极其重要的工作。
1 汽轮机性能分析
1.1 对汽轮机的给水回热系统分析
该系统是把一部分蒸汽从汽轮机中抽出，并通过输汽管道送达加热器中，来对锅炉给水进行加热，和之相对应的热力循环与热力系统称为回热循环和回热系统。另外，在火电厂的汽轮机采用的回热系统最初主要是为增大机组的热循环效率，避免冷源的过多损失，而实际运行中，采用给水回热加热，由于提高了给水温度，削弱了锅炉受热面和锅炉换热的热量损失，这样就很好地提高了设备运行的可靠性与经济性。
1.2 给水加热系统――高压加热器
高压加热器的工作主要是依据热力学第二定律，高压加热器都是表面式的加热器，通过管子来作为传导面，再通过汽轮机的抽汽进入加热器壳体，在汽轮机的管子中通过蒸汽凝结进而来释放热量，蒸汽的放热量通过传热面金属管壁传递给管内给水，进而有效地增加了给水温度。由于目前火电厂中大多采用了给水高压加热器，使得电厂的热经济性得到了很大的提高，高压加热器的运用能够快速提高给水温度，一方面能够大幅减少难以逆转的热温差损失，另一方面还能够减少工质在锅炉中所吸收的热量，这对燃料的节省，热经济性的提升等都大有裨益。根据相关数据显示，正常使用中若不使用高压加热器，电厂所发出的的电力往往要减少十分之一左右。
2 汽轮机的运行特性
汽轮机不仅需要提供动力，还需要提供热量。运行过程中，当热负荷变大时，抽汽压力减小，要通过调节调压器，关小抽汽调节阀。经过调节之后，低压段的功率降低，而高压段的功率增高，两者相互抵消，汽轮机的功率依旧不会发生太大改变，但提供热量的抽汽量则会增加。总体而言，抽汽式汽轮机的运行，就是通过控制调压器和调速器以改变高压和低压两段的旋转隔板（或调节阀），以保证工业使用中电负荷和热负荷的使用需要。
2.1 汽轮机的振动
汽轮机运行过程中，一般采用振动监测的方法来保障汽轮机的稳定性，现在很多机械设备都采用了该方法，尤其是在机组启动运行方面。为保证全面掌控汽轮机的振动特性，一般情况下都在汽轮机轴承的一垂直半面上沿径向安装两个非接触式传感器，该两个测点在位置上应相隔90°。TSI监测是汽轮机振动检测中的重要部分，该监测自身是不带保护的，它通过对采集到的信号进行有效的处理，然后通过具体需要，将收集到的信号发送到DEH或ETS，该功能非常有效地实现汽轮机的监测与保护功能。
2.2 DEH的运行
调速系统是汽轮机运行的重中之重，对于个调速系统来说，相同一致的是汽轮机的开度，调节的是部分，而产生区别的则是调节品质和调节方式等方面的差异。可以说，机组的稳定性和安全性很大程度上由汽轮机的控制方式和调节方式决定着。汽轮机控制系统的主要功能就是通过改变调节阀的开度来修正汽轮机的转速。
2.3汽轮机热力性能指标
通过全面热力性能试验可以得到热耗率――汽轮机本体热力性能的衡量指标。从热耗率的计算方法可知，需要根据系统质量平衡和能量平衡的已知条件下，通过求解未知数的计算方法设法将试验条件修正到设计条件上，那么热耗率的计算就需要进行系统一次修正。主要包括以下内容：给水流量与试验时主蒸汽流量必须相等；各储水容器没有水位变化；各抽汽管道进、出口端压差应取设计值；给水泵焓升必须取设计值等等。对于那些试验时汽轮机运行参数与设计参数值具有较大差异的情况下，分析其产生差异的原因，如有必要还须进行二次参数修正，直至偏离符合规定值为止。参数修正方法是根据修正曲线进行修正的，经过以上两次修正，可知热耗率就是最方便简洁的，且在额定工况下用来衡量汽轮机性能的经济性指标。
3 汽轮机的控制
3.1 汽轮机控制的操作性
汽轮机的启动是汽轮机控制的关键环节，对于启动过程，经过一系列的控制设计后，共振区内，基本已经实现自动速率提升的目标，当运行过程中，转速超过临界转速区后，会以设定速度冲过共振区，最大程度上减小了人为操作过慢所带来的弊端。
3.2 汽轮机控制系统自动化
汽轮机运行过程中，其控制系统自动化水平的高低会对机组的经济性和安全性产生影响，为了提高这一方面的效益，现今的火电厂大都采用了协调控制系统，合理地将汽轮机与锅炉燃烧连到了一起，有效缩减了汽轮机控制的中间环节，形成了单一的执行机构，大大增强了机组运行的稳定性，也节省了大量的人力。
3.3 汽轮机的真空调节性
汽轮机运行过程中，凝汽管、抽汽管或真空泵存在故障、冷却水进水温度过高等原因常常导致真空降低的情况，而要想从根本上解决这一危害，就必须采取适当的真空严密性调节措施。一方面，要加强凝汽器安装过程中的检查，保证冷却管涨口完好、空冷区剥壳不漏焊。为避免热负荷过高，可将疏水系统加装分流管道及阀门或者直接接至电厂的疏水扩容器上。另一方面，要加强供水设备的维护，合理调整供水流量和流速。必要情况下可以启用工业水泵，采取两循环泵配置一台工业水泵的运行方式提高循环水量。
3.4 汽轮机的经济运行
汽轮机火电机组的运行有2种方式，第一，传统的滑压运行，在任何负荷的情况下，全开所有的调节阀门，使部分负荷下节流损失最小，换言之，即通过调节主汽压力来调节负荷。第二，一部分调节阀门全关，一部分则全开，这种滑压运行方式既能维持一定的主汽压力，也能满足进汽量的要求。这两种运行方式中，第二种运行方式的经济性较高且节流损失小，第一种运行方式带来节流损失，经济性低，现今机组很少采用。
3.5基于热经济学理论的热力性能分析
热力系统随着电厂汽轮机组单机容量的不断增大而变得越来越复杂，不论是电厂的设计还是运行，掌握热力系统性能的分析方法是至关重要的。现在比较普遍的电厂热力系统分析方法主要是依据热力学第一定律、第二定律为核心的分析方法，即上文介绍的能量分析法――热耗率法，这种方法简单易行，因而通常的热经济分析主要采用此方法。但是热耗率法的分析通常只着眼于能量的数量而不能反映能量的质量因素，其分析结果不能全面反映能量的实质。因此热经济学分析方法将热力学与经济学结合起来，结合热耗率分析方法，解决了传统分析方法中的不足。
4 结论
总体而言，现代汽轮机的运行性能、运行效率较以往都有了很大的提升，随着技术水平的逐渐深入，未来汽轮机的发展必然会朝着大型汽轮机组的方向前进，当下，热电厂要想提高汽轮机的热效率，就必须充分考虑其运行性能、运行特性，通过采取回热循环、再热循环等方式不断提高电厂生产效益。
参考文献
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