任剑波
威信能源有限公司657900
摘要：现阶段因为能源紧张以及环境污染等问题越来越明显，整个社会的电力消耗量增加，这需要基于节能环保理念，对热机设备选型进行优化，提升其环保性能及效率，促使社会经济效益得以提升，基于此，文章针对亚临界一次再热背压机组选型优化以及大型循环流化床锅炉输煤设备选型优化进行了详细分析。
关键词：节能环保；大型火电厂；热机设备；选型优化
1火电厂热机设备的工作原理
热机设备是火电厂主要生产的机械，众所周知，它也是通过机械内部产生的内部作用力来进行做工的设备，内能转换为机械动能，进而运行总体生产过程。热机也是大多数大型仪器设备的关键构成要素，是火电厂生产的主要动力，因为它的工作原理主要是利用燃料的燃烧促使产生的高压水蒸气，或燃气来作为重要推动力，活动活塞以及机械叶轮进行做功，进而获取机械运行能力，整个过程相对简单，所以它也具有较高的使用率。
针对一台热机设备而言，在设备自身没有产生故障的基础上，它的工作效率与其燃烧的燃料所出现的动能之间成相关，热机做功的主要流程实质上是对内做功，以进气、压缩以及燃烧为例，唯有最终膨胀的过程是进行的对外做功，这个由对内对外的过程也正是调好平衡形成热机工作的重要工作原理。除此之外，依据性能，热机可分3种，一种是内燃机性能、一种是动力性能，一种是经济性能，其中主要内容就是上述章节所讲的热机的主要工作原理，这三种性能在运行期间各有各的优势，但并不是相互独立的，毫无关联的，这三种性能在运行期间是相互补充的、相互促进的过程，内燃机性能主要有两种性能，一种是动力性能，另一种是经济性能。
以下章节是针对某一汽轮机选型优化以及某一锅炉选型优化进行的详细研究与分析：
2亚临界一次再热背压机组选型优化
由汽轮机原理可知越高的进汽参数，可以实现更高的汽轮机热效率，而再热技术亦是提高蒸汽循环效率的有效手段，目前大多数火力发电站均采用了再热及二次再热技术。2013年，国内首台高温超高压再热机组在唐山建龙钢铁成功运行验证了再热技术在工业汽轮机领域的可行性与经济性。因此，工程师联想到将较高的蒸汽参数运用到背压机中，并使用中间再热技术。
亚临界一次再热背压机组的蒸汽参数基本与亚临界300MW燃煤火电机组一致。在汽轮机方案设计中，基本思路是在成熟的亚临界300MW燃煤火电汽轮机基础上去掉双分流低压缸，保留高、中压缸。回热系统设计上，也同样去掉低压加热器，保留除氧器和3个高压加热器。机组的热力系统示意图如图1。
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图1亚临界一次再热背压机组热力系统示意图
根据锅炉配置，考虑到最终热用户负荷，确定该亚临界一次再热背压机组的基本参数如表1所示。
表1 亚临界一次再热背压机组的基本参数
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汽轮机转子采用整锻结构，材质采用30Cr1Mo1V。轴系由4个轴承支撑，其中汽机由2个支持轴承支撑，均为六瓦块可倾瓦轴承，各轴承均设计有顶轴结构。轴系临界转速计算结果如表2所示。从以上计算可以看出，各阶临界转速避开工作转速（3000r/min）的-10-+10%的区域，满足规范要求。机组绝对死点设在后轴承箱纵向键与横向键交汇处，相对死点设在后轴承箱推力轴承的推力盘处。汽缸通过四个猫爪搭接在前、后轴承箱左右枕座上，汽缸与轴承箱上下均设置有垂直导向键结构。前轴承箱底部设有纵向键结构。热态时，汽缸推着前轴承箱向机头侧膨胀。转子相对于后轴承箱内推力轴承的推力盘处同样向机头侧膨胀。
该汽轮机外缸采用整体式外缸结构，材质采用ZG15Cr1Mo1。汽缸上下半左右侧共4个高压进汽管口，分别与4根主汽管焊接。汽缸下半左右侧共两个再热进汽管口，分别与再热进汽管焊接。高压蒸汽通过汽缸中部进入高压通流，并由机头侧高排抽汽口排出，再热蒸汽通过汽缸中部进入中低压通流，并由汽缸机尾侧排汽管道排出去工业抽汽。中低压通流段汽缸设置去2#高加、3#高加抽汽口。汽缸机头、机尾设有轴封段，设计单独的汽封体与汽缸装配，最外圈汽封体采取端把结构，所有汽封漏汽管道均布置在汽缸下半。汽缸机头、机尾侧上下半与前后轴承箱间均设计立键结构，保证汽缸沿轴向自由膨胀而限制横向跑偏。
对外缸进行有限元分析，特别关注高压排汽端轴向变形和应力状况，局部温度场分布和应力分布如下图所示。由轴向变形结果得知，外缸汽封体安装处变形较小，刚度满足要求。由应力分布结果得知，外缸相应位置的应力水平满足其对应温度下的强度要求。
3大型循环流化床锅炉输煤设备选型优化
通过总结在350MW输煤系统运行中发现的问题，以及对新型输煤破碎设备调研选型，提出以下优化设计方案：#1输煤皮带→滚轴式筛分布料器→四辊式破碎机→#2输煤皮带→原煤仓。
优化设计方案燃料经过输煤系统一次筛分破碎达到入炉燃烧粒径要求，筛分布料器选用新型滚轴式筛分布料器，最大优点不粘堵煤，完全适应洗中煤、煤泥等煤种的筛分，破碎机选用四辊式破碎机，可将燃料由300mm直接破碎至8mm，输煤破碎设备由原来2次破碎5台设备，优化为一次破碎2台设备，减少设备投资费用，减少输煤破碎耗电率，同时破碎过程燃煤提升高度降低到30m，减少初期建设成本，及后期输煤皮带运行电耗。优化设计350MW机组1000t/h上煤量破碎设备参数为，滚轴式筛分布料器功率43kW；四辊式破碎机功率530kW；破碎设备总功率573kW。
辊轴式筛分布料器设备说明：筛分布料器主要结合了滚轴筛、琴弦筛、滚筒筛等多种类型筛分机的结构原理，且独创性的加入轴内导料螺旋、布料板、牙形密封等结构，通过变频控制技术，适应高水分、高黏性燃料的筛分。四辊式破碎机设备说明：破碎机由两个电动机经过皮带传动使一、二级两工作辊相向旋转运动。当物料经由布料装置进入一级两工作齿辊工作区域时，工作辊齿板相互交错啮入物料，对物料进行挤压、劈裂、断裂破碎，使物料由300mm破碎至50mm以下；此时物料进入二级两齿辊工作区域，二级齿板啮入燃料对其进一步破碎，使物料粒度由50mm破碎至8mm以下。破碎机的一二级两个工作辊齿相互交错，充分利用剪、劈、折、拉等对物料组合破碎；同时在破碎过程中迫使物料不断翻滚，寻找其最脆弱的方位进行选择性破碎；齿辊只对大料进行破碎，符合粒度要求的小料直接从辊齿间的间隙通过，不增加过粉量。四辊式破碎机具有节能、不粘堵、环保不扬尘、过粉少、振动小、粒度可调、齿板装拆方便等优点。
结束语：
伴随着电力市场的快速发展，火电厂发电机组的运行对生态环保、经济安全控制提出了更高的要求。在火电厂中运用了很多大容量、高参数、高效率的机组，这些机组逐渐发展成为主机架构，因此优化热机设备选型十分关键。现阶段环保节能以及可持续发展的理念深入人心。在火力发电厂热机设备的选择上，人们对节能环保的重要性开始意识起来，在节能环保的基础上，从主汽轮机设备、主辅设备、锅炉设备等优化设备选型，能大大减少能源损失，避免对生态环境的破坏，提升火电厂的能效水平，并实现健康发展。
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