大型火力发电厂汽轮机效率提升技术研究

一、大型火电厂汽轮机效率提升的重要意义

1.1 降低发电成本以提升经济效益

在提升大型火电厂汽轮机效率的过程中，节能减排和经济效益得到有效改善，其重要性从这三个方面表现出来：经济收益、环境影响和系统稳定性。在改进效率的过程中，若汽轮机的运行参数得到合理调整，并达到最适宜的范围，设备的疲劳损伤及出故障的概率都会大幅度降低。热力循环过程中的效率被优化后，燃料转化为电能的环节也变得更加高效，能量消耗量大幅度下降之后，发电成本也随之降低，大型火电厂在市场上的竞争优势也逐步增强。

1.2 确保机组稳定运行，提高系统可靠性

汽轮机运行效率下降一般与气流扰动和部件磨损相关联，这些情况容易造成设备故障风险增大的问题；提高热效率可以加强机组运行可靠性，并且有益于降低能耗水平。通流部分严重的泄漏现象既会明显降低总体性能，不仅会引起叶片腐蚀的问题，转子振动异常状况也有一定的几率出现。通过改良密封结构设计，大约可以缩减漏气量达 30% 左右，进而防止由于叶片磨损而引发的停机事故。在新能源所占比例不断增多的大环境中，传统燃煤发电厂务必提升自身调峰能力以应对电网需求变动，在这种情形下对汽轮机展开专门的效率改进改造工作，一方面能在 50% 到 100% 的负荷范围内维持高效运转状态，另一方面还可把调峰响应时间缩减 20% ，这样就比较符合动态负荷调节的需求，保障电力系统稳定安全。

二、大型火电厂汽轮机效率提升关键技术

2.1 通流部分优化技术

大型火电厂汽轮机效率提升过程中需重点关注叶片、隔板气动性能优化的问题，可以用三维弯扭叶片代替传统直叶片的设计想法，借助数值仿真技术对几何参数进行细致调整，以抑制气流分离和涡流损失。

密封结构优化主要围绕两个核心维度展开：第一是采用蜂窝式汽封取代传统的梳齿汽封，把密封间隙由 0.5 到 0.8 毫米缩小到 0.2 到 0.3 毫米，从而使得漏汽量削减大约 40% 到 50% 。拿一台额定功率为 600 兆瓦的汽轮机来说，如果在高中压缸轴端装上蜂窝汽封，就能把轴端漏汽损失缩减 35% ，进而提升机组的运行效率 0.8% 到 1% ；第二是于动叶片顶部增添弹性齿密封片，同时还要配合叶顶汽封块的弹性退让设计，来改善叶顶区域的漏汽状况。

采用迷宫式汽封改良动叶围带结构，用多级汽封逐级减缓气流速度，以此来遏制漏汽现象，此方案在 1000 兆瓦超超临界汽轮机上得以应用。同传统设计比较，围带漏气损失削减大约 20% ，给提升机组运行效率提供了助力。这种改良的密封技术在大型火力发电厂汽轮机领域有着明显的优势，它不但大量缩减了漏汽损耗，还明显改善了能源利用效率。

2.2 热力系统改进技术

汽轮机热力系统的汽水品质以及回热效率对于机组运行性能有着决定性影响，要改善系统整体效能，可以从诸多角度入手实施优化。在加热器端差的把控上，采取螺纹管或者波纹管这类高效换热元件取代传统的光管结构，明显提升换热效率，把端差从 5-8% 降到 2-3% 。拿 600MW 级汽轮机来说，高压加热器端差得到优化之后，给水温度平均上升 ，循环热效率大概提升了0.5%～ 0.7% ；至于疏水系统的设计方面，放弃以往逐级自流的方式，而是利用疏水泵把高压加热器的疏水直接输送到给水管道当中，从而削减因为节流造成的能量损耗。

凝汽器换热管在线清洗技术主要是依靠胶球清洗装置，利用周期性地清除管内沉积物，使端差维持在 3 到 4 摄氏度的范围内。为了改善真空泵的工作状况，可以采取罗茨 - 水环复合型真空泵代替传统的水环式真空泵，它的抽气能力比原先的设计提升了 30% 以上，在机组变工况运行的状况下，该系统可以把凝汽器真空的波动限制在 0.2 千帕以内，从而削减真空下降所造成的能量损耗风险。

2.3 运行参数精准调控技术

基于汽轮机变工况特性曲线，对滑压运行曲线实施优化设计，目的是做到主蒸汽压力在不同负荷情况下的精准控制。拿 600MW 机组来说，当处于 70% 负荷工况时，把主蒸汽压力从 16MPa 调低到 14MPa ，可以明显削减蒸汽节流损失达到 20% ，还有效改善了机组的运行效率。为了保证主蒸汽温度稳定，可以利用智能温控系统，通过智能调节锅炉燃烧器摆角以及减温水量，将主蒸汽温度精确控制在额定值正负 2^∘C 之内。

循环水系统优化设计要按照动态调整循环水泵运行参数（数量、转速）来维持凝汽器真空度并削减能耗；针对排汽减温水控制问题，采用变频技术调整排汽减温水泵，防止过度喷水造成排汽温度异常下降，保证排汽温度波动始终控制在设计值正负 3 摄氏度以内。凝汽器水位智能调控是运行参数精确把控的重要部分，利用高精度水位传感器和先进的自动化控制系统，达成对水位的即时检测并自动调节，从而精确操控补水阀门的开启程度。同时，让水位维持在最佳区间，有效地解决了因为水位过高引发的冷却面积缩减以及水位过低造成水泵气蚀的问题，也明显改善了凝汽器的热交换效能。

2.4 智能技术融合应用技术

多维度感知网络依靠在汽轮机转子、轴承、通流部件上安装的振动、温度、压力传感器，可以以每秒 100 次的采样速率即时获取运行状态数据，从而给识别早期效率异常状况提供可信的根据。譬如振动增大也许会致使叶片磨损，从而造成效率下降，按照这样的状况，用 LSTM 形成的智能化效率预测模型能接受主蒸汽参数、真空度、负荷等输入变量，然后输出接下来 24 小时汽轮机效率变动的趋势；如果预测的结果低于预先设定的阈值，就会自动给出参数改良的建议方案。

创建汽轮机数字孪生模型，使其结构特点和运行情况得到准确映射，利用虚拟仿真技术来深入探究工况参数改变给机组性能带来的影响机制。拿凝汽器真空度从 9.5kPa 上升到 10kPa 当作研究对象，通过仿真分析汽轮机排汽焓值的变动趋势，找出最合适的真空度范围；依靠数字孪生平台模仿通流部件检修流程，进一步优化检修操作方案，缩减检修时长，评判检修成果，确保检修品质达到标准。

结语：

在“双碳”战略目标和电力行业节能降耗政策双重驱动下，大型火力发电厂必须提升机组运行效率、降低发电煤耗。汽轮机是火电系统核心的能量转换设备，其效率优化能显著降低供电煤耗。现阶段的“稳态运行”模式正在被“高效节能运行”理念取代，迫切需要依靠技术创新和工艺改进来进一步挖掘汽轮机的潜力空间。

参考文献：

[1] 韩煜哲 . 火力发电厂汽轮机组节能降耗技术应用研究 [J]. 中国高新科技 ，2025，（10）：49-51.

[2] 高露 ， 盖艳文 ， 郑满强 . 火力发电厂锅炉和汽轮机组协调控制技术 [C]//中国智慧工程研究会智能学习与创新研究工作委员会 .2025 人工智能与工程管理学术交流会论文集. 陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司;，2025：177-178.