燃?xì)廨啓C軸封電加熱器的設(shè)計應(yīng)用及節(jié)能效果分析

劉建剛，王建偉，柳超

（神華浙江國華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江余姚315400）

燃?xì)廨啓C軸封電加熱器的設(shè)計應(yīng)用及節(jié)能效果分析

劉建剛，王建偉，柳超

（神華浙江國華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江余姚315400）

為解決9FA燃?xì)?蒸汽多軸聯(lián)合循環(huán)機組啟動初期軸封管路暖管緩慢的問題，以加快機組啟動進(jìn)程、提高機組軸封供汽穩(wěn)定性，在軸封供汽管路上設(shè)計加裝了軸封電加熱器，應(yīng)用前后的情況表明，該應(yīng)用具有較好的節(jié)能效果。

燃?xì)廨啓C；軸封電加熱器；節(jié)能

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，電網(wǎng)的峰谷差值越來越大，人們對能源的利用效率、環(huán)保的要求也越來越高。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是世界上較先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)之一，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、機組啟停迅速、負(fù)荷升降快、調(diào)峰能力強等優(yōu)點，日益受到人們的青睞。對于日啟夜停、頻繁調(diào)峰的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機組而言，如何加快啟動進(jìn)程、縮短啟動時間、降低啟停成本則是重要的節(jié)能研究項目。對此，浙江某燃機發(fā)電廠通過對機組聯(lián)合循環(huán)啟動各階段的能耗分析，找出在當(dāng)前溫?zé)釕B(tài)啟機狀況下，軸封供汽管路暖管緩慢是影響機組啟動進(jìn)程的主要原因，并提出在軸封供汽管路上加裝軸封電加熱器的解決方案。通過該方案的實施，有效加快了機組的啟動進(jìn)程，提高了機組軸封供汽穩(wěn)定性，達(dá)到了既節(jié)能又安全的目的，效果明顯。

1 改造前存在的問題

該燃機發(fā)電廠一期工程裝機容量1×780 MW，選用美國GE公司生產(chǎn)的S209FA型“二拖一”燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機組。由于該廠機組全停之后無其他可靠穩(wěn)定汽源，因此在聯(lián)合循環(huán)啟動初期需點燃啟動鍋爐以供軸封用汽；等燃機并網(wǎng)帶上一定負(fù)荷后，再將軸封供汽由啟動鍋爐切至中壓過熱蒸汽，經(jīng)過一定時間的暖管后即可停運啟動鍋爐。當(dāng)汽輪機高壓缸開始進(jìn)汽后，用高壓主汽截止閥閥桿漏汽作為第二路汽源供軸封，在汽機滿負(fù)荷狀態(tài)下，可以實現(xiàn)該路軸封自供汽，中壓過熱蒸汽作為備用軸封供汽汽源。

由于該廠以日啟夜停的調(diào)峰運行方式為主，機組啟停頻繁，2011年機組啟動449次，2012年啟動539次。每次機組啟動前都要先運行啟動鍋爐，向輔助蒸汽系統(tǒng)提供啟動用汽，機組熱態(tài)情況下，啟動鍋爐需要運行2.5 h，其中用于供軸封管暖管1.5 h，燃機冷拖至并網(wǎng)帶負(fù)荷0.5 h，中壓過熱蒸汽供軸封管路暖管0.5 h。機組冷態(tài)情況下，啟動鍋爐運行時間將更長。

由此可知，在機組溫?zé)釕B(tài)啟動的情況下，啟動鍋爐大部分運行時間用于軸封管路暖管，影響了機組啟動進(jìn)程，也造成大量的熱量與工質(zhì)浪費。為了解決啟動鍋爐供軸封管路暖管緩慢的問題，減少啟動成本，經(jīng)充分調(diào)研和討論，決定在軸封供汽管路末級加裝軸封電加熱器，通過軸封電加熱器的配合運行來縮短軸封供汽暖管時間，同時還可以在軸封供汽汽源溫度不穩(wěn)等事故工況下進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，提高軸封供汽穩(wěn)定性，從而達(dá)到加快機組啟動進(jìn)程、縮短啟動時間、既安全又節(jié)能的目的。

2 軸封電加熱器的設(shè)計與應(yīng)用

為了充分發(fā)揮軸封電加熱器的作用，使其適應(yīng)于啟動鍋爐供軸封、1號中壓過熱汽供軸封、2號中壓過熱汽供軸封3路汽源，應(yīng)將其安裝在軸封供汽管路的末級，其簡化系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 加裝軸封電加熱器后的系統(tǒng)

選用鎮(zhèn)江裕太防爆電加熱器有限公司生產(chǎn)的BGY40-380/300型軸封電加熱器，具體技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計壓力1.1 MPa；工作壓力1.0 MPa；設(shè)計溫度392℃；被加熱蒸汽流量4 t/h；被加熱蒸汽入口壓力0.39 MPa，溫度140℃；被加熱蒸汽出口壓力0.39 MPa，溫度≥220℃；電加熱器額定功率300 kW；進(jìn)/出口壓損≤200 Pa；水壓試驗壓力1.66 MPa。另有1套彈簧全啟式安全閥，型號為A48Y-40C，起跳壓力1.1 MPa。

該軸封電加熱器內(nèi)設(shè)3組加熱管，可在DCS畫面上單獨啟動/停運每組加熱管。3組電熱管的可控硅調(diào)溫控制信號由1個溫度控制器進(jìn)行控制，控制對象為加熱器出口溫度，設(shè)定值只能在就地控制柜上設(shè)置，就地控制柜上顯示3個可控硅的輸出電流。3組電熱管由各自的表面測溫元件實現(xiàn)自我保護(hù)，每組電熱管的超溫信號只用于停止該組電熱管的電源，超溫信號同時送至DCS系統(tǒng)。保護(hù)定值由就地溫度控制器設(shè)定。

安裝軸封電加熱器前，每次溫?zé)釕B(tài)啟機都需要先運行啟動鍋爐，將汽機軸封電動閥前的蒸汽加熱至195℃以上方可投運軸封；燃機并網(wǎng)后，中壓過熱蒸汽升溫升壓，也需要將中壓過熱汽軸封母管管路暖透，方可將汽機軸封汽由啟動鍋爐切至中壓過熱汽，否則切換過程中將會導(dǎo)致軸封供汽溫度劇烈下降。

投運軸封電加熱器之后，每次溫?zé)釕B(tài)啟機時只需確保啟動鍋爐供軸封管路沿途疏水已疏盡，啟動鍋爐產(chǎn)汽量能夠維持汽機軸封，即可通過軸封電加熱器將其出口蒸汽加熱至195℃以上然后投軸封，而無需再等待長時間的疏水暖管。當(dāng)燃機點火之后，只要中壓過熱器出口蒸汽流量滿足汽機軸封用量，中壓過熱汽供軸封母管管路沿途疏水已疏盡，即可通過軸封電加熱器的運行來確保軸封汽源切換過程中軸封供汽溫度穩(wěn)定。當(dāng)整個軸封供汽管路已暖透，軸封供汽溫度滿足汽機軸封要求時，即可停運軸封電加熱器，使之處于熱備用狀態(tài)，以便在事故情況下能夠輔助調(diào)節(jié)軸封汽溫，提高軸封供汽溫度的穩(wěn)定性。投運軸封電加熱器后，溫?zé)釕B(tài)啟機時啟動鍋爐運行時間減至1.5 h，其中供軸封管路暖管0.7 h，燃機冷拖至并網(wǎng)帶負(fù)荷0.5 h，中壓過熱蒸汽供軸封管路暖管0.3 h。

通過比較發(fā)現(xiàn)，投運軸封電加熱器后，整個機組啟動進(jìn)程加快近1 h，效果十分明顯。

3 軸封電加熱器的節(jié)能效果分析

加裝軸封電加熱器后，在溫?zé)釕B(tài)機組啟動情況下，通過現(xiàn)場實際運行，對軸封電加熱器投運與不投運2種啟機方式的耗時耗能情況進(jìn)行統(tǒng)計，相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

按平均值統(tǒng)計，加裝軸封電加熱器前，每次機組啟動要消耗天然氣684 m3，輔助設(shè)備電耗100 kWh，折算成標(biāo)煤量約為794 kg。加裝軸封電加熱器后，每次機組啟動要消耗天然氣188 m3，輔助設(shè)備電耗32 kWh，折算成標(biāo)煤量約為255 kg。

表1 軸封電加熱器投運前后的能耗統(tǒng)計

因此，投運軸封電加熱器后，每次啟動可節(jié)約標(biāo)煤量539 kg，按照2012年該廠汽機啟動214次計算，此項目實施后全年可節(jié)約標(biāo)煤量115 t。

除此之外，投運軸封電加熱器之后，用于軸封蒸汽暖管外排的蒸汽量大大減少，節(jié)約了大量的凝結(jié)水工質(zhì)。加之整個聯(lián)合循環(huán)機組啟動耗時縮短了近1 h，相當(dāng)于機組啟動期間其他輔機也少運行1 h，節(jié)省了發(fā)電廠用電量，提高了機組的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語

目前該廠由軸封電加熱器配合啟動鍋爐運行供軸封方式的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。考慮到余熱鍋爐停運后存留的大量蓄熱會導(dǎo)致汽包超壓，直接泄壓放掉將導(dǎo)致能源浪費，為了深挖軸封電加熱器的節(jié)能潛能，目前正在著手研究極熱態(tài)啟機情況下，直接由軸封電加熱器將余熱鍋爐潛熱汽加熱升溫后作為啟動軸封用汽，而無需再運行啟動鍋爐。一旦邏輯優(yōu)化試驗成功，屆時軸封電加熱器的節(jié)能效果將非常顯著。對于軸封蒸汽系統(tǒng)中沒有合適的外來輔助汽源的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組來說，在軸封供汽管路末級配置軸封電加熱器，操作簡單、經(jīng)濟(jì)高效，具有現(xiàn)實意義。

[1]曹智強，陳曉輝，林士濤.軸封蒸汽電加熱器在國產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)汽機輔助系統(tǒng)配置中的作用[J].熱力透平，2003，32（4）∶254-256.

（本文編輯：龔皓）

Design and Applications of Electric Heater for Shaft Seal of Gas Turbines and Analysis on Its Energy Saving Effect

LIU Jiangang，WANG Jianwei，LIU Chao
（Shenhua Zhejiang Guohua Yuyao Gas Power Generation Co.，Ltd.，Yuyao Zhejiang 315400，China）

To solve the slow warm-up of shaft seal piping during the initial startup stage of 9FA gas-steam combined cycle units with multiple axes，electric heater for shaft seal is designed and installed on seal steam supply pipes to accelerate the units start process and improve the steam supply stability for shaft seal of units. The application shows that the electric heater is of favorable energy savings effect.

gas turbine；electric heater for shaft seal；energy saving

TK263.6+3

：B

：1007-1881（2014）08-0040-03

2014-01-28

劉建剛（1986-），男，湖北武漢人，助理工程師，主要從事燃?xì)廨啓C集控運行工作。