帶冷卻段水封在機(jī)組疏水回收中的應(yīng)用與研究

徐謙益

摘 要：通過對大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司二期2×600 MW機(jī)組軸加疏水系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出了疏水系統(tǒng)存在的主要問題是疏水在靠近排汽裝置段因壓力降低疏水汽化致使水封不能正常工作，創(chuàng)新性地改進(jìn)了疏水流程，增加了疏水冷卻段，徹底解決了軸加疏水及軸封回汽管道疏水回收等一系列疑難問題，充分發(fā)揮了水封簡單、可靠的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：帶冷卻段；水封；軸加疏水系統(tǒng)；軸封加熱器

中圖分類號：TK227.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.22.106

水封是熱力發(fā)電廠中常用的一種疏水回收裝置，它是利用水柱高差平衡水封兩端的壓差，具有無機(jī)械轉(zhuǎn)動、無磨損、無卡澀、無電氣元件、不耗電、結(jié)構(gòu)簡單、免維護(hù)和不需要操作等優(yōu)點(diǎn)，廣泛替代了一些疏水器和疏水泵。但是，在使用過程中，由于系統(tǒng)工況的不斷變化和水封（尤其是多級水封）設(shè)計不合理，水封不能正常、穩(wěn)定地運(yùn)作。

1 軸封加熱器系統(tǒng)簡介

大唐韓城第二發(fā)電有限責(zé)任公司二期汽輪機(jī)為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的NZK600-16.7/538/538型亞臨界直接空冷凝汽沖動式汽輪機(jī)，設(shè)計背壓為16 kPa（20 ℃），背壓變化范圍為5.6～33 kPa。

軸封加熱器為東方汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的JQ-150型軸封加熱器。軸封疏水通過多級水封回收至排汽裝置。軸封加熱器布置在6.9 m高的平臺上。

軸封加熱器系統(tǒng)正常運(yùn)行時，軸加疏水通過4級水封進(jìn)入排汽裝置，軸封回汽管疏水通過單級U形水封排至地溝。軸封回汽管疏水通過單級水封外排至排水漏斗。改造前的軸封加熱器系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 改造前的軸封加熱器系統(tǒng)

2 軸封疏水系統(tǒng)存在的問題

2.1 軸加疏水水封存在的問題

自2008年投產(chǎn)以來，3號機(jī)組軸加疏水不穩(wěn)定，疏水經(jīng)常不暢，軸封加熱器水位高，導(dǎo)致軸加危急疏水動作，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.2 軸封回汽管疏水存在的問題

軸封回汽管疏水設(shè)計為通過水封外排，造成工質(zhì)和熱量的浪費(fèi)。

3 水封存在的問題

通過排查水封本體及管道，排除了3號機(jī)組軸加疏水不暢的原因?yàn)楣艿雷枞?。查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)軸封疏水存在的問題較多，不是疏水不暢就是疏水導(dǎo)通，水封失效造成的機(jī)組真空降低跳閘事故比比皆是，解決方法眾多，但都沒有徹底解決問題。通過認(rèn)真分析軸加疏水流程發(fā)現(xiàn)，水封入口端工況相對于出口端屬于高壓高溫，比如，韓城地區(qū)的大氣壓為95～98.5 kPa，

軸封加熱器內(nèi)真空為3.5 kPa，則軸封內(nèi)部絕對壓力為91.5～95 kPa，對應(yīng)的疏水溫度為97.1～98.2 ℃；而水封出水端為汽輪機(jī)排汽裝置，壓力為8～33 kPa，對應(yīng)的水飽和溫度為41.5～71.3 ℃，疏水從水封入口經(jīng)水封流到水封出口，疏水壓力會逐漸降低，對應(yīng)的飽和溫度也逐漸降低，入口高溫飽和疏水流經(jīng)水封某一處時必然會產(chǎn)生汽化現(xiàn)象。疏水汽化造成水封的實(shí)際運(yùn)行狀況遠(yuǎn)遠(yuǎn)偏離設(shè)計要求，汽化嚴(yán)重時會產(chǎn)生氣阻，造成疏水阻塞，更多的是疏水汽化導(dǎo)致水封上升段疏水密度減小，水封水柱產(chǎn)生的壓差不能滿足平衡水封兩端壓差的需要，水封部分或整體失效，疏水就會導(dǎo)通，水封無法正常工作。由此可見，疏水汽化及汽化的不確定性是水封不能正常、穩(wěn)定運(yùn)作的根本原因。疏水的汽化程度與水封兩端的壓力、疏水的溫度、疏水量、水封本身的特性等有關(guān)，這些是運(yùn)行人員無法調(diào)節(jié)和控制的，因此對機(jī)組的安全運(yùn)行造成了很大的威脅。

4 解決方案和系統(tǒng)改進(jìn)

由上述分析可知，降低疏水溫度是保證水封正常運(yùn)作的根本方法，而排汽裝置熱井的主機(jī)凝結(jié)水就是理想的冷源。在疏水進(jìn)入水封前，先利用主機(jī)凝結(jié)水充分冷卻，降低疏水溫度，避免疏水汽化，以保證水封的有效性，同時回收疏水熱量。

為了避免多級水封對改造的影響，將原多級水封改為單級水封，同時，為了降低軸加疏水溫度，給疏水加裝單級水封（控制軸加水位，也可以將其設(shè)計為無水位運(yùn)行，充分利用軸加的換熱面積，這些可根據(jù)軸加面積和機(jī)組漏汽量確定），使疏水淹沒部分換熱管，從而使軸封加熱熱疏水先在其內(nèi)部冷卻，降低新增冷卻器的面積（管道長度）。為避免封閉管道對水封高度產(chǎn)生不利影響，在不同區(qū)段加裝排氣管，保證各個水封按設(shè)計要求穩(wěn)定工作。

利用改造后的水封一同將低壓軸封回汽管疏水回收。為了確保機(jī)組的安全運(yùn)行，防止改造后出現(xiàn)意外情況，在水封出口加裝了調(diào)整門作為應(yīng)急手段。改造后的軸封加熱器系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 改造后的軸封加熱器系統(tǒng)

5 改造后的效果

改造后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。水封第一次注水后，無需運(yùn)行人員進(jìn)行任何操作均可滿足機(jī)組的任何工況（含機(jī)組啟動），機(jī)組的安全性大增，經(jīng)濟(jì)性也得到了提高。同時，二期軸封回汽管疏水也得到了回收。

6 結(jié)論

通過對軸封加熱器進(jìn)行改造，筆者得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論：①改造后，水封在機(jī)組疏水回收系統(tǒng)中能夠穩(wěn)定、可靠地運(yùn)作，與其他疏水回收方式相比，安全性、經(jīng)濟(jì)性較高，運(yùn)行及維護(hù)成本較低；無需疏水泵、疏水調(diào)節(jié)閥或疏水器。目前，提升疏水器的工作可靠性仍舊是面臨的難題之一。②改造后的水封不僅可以被應(yīng)用于軸加疏水、軸封回汽管疏水中，還可以應(yīng)用于一些機(jī)組的給水泵冷動水回收系統(tǒng)中。③對于軸封加熱器疏水的回收，建議根據(jù)實(shí)際情況確定加熱器水位的高低，以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。筆者認(rèn)為無水位運(yùn)行（疏水不浸沒冷卻管）效果更好，因此需盡量回收軸封回汽管中的水蒸氣。④如果條件允許，最好使用低位水封（將水封置于地下），將疏水出口接在熱井水位以下。⑤筆者個人偏愛單級水封，簡單、直觀，且不受不溶氣體的影響。使用多級水封時應(yīng)加大水封裕度。⑥在選擇水封管的通徑和冷卻段的冷卻面積時，要根據(jù)實(shí)際情況測算，通流能力和冷卻能力要足夠，這兩點(diǎn)是水封應(yīng)用的關(guān)鍵。⑦在多個水封組合使用時，要考慮不同封閉管道造成的相互影響，設(shè)計時要設(shè)計必要的排氣管或連通管。

參考文獻(xiàn)

[1]林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1994.

〔編輯：劉曉芳〕