660MW 機(jī)組軸封系統(tǒng)溢流回收利用可行性研究

蔡西忠CAI Xi-zhong

（江蘇國(guó)信靖江發(fā)電有限公司，泰州214500）

0 引言

機(jī)組運(yùn)行時(shí)，軸封系統(tǒng)的壓力為0.1035MPa（a），與THA 工況回?zé)岢槠麎毫ο啾?，高于七抽?.0345MPa（a））、低于六抽（0.2369MPa（a）），將軸封系統(tǒng)的溢流蒸汽引至#7 低壓加熱器是合適的?；谥圃鞆S設(shè)計(jì)資料計(jì)算顯示：軸封溢流蒸汽引至#7 低加，在THA 工況下，可使凝結(jié)水溫度升高1.58℃，相當(dāng)于減少七段抽汽3.11t/h，增加發(fā)電出力208.3kW。

軸封系統(tǒng)有溢流時(shí)，#7 低加已投入正常運(yùn)行。因此，軸封系統(tǒng)溢流引至#7 低加，如同引至凝汽器一樣，沒有增加運(yùn)行操作和維修的復(fù)雜性。此改造不但技術(shù)可行，且有一定的經(jīng)濟(jì)收益。

1 軸封系統(tǒng)溢流分析

上汽超超臨界汽輪機(jī)的典型軸封系統(tǒng)由供汽調(diào)節(jié)閥、溢流調(diào)節(jié)閥和減溫器等組成，如圖1 所示。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，高、中壓主汽門和調(diào)節(jié)汽門的門桿漏汽，以及高、中壓缸軸端汽封漏汽進(jìn)入軸封系統(tǒng)，作為低壓缸的密封蒸汽進(jìn)入低壓缸軸封。在機(jī)組啟動(dòng)和低負(fù)荷時(shí)，高、中壓缸主汽門、調(diào)門和軸封的漏汽不能滿足低壓缸密封要求時(shí)，供汽調(diào)節(jié)閥基于軸封系統(tǒng)母管壓力控制輔助蒸汽進(jìn)入量；隨著機(jī)組負(fù)荷提高，漏汽量增多，軸封系統(tǒng)母管壓力升高，逐漸減小供汽調(diào)節(jié)閥，機(jī)組負(fù)荷至35%時(shí)，漏汽量與密封汽量達(dá)到平衡，供汽調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；機(jī)組負(fù)荷進(jìn)一步提高，漏汽量大于密封汽量，溢流調(diào)節(jié)閥基于軸封系統(tǒng)母管壓力調(diào)節(jié)，將多余的蒸汽溢流至凝汽器。高、中壓主汽門及調(diào)門和高壓缸的漏汽溫度較高，往往高低壓缸軸封允許最高溫度，此時(shí)，供汽調(diào)節(jié)閥和減溫器向軸封系統(tǒng)供應(yīng)低溫蒸汽，與漏汽混合后進(jìn)入低壓缸軸封，與此對(duì)應(yīng)地增大溢流調(diào)節(jié)閥的開度，維持軸封系統(tǒng)母管壓力。在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸封系統(tǒng)的母管壓力維持在0.1035MPa（a）水平。

汽輪機(jī)的門桿和軸封漏汽正比于汽封前的壓力，蒸汽在汽封中近似等溫的等焓過程，出口溫度稍低于汽封前的蒸汽溫度。高、中壓主汽門及調(diào)門汽封前的溫度為600℃，高壓缸進(jìn)汽側(cè)的軸封前溫度約570℃，高壓缸排汽溫度360℃左右，泄漏蒸汽在汽封中等焓溫度后，多點(diǎn)漏汽混合后的溫度估計(jì)在400℃左右。

基于上汽超超臨界660MW 汽輪機(jī)的熱平衡圖，結(jié)合我廠#1、#2 機(jī)組軸封自密封實(shí)際負(fù)荷段，由不同負(fù)荷下高、中壓缸軸封漏汽量和低壓缸的密封量，計(jì)算軸封系統(tǒng)的溢流蒸汽量。圖1 給出了軸封系統(tǒng)溢流隨機(jī)組負(fù)荷的變化。由圖可見，軸封系統(tǒng)蒸汽溢流量隨機(jī)組近似線性變化，在機(jī)組負(fù)荷43%時(shí)達(dá)到自密封。

圖1 軸封系統(tǒng)溢流隨機(jī)組負(fù)荷的變化

基于漏汽量正比于汽封前壓力，以我廠機(jī)組負(fù)荷43%軸封系統(tǒng)達(dá)到自密封推測(cè)，由圖2 推測(cè)考慮高、中壓門桿漏汽時(shí)的軸封溢流與機(jī)組負(fù)荷關(guān)系為：

其中，y 軸封系統(tǒng)溢流量為t/h，x 機(jī)組負(fù)荷百分?jǐn)?shù)。

2 軸封系統(tǒng)溢流熱能的回收利用

2.1 軸封系統(tǒng)溢流回收點(diǎn)選擇

汽輪機(jī)自密封軸封系統(tǒng)，高負(fù)荷時(shí)溢流通常接至凝汽器，只是回收工質(zhì)，增大凝汽器的熱負(fù)荷。由于軸封系統(tǒng)溢流蒸汽還有較高的熱值，可簡(jiǎn)單地引至回?zé)峒訜崞?，在回收工質(zhì)的同時(shí)，還回收利用熱能。當(dāng)然，還可以通過蒸汽膨脹機(jī)，將溢流蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?/p>

導(dǎo)游的介紹印證了我的猜測(cè)，在離銅綠山古銅礦遺址博物館不足一公里的地方，曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)巨大的死人坑，每個(gè)坑里，都埋藏著無(wú)數(shù)骷髏，那是一個(gè)個(gè)慘死礦工的魂靈。這些曾經(jīng)鮮活的生命，即令是死，也沒能進(jìn)入故鄉(xiāng)祖墳山，拋尸叢冢，一任風(fēng)吹雨灑……

機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，軸封系統(tǒng)母管壓力維持在0.1035 MPa（a），要回收利用溢流熱能，只要在最大負(fù)荷工況下回?zé)峒訜崞鞯某槠麎毫Φ陀?.1035MPa（a），這樣，就能保證低負(fù)荷時(shí)溢流自動(dòng)流入該回?zé)峒訜崞鳌?/p>

由上汽超超臨界660MW 汽輪機(jī)熱平衡圖可知，在100%THA 工況下，六抽壓力為0.2369MPa（a），七抽壓力為0.0345MPa（a）。由此可見，軸封系統(tǒng)溢流只能引到#7低壓加熱器。

2.2 軸封系統(tǒng)溢流熱能回收的熱經(jīng)濟(jì)評(píng)估

軸封系統(tǒng)溢流熱能回收利用的直接經(jīng)濟(jì)性，體現(xiàn)在溢流在回?zé)峒訜崞鞣懦鰺崃?，使凝結(jié)水的溫度升高，由此減少回?zé)岢槠浚箼C(jī)組的發(fā)電出力增大。

基于上汽超超臨界660MW 汽輪機(jī)熱平衡圖給出的不同負(fù)荷下凝結(jié)水流量，由上預(yù)測(cè)的軸封系統(tǒng)溢流量，計(jì)算出軸封系統(tǒng)溢流引至#7 低加后凝結(jié)水的溫升。

圖2 給出了不同負(fù)荷下軸封系統(tǒng)溢流熱能回收產(chǎn)生的凝結(jié)水溫升變化。在100%THA 工況下，軸封系統(tǒng)溢流熱能回收可使凝結(jié)水溫度增大1.58℃；隨機(jī)組負(fù)荷下降，軸封系統(tǒng)溢流減少，但#7 低加抽汽壓力下降使溢流釋放的熱量增多，故凝結(jié)水的溫升隨機(jī)組負(fù)荷非線性變化?；谳S封系統(tǒng)溢流熱能回收產(chǎn)生的凝結(jié)水溫升變化，折算到對(duì)應(yīng)的#7 抽蒸汽量，由此計(jì)算出減少#7 抽汽所產(chǎn)生的發(fā)電出力變化，在100%THA 工況下，對(duì)應(yīng)的發(fā)電出力增大約208.3kW。

對(duì)上汽超超臨界660MW 汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)，因高、中壓缸的漏汽溫度遠(yuǎn)高于低壓缸密封蒸汽許用溫度，冷卻蒸汽使軸封溢流汽量增加，軸封系統(tǒng)溢流引至#7 低加所得的實(shí)際收益，將優(yōu)于上述計(jì)算。

圖2 不同負(fù)荷下軸封系統(tǒng)溢流熱能回收后產(chǎn)生的凝結(jié)水溫升變化

軸封系統(tǒng)溢流蒸汽熱能回收利用，表現(xiàn)出與軸封冷卻器熱能回收相反的運(yùn)行特性。由軸封系統(tǒng)運(yùn)行特性知，進(jìn)入軸封冷卻器的泄漏蒸汽量，在任何運(yùn)行工況下保持不變，因?yàn)檩S封系統(tǒng)中這兩個(gè)汽封腔室的壓差保持不變。隨著機(jī)組負(fù)荷的增大，凝結(jié)水量增大，故在軸封冷卻器中凝結(jié)水的溫升減小。

2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軸封系統(tǒng)溢流引至#7 低加的熱能回收利用，可將現(xiàn)有引至凝汽器的管道直接改向至#7 低加。

軸封系統(tǒng)溢流蒸汽溫度遠(yuǎn)高于七段抽汽，校核#7 低加殼體材料是否超限，否則設(shè)置噴水減溫器，將溢流蒸汽降到接近飽和的120℃左右，這樣使溢流蒸汽在#7 低加中以凝結(jié)放熱為主。溢流蒸汽的噴水減溫，不影響熱能回收的經(jīng)濟(jì)性。

軸封系統(tǒng)溢流改至#7 低加，溢流閥前后的壓差變小，通流能力下降，有可能影響軸封系統(tǒng)壓力的調(diào)節(jié)。建議查閱溢流調(diào)節(jié)閥的技術(shù)規(guī)范和目前溢流調(diào)節(jié)閥在VWO 工況下的最大開度，評(píng)估現(xiàn)有溢流閥通流能力的裕量，確定是否增加或更換溢流閥。

3 結(jié)論與建議

①軸封系統(tǒng)溢流焓值高，隨機(jī)組負(fù)荷增大而增多，有回收利用的價(jià)值。

②軸封系統(tǒng)工作壓力0.1035MPa，在100%THA 工況下，高于七抽、低于六抽，溢流回收利用引至#7 低加最為恰當(dāng)。

③基于上汽廠超超臨界660MW 汽輪機(jī)熱平衡圖，計(jì)算顯示：在100%THA 工況下，軸封系統(tǒng)溢流可使#7 低加的凝結(jié)水溫度升高1.58℃，減少七抽蒸汽可使機(jī)組發(fā)電出力增加208.3kW。機(jī)組實(shí)際漏汽損失多數(shù)大于設(shè)計(jì)值，因此，軸封系統(tǒng)溢流回收利用的實(shí)際效益高于本報(bào)告計(jì)算值。

④軸封系統(tǒng)溢流回收利用只需將現(xiàn)有溢流管改向至#7 低加，評(píng)估、校核#7 低加殼體材料的溫度適應(yīng)性和溢流閥的通流能力，確定是否增加或更換溢流閥。

⑤軸封系統(tǒng)溢流由現(xiàn)至凝汽器改為至#7 低加，因軸封系統(tǒng)的壓力總高于#7 低加的汽側(cè)，故軸封系統(tǒng)的溢流控制保持不變，也不存在附加安全問題。軸封系統(tǒng)溢流管道改造沒有技術(shù)難度，也沒有運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，建議實(shí)施。