燃?xì)? 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組汽機軸封母管溢流節(jié)能技改分析

呂家吳

（中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司，廣東 珠海519000）

我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，電力缺口逐年加大，缺電對經(jīng)濟(jì)發(fā)展形成嚴(yán)重制約。燃?xì)? 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組以發(fā)電效率高,環(huán)境效益好、系統(tǒng)流程簡單、運行方式靈活以及建設(shè)周期較短等優(yōu)點得到快速發(fā)展，但發(fā)電成本高也成了燃機電廠最大的缺點，節(jié)能減排、提質(zhì)增效在燃機電廠顯得尤為重要。

1 背景

汽機軸封系統(tǒng)向汽輪機高壓、中壓軸封提供密封蒸汽。機組啟動到低負(fù)荷期間，啟動鍋爐或者鄰機輔汽向軸封母管提供蒸汽，軸封母管再根據(jù)工藝流程向高壓、中壓、低壓軸封提供密封蒸汽，以防止空氣進(jìn)入汽缸，從而建立和維持真空；機組高負(fù)荷期間，啟動鍋爐或者鄰機輔汽不再向軸封母管提供蒸汽，高中壓缸軸端壓力較高，氣封齒有密封蒸汽泄露到軸封母管，再向低壓軸封提供密封蒸汽，從而形成自密封，軸封母管壓力設(shè)計27-30kPa，超過此壓力，軸封母管多出的蒸汽通過溢流氣動調(diào)節(jié)閥排到凝汽器。

某燃機電廠#2、#4 汽輪機在運行過程中，機組總負(fù)荷270MW (汽機負(fù)荷100MW)，軸封系統(tǒng)滿足自密封條件，且軸封母管溢流調(diào)閥有32%開度，機組總負(fù)荷410MW (汽機負(fù)荷135MW)，軸封母管溢流調(diào)閥有60%開度，軸封溢流蒸汽排至凝汽器，有較大浪費。

2 技改介紹

通過對大型火電機組調(diào)研和實際運行工況的了解，將軸封母管溢流管道接入凝汽器，再增加旁路接到軸封加熱器，溢流蒸汽熱量可以通過換熱，加熱凝結(jié)水，提高凝結(jié)水溫度，溢流蒸汽熱量可得到有效利用；軸封母管溢流管旁接到軸封加熱器后，能大大降低凝汽器熱負(fù)荷，減少凝汽器熱沖擊，提高凝汽器真空，以達(dá)到提高燃?xì)? 蒸汽聯(lián)合聯(lián)合循環(huán)機組效率的目的。

3 熱力計算

表1

作者簡介：呂家吳（1982-），男，籍貫：云南宣威，熱能動力工程師，華北電力大學(xué)熱能與動力工程本科畢業(yè)，2005 年至今從事集控運行工作。

將軸封溢流改至軸封加熱器，則有效利用的熱量為：

QZ=（h1-h2+γ）m

QZ——軸封溢流蒸汽熱量；

h1——軸封溢流母管壓力下對應(yīng)的焓值：

h2——軸封溢流蒸汽凝結(jié)成水對應(yīng)的焓值；

m——軸封溢流蒸汽質(zhì)量；

Γ——汽化潛熱。

如果這些熱量全部用來加熱鍋爐凝結(jié)水，則：

Δt——軸封溢流蒸汽加熱鍋爐凝結(jié)水使之提高的溫度；

C——水的比熱容，取值4.2kJ/kgx℃；

M——凝結(jié)水流量。

壓力30kPa，溫度389℃時，h1取值3255.04kJ/kg，h2取值188.42kJ/kg，汽化潛熱γ=2394kJ/kg。

機組運行負(fù)荷350MW 時，凝結(jié)水提高的溫度為：

機組運行期間平均負(fù)荷為350MW，軸封加熱器溢流蒸汽如果改至軸封加熱器用來加熱凝結(jié)水，在不考慮軸封加熱器換熱效率的情況下，可以將鍋爐凝結(jié)水加熱2℃左右。

4 技術(shù)效益分析

4.1 汽機負(fù)荷變化所帶來的經(jīng)濟(jì)效益

軸封母管溢流蒸汽如果改至軸封加熱器，則凝汽器的熱負(fù)荷就會減小，凝汽器真空會升高。汽機負(fù)荷與排入凝汽器熱負(fù)荷占比成正比，其負(fù)荷變化如下：

圖1 凝汽器背壓- 熱負(fù)荷特性曲線

如果按機組運行天數(shù)200 天，以一度電0.5 元計算，則一年可節(jié)省電量為：

4.2 凝結(jié)水溫度變化帶來的經(jīng)濟(jì)效益

為了防止低溫腐蝕，機組運行中需要保證低壓省煤器出口溫度不低于58℃，是通過低省再循環(huán)閥門開度來自動調(diào)節(jié)的。軸封溢流排至軸封加熱器會使凝結(jié)水溫度升高，低省再循環(huán)閥的開度將會關(guān)小，低省再循環(huán)水泵電流將會有所降低，這也會在某種程度上降低廠用電。

圖2 技改系統(tǒng)圖

5 安全性分析

軸封加熱器是大氣壓力下運行的熱交換裝置。裝置為單流程、臥式，全流量表面式帶風(fēng)機冷卻器，加熱面積130m3，軸加風(fēng)機流量2000m3/h,運行工質(zhì)溫度<85℃。

軸封溢流母管接入軸封加熱器后，軸封加熱器運行負(fù)荷增加，相同的加熱面積下，需要冷卻更多的蒸汽，為使運行工質(zhì)溫度不超過85℃，可調(diào)整凝結(jié)水再循環(huán)，增加凝結(jié)水流量，使其不低于350t/h，而這樣的凝結(jié)水量也只要機組負(fù)荷大于320MW 就可以滿足。因排入軸加的介質(zhì)多為蒸汽，軸加風(fēng)機負(fù)荷增加較少，完全滿足軸加風(fēng)機流量2000m3/h 要求。

6 運行分析

如圖2 所示：技改增加溢流管道（黃色）走向從軸封溢流氣動閥前，分別通過手動截止閥、氣動調(diào)節(jié)閥和逆止閥至軸封加熱器。軸封溢流的走向可以通過對軸封溢流至凝汽器氣動調(diào)節(jié)閥和軸封溢流至軸加氣動調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值大小的改變來進(jìn)行切換。需要注意的是軸封加熱器全停則需要將軸封溢流切換至凝汽器，以保證軸封加熱器的安全。

軸封溢流至軸封加熱器氣動閥邏輯：

圖3

7 成本分析

技改項目增加一個氣動調(diào)節(jié)閥、一個手動截止閥和一根φ219*9 的10 米長管道，預(yù)計投資不超10 萬元，投資回收期為：

按負(fù)荷270MW 計算為：10/60=0.17 年；按負(fù)荷420MW 計算為：10/136.8=0.07 年；按全年平均負(fù)荷350MW 計算：10/124.8=0.08 年。

8 結(jié)論

同型號機組（三菱M701F4 聯(lián)合循環(huán)機組），鍋爐都是余熱鍋爐，軸封加熱器溢流蒸汽如果用來加熱凝結(jié)水，不但可以減小凝汽器熱負(fù)荷，提高凝汽器真空，還可以提高凝結(jié)水溫度，提高機組效率，而且投資小、回收期短，具有很大可操作性。運行方式類似的機組可以采用該優(yōu)化方式達(dá)到節(jié)能目的。