汽轮机轴封系统热经济性定量分析方法及其应用

摘要：针对汽轮机轴封系统的用汽和轴封溢流蒸汽回收的热经济性问题，根据某电厂1000MW超超临界机组的热力性能试验数据，利用等效热降法进行了定量热经济性分析计算。计算结果表明：辅汽供轴封用汽来自四段抽汽比来自冷段再热蒸汽经济；轴封溢流蒸汽回收至7号低加比回收到8号低加经济。分析结果对汽轮机经济运行及节能改造提供了重要指导意义。

关键词：汽轮机轴封系统；百万机组；等效热降法；轴封溢流蒸汽回收

Abstract:In view of the thermal economy issues of the turbine shaft gland steam source and the recycle of shaft gland overflow steam, a quantitative analysis method based on equivalent enthalpy drop was proposed in this paper. The data is from the thermal performance test of a 1000MW ultra-supercritical unit . The results show that the shaft gland steam that from 4th section steam extraction is more economical than that from cold reheat steam. The shaft gland overflow steam that recycled to the 7th low-pressure heater is more economical than that recycled to the 8th low-pressure heater. The analysis results have important guiding significance to economicaloperation and improvement for energy-saving of the turbine.

Key words:shaft gland system of turbine;1000MW unit; equivalent enthalpy drop; the recycle of shaft gland overflow steam

中图分类号： TK26文献标识码：A文章编号：

前言

汽轮机轴封系统的作用是防止蒸汽从轴封漏出至大气，并防止空气进入汽轮机和凝汽器。汽轮机轴封用汽一般来源于正压轴封的漏汽，同时向负压轴封提供轴封用汽，当轴封用汽量不足时，由辅助蒸汽补充。由于轴封系统用汽不仅有工质损失，还伴随着热量损失，会使机组的经济性降低[1]。因此，定量分析轴封用汽及其回收利用系统对于提高机组经济性具有十分重要的意义。

某电厂机组轴封系统介绍

某电厂百万机组汽轮机是由上海汽轮机厂和德国SIEMENS联合设计制造的四缸四排汽超超临界凝汽式汽轮机。其轴封系统如图1所示。西门子技术汽轮机对轴封蒸汽温度有严格要求，当转子温度在300℃以上时，轴封汽温要求在280℃~320℃[2]。在高负荷范围内，从高压缸轴封漏汽至轴封蒸汽母管的蒸汽温度可能使低压轴封的温度超过允许值。为了降低低压轴封蒸汽温度，辅汽供轴封蒸汽调节阀开启，注入相对冷的外部蒸汽进入轴封蒸汽母管。同时为了维持轴封母管压力，轴封溢流调节阀开启，溢流蒸汽直接进入凝汽器。

图1 轴封系统示意图

轴封系统经济性定量计算及分析

由于轴封用汽不再进入汽轮机作功，属于带热量工质离开了系统；轴封溢流蒸汽回收利用，属于系统内部的热量和工质的利用，对于以上热经济性问题，可以借助等效热降法进行局部定量分析[3]。

主要经济指标及参数

表1机组主要经济性指标及参数

轴封用汽经济性定量分析

根据上述分析，在高负荷范围内，需要辅助蒸汽来冷却轴封蒸汽来保证低压轴封蒸汽不超温。根据轴封系统设计，机组正常运行时辅助蒸汽有两路汽源：冷段再热蒸汽和四段抽汽。

若辅汽来自冷段再热蒸汽，则损失的功为：

式中，为辅汽用汽份额；

使循环吸热量减少：

系统经济性相对变化：

若辅汽来自四段抽汽，则损失的功为：

系统经济性相对变化：

由此得到热耗率相对变化：

以辅汽供轴封1t/h蒸汽为例，由此得到辅汽用汽分别来源于冷段再热蒸汽和四段抽汽时热经济性比较结果。如表2所示：

表2辅汽汽源经济性定量分析比较

由表2可知，在相同用汽量的情况下，辅汽来自冷段再热蒸汽时，热耗率增加值要高于四段抽汽。因此，正常运行时应采用四段抽汽供辅汽的运行方式。

轴封溢流蒸汽回收利用经济性定量分析

按原有设计，轴封溢流蒸汽直接进入到了凝汽器，如果能将这部分热量回收利用，不仅能增加装置效率，同时也能够降低凝汽器的热负荷。根据等效热降法，若将轴封溢流蒸汽回收利用于加热器，将排挤段回热抽汽，从而获得的回收功为：

式中：为轴封溢流蒸汽回收利用份额；为轴封溢流蒸汽焓kJ/kg；为段回热抽汽焓kJ/kg；为段回热抽汽效率；

局部变动的热经济性相对变化：

由此得到热耗率相对变化：

根据现场试验数据，满负荷工况下，轴封溢流蒸汽压力约115kPa(a)，压力均大于7段抽汽压力和8段抽汽压力。图2对比了轴封溢流蒸汽分别回收利用于7号低加和8号低加时的热耗率减少量，结果显示轴封溢流蒸汽回收利用于7号低加的热经济性明显好于其回收利用于8号低加。

图2 轴封溢流蒸汽回收到7、8号低加的热经济性比较

改造后的热经济性评价

机组在大修期间将轴封溢流蒸汽回收到了7号低加，为评价此次回收利用的经济性效果，记录了轴封溢流到7号调节阀关闭前后相关参数的变化，如表3所示。该统计时间段内，负荷维持1000MW稳定，同时辅汽供轴封调阀开度维持10.3%不变。在轴封溢流蒸汽至7号低加调节阀关闭后，7号低加温升降低了0.3℃，疏水温度降低了0.3℃，由此推算进入7号低加的轴封溢流蒸汽为6.15t/h左右。根据图2，回收6.15t/h轴封溢流蒸汽到7号低加，使热耗率减少约4.131kJ/kWh，供电煤耗减少约0.16g/kWh.

表3 轴封溢流蒸汽至7号低加调节阀关闭前后相关参数变化

结束语

本文利用等效热降法对某百万超超临界机组的轴封系统进行了定量热经济性分析，得到了以下结论：

在相同轴封用汽量的情况下，供轴封的辅汽来自四段抽汽比其来自冷段再热蒸汽更为经济；

轴封溢流蒸汽回收利用于7号低加的热经济性明显好于其回收利用于8号低加；

回收6.15t/h轴封溢流蒸汽到7号低加，使热耗率减少约4.131kJ/kWh，供电煤耗减少约0.16g/kWh.

以上分析结果对汽轮机经济运行和节能技术改造提供了重要指导意义。

参考文献

[1]梁娜,丁常富,郝文广.机组轴封系统热经济性向量分析法及应用[J].汽轮机技术,2010,52(3):177-179

[2]张鹏.西门子技术1000MW超超临界汽轮机防止汽封抱轴的分析与处理[J].应用能源技术,2010,10:9-11

[3]李勤道,刘志真.热力发电厂热经济性计算分析[M].北京：中国电力出版社，2008

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。