660MW 機組軸封系統溢流回收利用可行性研究

蔡西忠CAI Xi-zhong

（江蘇國信靖江發電有限公司，泰州214500）

0 引言

機組運行時，軸封系統的壓力為0.1035MPa（a），與THA 工況回熱抽汽壓力相比，高于七抽（0.0345MPa（a））、低于六抽（0.2369MPa（a）），將軸封系統的溢流蒸汽引至#7 低壓加熱器是合適的?；谥圃鞆S設計資料計算顯示：軸封溢流蒸汽引至#7 低加，在THA 工況下，可使凝結水溫度升高1.58℃，相當于減少七段抽汽3.11t/h，增加發電出力208.3kW。

軸封系統有溢流時，#7 低加已投入正常運行。因此，軸封系統溢流引至#7 低加，如同引至凝汽器一樣，沒有增加運行操作和維修的復雜性。此改造不但技術可行，且有一定的經濟收益。

1 軸封系統溢流分析

上汽超超臨界汽輪機的典型軸封系統由供汽調節閥、溢流調節閥和減溫器等組成，如圖1 所示。在機組運行時，高、中壓主汽門和調節汽門的門桿漏汽，以及高、中壓缸軸端汽封漏汽進入軸封系統，作為低壓缸的密封蒸汽進入低壓缸軸封。在機組啟動和低負荷時，高、中壓缸主汽門、調門和軸封的漏汽不能滿足低壓缸密封要求時，供汽調節閥基于軸封系統母管壓力控制輔助蒸汽進入量；隨著機組負荷提高，漏汽量增多，軸封系統母管壓力升高，逐漸減小供汽調節閥，機組負荷至35%時，漏汽量與密封汽量達到平衡，供汽調節閥關閉；機組負荷進一步提高，漏汽量大于密封汽量，溢流調節閥基于軸封系統母管壓力調節，將多余的蒸汽溢流至凝汽器。高、中壓主汽門及調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，供汽調節閥和減溫器向軸封系統供應低溫蒸汽，與漏汽混合后進入低壓缸軸封，與此對應地增大溢流調節閥的開度，維持軸封系統母管壓力。在機組正常運行時，軸封系統的母管壓力維持在0.1035MPa（a）水平。

汽輪機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、中壓主汽門及調門汽封前的溫度為600℃，高壓缸進汽側的軸封前溫度約570℃，高壓缸排汽溫度360℃左右，泄漏蒸汽在汽封中等焓溫度后，多點漏汽混合后的溫度估計在400℃左右。

基于上汽超超臨界660MW 汽輪機的熱平衡圖，結合我廠#1、#2 機組軸封自密封實際負荷段，由不同負荷下高、中壓缸軸封漏汽量和低壓缸的密封量，計算軸封系統的溢流蒸汽量。圖1 給出了軸封系統溢流隨機組負荷的變化。由圖可見，軸封系統蒸汽溢流量隨機組近似線性變化，在機組負荷43%時達到自密封。

圖1 軸封系統溢流隨機組負荷的變化

基于漏汽量正比于汽封前壓力，以我廠機組負荷43%軸封系統達到自密封推測，由圖2 推測考慮高、中壓門桿漏汽時的軸封溢流與機組負荷關系為：

其中，y 軸封系統溢流量為t/h，x 機組負荷百分數。

2 軸封系統溢流熱能的回收利用

2.1 軸封系統溢流回收點選擇

汽輪機自密封軸封系統，高負荷時溢流通常接至凝汽器，只是回收工質，增大凝汽器的熱負荷。由于軸封系統溢流蒸汽還有較高的熱值，可簡單地引至回熱加熱器，在回收工質的同時，還回收利用熱能。當然，還可以通過蒸汽膨脹機，將溢流蒸汽的熱能轉變為電能。

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機組正常運行時，軸封系統母管壓力維持在0.1035 MPa（a），要回收利用溢流熱能，只要在最大負荷工況下回熱加熱器的抽汽壓力低于0.1035MPa（a），這樣，就能保證低負荷時溢流自動流入該回熱加熱器。

由上汽超超臨界660MW 汽輪機熱平衡圖可知，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，軸封系統溢流只能引到#7低壓加熱器。

2.2 軸封系統溢流熱能回收的熱經濟評估

軸封系統溢流熱能回收利用的直接經濟性，體現在溢流在回熱加熱器放出熱量，使凝結水的溫度升高，由此減少回熱抽汽量，使機組的發電出力增大。

基于上汽超超臨界660MW 汽輪機熱平衡圖給出的不同負荷下凝結水流量，由上預測的軸封系統溢流量，計算出軸封系統溢流引至#7 低加后凝結水的溫升。

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

對上汽超超臨界660MW 汽輪機軸封系統，因高、中壓缸的漏汽溫度遠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，軸封系統溢流引至#7 低加所得的實際收益，將優于上述計算。

圖2 不同負荷下軸封系統溢流熱能回收后產生的凝結水溫升變化

軸封系統溢流蒸汽熱能回收利用，表現出與軸封冷卻器熱能回收相反的運行特性。由軸封系統運行特性知，進入軸封冷卻器的泄漏蒸汽量，在任何運行工況下保持不變，因為軸封系統中這兩個汽封腔室的壓差保持不變。隨著機組負荷的增大，凝結水量增大，故在軸封冷卻器中凝結水的溫升減小。

2.3 系統設計

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

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

軸封系統溢流改至#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壓力的調節。建議查閱溢流調節閥的技術規范和目前溢流調節閥在VWO 工況下的最大開度，評估現有溢流閥通流能力的裕量，確定是否增加或更換溢流閥。

3 結論與建議

①軸封系統溢流焓值高，隨機組負荷增大而增多，有回收利用的價值。

②軸封系統工作壓力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。

③基于上汽廠超超臨界660MW 汽輪機熱平衡圖，計算顯示：在100%THA 工況下，軸封系統溢流可使#7 低加的凝結水溫度升高1.58℃，減少七抽蒸汽可使機組發電出力增加208.3kW。機組實際漏汽損失多數大于設計值，因此，軸封系統溢流回收利用的實際效益高于本報告計算值。

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

⑤軸封系統溢流由現至凝汽器改為至#7 低加，因軸封系統的壓力總高于#7 低加的汽側，故軸封系統的溢流控制保持不變，也不存在附加安全問題。軸封系統溢流管道改造沒有技術難度，也沒有運行風險，建議實施。