燃氣- 蒸汽聯合循環機組汽機軸封母管溢流節能技改分析

呂家吳

（中海油珠海天然氣發電有限公司，廣東 珠海519000）

我國經濟高速發展，電力缺口逐年加大，缺電對經濟發展形成嚴重制約。燃氣- 蒸汽聯合循環機組以發電效率高,環境效益好、系統流程簡單、運行方式靈活以及建設周期較短等優點得到快速發展，但發電成本高也成了燃機電廠最大的缺點，節能減排、提質增效在燃機電廠顯得尤為重要。

1 背景

汽機軸封系統向汽輪機高壓、中壓軸封提供密封蒸汽。機組啟動到低負荷期間，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，以防止空氣進入汽缸，從而建立和維持真空；機組高負荷期間，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，軸封母管壓力設計27-30kPa，超過此壓力，軸封母管多出的蒸汽通過溢流氣動調節閥排到凝汽器。

某燃機電廠#2、#4 汽輪機在運行過程中，機組總負荷270MW (汽機負荷100MW)，軸封系統滿足自密封條件，且軸封母管溢流調閥有32%開度，機組總負荷410MW (汽機負荷135MW)，軸封母管溢流調閥有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，加熱凝結水，提高凝結水溫度，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荷，減少凝汽器熱沖擊，提高凝汽器真空，以達到提高燃氣- 蒸汽聯合聯合循環機組效率的目的。

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，華北電力大學熱能與動力工程本科畢業，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的焓值：

h2——軸封溢流蒸汽凝結成水對應的焓值；

m——軸封溢流蒸汽質量；

Γ——汽化潛熱。

如果這些熱量全部用來加熱鍋爐凝結水，則：

Δt——軸封溢流蒸汽加熱鍋爐凝結水使之提高的溫度；

C——水的比熱容，取值4.2kJ/kgx℃；

M——凝結水流量。

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。

機組運行負荷350MW 時，凝結水提高的溫度為：

機組運行期間平均負荷為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，可以將鍋爐凝結水加熱2℃左右。

4 技術效益分析

4.1 汽機負荷變化所帶來的經濟效益

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

圖1 凝汽器背壓- 熱負荷特性曲線

如果按機組運行天數200 天，以一度電0.5 元計算，則一年可節省電量為：

4.2 凝結水溫度變化帶來的經濟效益

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℃，是通過低省再循環閥門開度來自動調節的。軸封溢流排至軸封加熱器會使凝結水溫度升高，低省再循環閥的開度將會關小，低省再循環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，全流量表面式帶風機冷卻器，加熱面積130m3，軸加風機流量2000m3/h,運行工質溫度<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，為使運行工質溫度不超過85℃，可調整凝結水再循環，增加凝結水流量，使其不低于350t/h，而這樣的凝結水量也只要機組負荷大于320MW 就可以滿足。因排入軸加的介質多為蒸汽，軸加風機負荷增加較少，完全滿足軸加風機流量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、氣動調節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節閥和軸封溢流至軸加氣動調節閥的設定值大小的改變來進行切換。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節閥、一個手動截止閥和一根φ219*9 的10 米長管道，預計投資不超10 萬元，投資回收期為：

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

8 結論

同型號機組（三菱M701F4 聯合循環機組），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水，不但可以減小凝汽器熱負荷，提高凝汽器真空，還可以提高凝結水溫度，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化方式達到節能目的。