轴封冷却器疏水回收系统对汽轮发电机组真空度的影响分析

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)浙江长广有限责任公司生物质发电分公司 作者:谢家敏

  该文结合生产实践,分析生物质发电分公司15mW抽汽凝气式机组真空系统真空度下降的原因,探讨并着重分析了通过轴加疏水改造提高真空度的可行性,提高了机组的经济效益。

1、真空系统对汽轮发电机组的影响

  真空系统是汽轮发电机组的一个重要组成部分,其严密性与稳定性直接影响整个设备运行的热经济性和安全性。国家电力行业标准对真空系统的严密性要求非常严格,正常情况下凝汽器的真空度应保持在94kPa左右。

  凝汽器内真空度下降后,若保持机组负荷不变,汽轮机进汽量势必增大,使轴向推力增大以及叶片过负荷,且汽轮机的汽耗率升高,发电效率下降、能耗增加;甚至由于真空下降,使排汽温度升高,从而引起排汽缸变形,机组重心偏移,使机组的振动增加及凝汽器铜管受热膨胀产生松弛、变形甚至断裂。故机组在运行中发现真空下降时除按规定减负荷外,必须查明原因及时处理。

2、真空系统对汽轮汽耗的影响

  凝汽器真空度的下降对汽轮机的汽耗有着重要影响:当机组汽耗量不变时,真空降低1%(大约1kPa),将引起汽轮机的功率(汽轮机出力)降低约为额定容量的1.0%~1.2%。当汽轮机的负荷不变时,真空降低1%(大约1kPa),汽耗增加1.0%~1.5%。

3、引起真空下降的原因及采取的措施

  引起真空下降的原因很多,如汽轮机的本体及机组负压系统存在密封性能差;低压加热器长期无水位运行;夏季射水式抽气器水箱水温高,导致射水式抽气器效率下降;夏季循环水温度高,凝汽器内热交换不足;凝汽器铜管结垢,降低了传热效果,从而导致真空大幅度降低等等。除了改善运行环境和消除设备缺陷外,轴封冷却器疏水回收系统技术改造大大提高了凝汽器真空度(图1)。

  以生物质发电分公司为例,1、2#机组原设计上轴封冷却器疏水水封采用多级水封方式图1,水封总高度10.35m。投产运行后多级水封一直运行不稳定,水封筒内水封屡被破坏,经运行反复调整(增大回水阻力等),均无明显收效。多级水封工作原理就是使用多个U型实行增大密封水回水的阻力。

  从理论上说密封水回水经过多级水封然后再有一定的高度回到凝汽器汽侧,流动阻力加上高差刚好等于凝汽器的真空,这时候就是最正常的工况。但事实上本单位机组的工况经常在变,凝汽器的真空也不是一成不变的,所以多级水封一般很容易造成两个结果,一是回水不畅(流动阻力大时),二是漏真空(回水阻力小时),(多级水封并不是只能通过水不能通过汽,凝汽器真空太高了把回水拉空自然就会拉空气进去也自然就会掉真空了)。根据以往其他机组的运行经验,目前国内设计轴加疏水水封不论是单级还是多级水封均存在运行不稳定问题,多级水封运行中易发生水封破坏现象,导致轴封冷却器的无水位运行,从而降低机组真空。

汽轮机热力系统简图

图1 汽轮机热力系统简图

  本公司于2012年5月对轴加疏水水封进行改进,改为低位水箱式图2。低位水箱式分为疏水式和内浮球式。本单位采用内浮球式,即低位水箱的水位由自动控制水位的浮球阀控制。在出口处加装调节阀,目的是起到增大沿程阻力和局部阻力的作用,这样就做到了既回收了轴封冷却器疏水又不会影响真空。

  在上述改造后,由于低位水箱进口侧与凝汽器不再直接连接,其至轴封冷却器疏水水面高度为2.5m左右,而轴封冷却器抽风机工作负压为-1~-3kPa,正常运行中不会影响轴加疏水排出。但在负荷变化等因素导致浮球阀控制低位水箱水位过低时,使水箱进水管管口露出水箱水面后,因轴加抽风机作用,导致轴加疏水不能及时排出,发生满水,水位过高时造成轴加电机跳闸,严重时疏水会沿着轴封排汽管道经汽轮机高、低压汽封进入汽轮机,这样将会产生严重的后果,影响机组的安全经济运行。

  该问题通过进一步改进低位水箱进水口设计,同时在运行中采取加强参数调节,加强监控水平,一旦发生满水,通过调节汽封压力,停运轴加风机等措施加以处理,均未造成严重后果。

多级水封改造成低位水箱后系统示意图

图2 多级水封改造成低位水箱后系统示意图

4、改造后的节能效果

  通过改造,生物质发电分公司1、2#机组真空平均提了高2~3kPa。若按节能计算,提高2kPa,降低煤耗11g/kW·h,以每日总发电量约60万kW·h,年发电小时数以5000h计算,则每年发电为12500万kW·h,可节约标准煤1375t。

  若按增加发电量计算,当机组汽耗量不变时,真空降低1%(大约1kPa),将引起汽轮机的功率(汽轮机出力)降低约为额定容量的1.0%~1.2%,以每日发电约60万kW·h(两台机组),年发电小时数以5000h计,60÷24×5000=12500万kW·h;12500×1.0~1.2%=125~150万kW·h;按每度电0.8元计算,每年可增加收入100~120万元。为了维持发电机组正常运行,真空降低势必牺牲发电机负荷出力,从上述数据分析,提高真空参数对经济效益有明显的提高。

5、结语

  通过对轴封冷却器疏水系统的改造后,提高了生物质发电分公司1、2#机组的凝汽器真空,发电机出力得到提高,经济效益显著提高。但也存在一些不足,只要运行人员加强参数调节,加强监控水平,是可以避免不必要事故的发生。

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