劉建剛，王建偉，柳超

（神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江余姚315400）

燃?xì)廨啓C(jī)軸封電加熱器的設(shè)計(jì)應(yīng)用及節(jié)能效果分析

劉建剛，王建偉，柳超

（神華浙江國(guó)華余姚燃?xì)獍l(fā)電有限責(zé)任公司，浙江余姚315400）

為解決9FA燃?xì)?蒸汽多軸聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)初期軸封管路暖管緩慢的問(wèn)題，以加快機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)程、提高機(jī)組軸封供汽穩(wěn)定性，在軸封供汽管路上設(shè)計(jì)加裝了軸封電加熱器，應(yīng)用前后的情況表明，該應(yīng)用具有較好的節(jié)能效果。

燃?xì)廨啓C(jī)；軸封電加熱器；節(jié)能

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，電網(wǎng)的峰谷差值越來(lái)越大，人們對(duì)能源的利用效率、環(huán)保的要求也越來(lái)越高。燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)是世界上較先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)之一，具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保、機(jī)組啟停迅速、負(fù)荷升降快、調(diào)峰能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，日益受到人們的青睞。對(duì)于日啟夜停、頻繁調(diào)峰的燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)機(jī)組而言，如何加快啟動(dòng)進(jìn)程、縮短啟動(dòng)時(shí)間、降低啟停成本則是重要的節(jié)能研究項(xiàng)目。對(duì)此，浙江某燃機(jī)發(fā)電廠通過(guò)對(duì)機(jī)組聯(lián)合循環(huán)啟動(dòng)各階段的能耗分析，找出在當(dāng)前溫?zé)釕B(tài)啟機(jī)狀況下，軸封供汽管路暖管緩慢是影響機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)程的主要原因，并提出在軸封供汽管路上加裝軸封電加熱器的解決方案。通過(guò)該方案的實(shí)施，有效加快了機(jī)組的啟動(dòng)進(jìn)程，提高了機(jī)組軸封供汽穩(wěn)定性，達(dá)到了既節(jié)能又安全的目的，效果明顯。

1 改造前存在的問(wèn)題

該燃機(jī)發(fā)電廠一期工程裝機(jī)容量1×780 MW，選用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的S209FA型“二拖一”燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組。由于該廠機(jī)組全停之后無(wú)其他可靠穩(wěn)定汽源，因此在聯(lián)合循環(huán)啟動(dòng)初期需點(diǎn)燃啟動(dòng)鍋爐以供軸封用汽；等燃機(jī)并網(wǎng)帶上一定負(fù)荷后，再將軸封供汽由啟動(dòng)鍋爐切至中壓過(guò)熱蒸汽，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的暖管后即可停運(yùn)啟動(dòng)鍋爐。當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸開(kāi)始進(jìn)汽后，用高壓主汽截止閥閥桿漏汽作為第二路汽源供軸封，在汽機(jī)滿負(fù)荷狀態(tài)下，可以實(shí)現(xiàn)該路軸封自供汽，中壓過(guò)熱蒸汽作為備用軸封供汽汽源。

由于該廠以日啟夜停的調(diào)峰運(yùn)行方式為主，機(jī)組啟停頻繁，2011年機(jī)組啟動(dòng)449次，2012年啟動(dòng)539次。每次機(jī)組啟動(dòng)前都要先運(yùn)行啟動(dòng)鍋爐，向輔助蒸汽系統(tǒng)提供啟動(dòng)用汽，機(jī)組熱態(tài)情況下，啟動(dòng)鍋爐需要運(yùn)行2.5 h，其中用于供軸封管暖管1.5 h，燃機(jī)冷拖至并網(wǎng)帶負(fù)荷0.5 h，中壓過(guò)熱蒸汽供軸封管路暖管0.5 h。機(jī)組冷態(tài)情況下，啟動(dòng)鍋爐運(yùn)行時(shí)間將更長(zhǎng)。

由此可知，在機(jī)組溫?zé)釕B(tài)啟動(dòng)的情況下，啟動(dòng)鍋爐大部分運(yùn)行時(shí)間用于軸封管路暖管，影響了機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)程，也造成大量的熱量與工質(zhì)浪費(fèi)。為了解決啟動(dòng)鍋爐供軸封管路暖管緩慢的問(wèn)題，減少啟動(dòng)成本，經(jīng)充分調(diào)研和討論，決定在軸封供汽管路末級(jí)加裝軸封電加熱器，通過(guò)軸封電加熱器的配合運(yùn)行來(lái)縮短軸封供汽暖管時(shí)間，同時(shí)還可以在軸封供汽汽源溫度不穩(wěn)等事故工況下進(jìn)行輔助調(diào)節(jié)，提高軸封供汽穩(wěn)定性，從而達(dá)到加快機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)程、縮短啟動(dòng)時(shí)間、既安全又節(jié)能的目的。

2 軸封電加熱器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

為了充分發(fā)揮軸封電加熱器的作用，使其適應(yīng)于啟動(dòng)鍋爐供軸封、1號(hào)中壓過(guò)熱汽供軸封、2號(hào)中壓過(guò)熱汽供軸封3路汽源，應(yīng)將其安裝在軸封供汽管路的末級(jí)，其簡(jiǎn)化系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 加裝軸封電加熱器后的系統(tǒng)

選用鎮(zhèn)江裕太防爆電加熱器有限公司生產(chǎn)的BGY40-380/300型軸封電加熱器，具體技術(shù)參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力1.1 MPa；工作壓力1.0 MPa；設(shè)計(jì)溫度392℃；被加熱蒸汽流量4 t/h；被加熱蒸汽入口壓力0.39 MPa，溫度140℃；被加熱蒸汽出口壓力0.39 MPa，溫度≥220℃；電加熱器額定功率300 kW；進(jìn)/出口壓損≤200 Pa；水壓試驗(yàn)壓力1.66 MPa。另有1套彈簧全啟式安全閥，型號(hào)為A48Y-40C，起跳壓力1.1 MPa。

該軸封電加熱器內(nèi)設(shè)3組加熱管，可在DCS畫(huà)面上單獨(dú)啟動(dòng)/停運(yùn)每組加熱管。3組電熱管的可控硅調(diào)溫控制信號(hào)由1個(gè)溫度控制器進(jìn)行控制，控制對(duì)象為加熱器出口溫度，設(shè)定值只能在就地控制柜上設(shè)置，就地控制柜上顯示3個(gè)可控硅的輸出電流。3組電熱管由各自的表面測(cè)溫元件實(shí)現(xiàn)自我保護(hù)，每組電熱管的超溫信號(hào)只用于停止該組電熱管的電源，超溫信號(hào)同時(shí)送至DCS系統(tǒng)。保護(hù)定值由就地溫度控制器設(shè)定。

安裝軸封電加熱器前，每次溫?zé)釕B(tài)啟機(jī)都需要先運(yùn)行啟動(dòng)鍋爐，將汽機(jī)軸封電動(dòng)閥前的蒸汽加熱至195℃以上方可投運(yùn)軸封；燃機(jī)并網(wǎng)后，中壓過(guò)熱蒸汽升溫升壓，也需要將中壓過(guò)熱汽軸封母管管路暖透，方可將汽機(jī)軸封汽由啟動(dòng)鍋爐切至中壓過(guò)熱汽，否則切換過(guò)程中將會(huì)導(dǎo)致軸封供汽溫度劇烈下降。

投運(yùn)軸封電加熱器之后，每次溫?zé)釕B(tài)啟機(jī)時(shí)只需確保啟動(dòng)鍋爐供軸封管路沿途疏水已疏盡，啟動(dòng)鍋爐產(chǎn)汽量能夠維持汽機(jī)軸封，即可通過(guò)軸封電加熱器將其出口蒸汽加熱至195℃以上然后投軸封，而無(wú)需再等待長(zhǎng)時(shí)間的疏水暖管。當(dāng)燃機(jī)點(diǎn)火之后，只要中壓過(guò)熱器出口蒸汽流量滿足汽機(jī)軸封用量，中壓過(guò)熱汽供軸封母管管路沿途疏水已疏盡，即可通過(guò)軸封電加熱器的運(yùn)行來(lái)確保軸封汽源切換過(guò)程中軸封供汽溫度穩(wěn)定。當(dāng)整個(gè)軸封供汽管路已暖透，軸封供汽溫度滿足汽機(jī)軸封要求時(shí)，即可停運(yùn)軸封電加熱器，使之處于熱備用狀態(tài)，以便在事故情況下能夠輔助調(diào)節(jié)軸封汽溫，提高軸封供汽溫度的穩(wěn)定性。投運(yùn)軸封電加熱器后，溫?zé)釕B(tài)啟機(jī)時(shí)啟動(dòng)鍋爐運(yùn)行時(shí)間減至1.5 h，其中供軸封管路暖管0.7 h，燃機(jī)冷拖至并網(wǎng)帶負(fù)荷0.5 h，中壓過(guò)熱蒸汽供軸封管路暖管0.3 h。

通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)，投運(yùn)軸封電加熱器后，整個(gè)機(jī)組啟動(dòng)進(jìn)程加快近1 h，效果十分明顯。

3 軸封電加熱器的節(jié)能效果分析

加裝軸封電加熱器后，在溫?zé)釕B(tài)機(jī)組啟動(dòng)情況下，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行，對(duì)軸封電加熱器投運(yùn)與不投運(yùn)2種啟機(jī)方式的耗時(shí)耗能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

按平均值統(tǒng)計(jì)，加裝軸封電加熱器前，每次機(jī)組啟動(dòng)要消耗天然氣684 m3，輔助設(shè)備電耗100 kWh，折算成標(biāo)煤量約為794 kg。加裝軸封電加熱器后，每次機(jī)組啟動(dòng)要消耗天然氣188 m3，輔助設(shè)備電耗32 kWh，折算成標(biāo)煤量約為255 kg。

表1 軸封電加熱器投運(yùn)前后的能耗統(tǒng)計(jì)

因此，投運(yùn)軸封電加熱器后，每次啟動(dòng)可節(jié)約標(biāo)煤量539 kg，按照2012年該廠汽機(jī)啟動(dòng)214次計(jì)算，此項(xiàng)目實(shí)施后全年可節(jié)約標(biāo)煤量115 t。

除此之外，投運(yùn)軸封電加熱器之后，用于軸封蒸汽暖管外排的蒸汽量大大減少，節(jié)約了大量的凝結(jié)水工質(zhì)。加之整個(gè)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組啟動(dòng)耗時(shí)縮短了近1 h，相當(dāng)于機(jī)組啟動(dòng)期間其他輔機(jī)也少運(yùn)行1 h，節(jié)省了發(fā)電廠用電量，提高了機(jī)組的發(fā)電經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)語(yǔ)

目前該廠由軸封電加熱器配合啟動(dòng)鍋爐運(yùn)行供軸封方式的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟?？紤]到余熱鍋爐停運(yùn)后存留的大量蓄熱會(huì)導(dǎo)致汽包超壓，直接泄壓放掉將導(dǎo)致能源浪費(fèi)，為了深挖軸封電加熱器的節(jié)能潛能，目前正在著手研究極熱態(tài)啟機(jī)情況下，直接由軸封電加熱器將余熱鍋爐潛熱汽加熱升溫后作為啟動(dòng)軸封用汽，而無(wú)需再運(yùn)行啟動(dòng)鍋爐。一旦邏輯優(yōu)化試驗(yàn)成功，屆時(shí)軸封電加熱器的節(jié)能效果將非常顯著。對(duì)于軸封蒸汽系統(tǒng)中沒(méi)有合適的外來(lái)輔助汽源的燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機(jī)組來(lái)說(shuō)，在軸封供汽管路末級(jí)配置軸封電加熱器，操作簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)高效，具有現(xiàn)實(shí)意義。

[1]曹智強(qiáng)，陳曉輝，林士濤.軸封蒸汽電加熱器在國(guó)產(chǎn)聯(lián)合循環(huán)汽機(jī)輔助系統(tǒng)配置中的作用[J].熱力透平，2003，32（4）∶254-256.

（本文編輯：龔皓）

Design and Applications of Electric Heater for Shaft Seal of Gas Turbines and Analysis on Its Energy Saving Effect

LIU Jiangang，WANG Jianwei，LIU Chao
（Shenhua Zhejiang Guohua Yuyao Gas Power Generation Co.，Ltd.，Yuyao Zhejiang 315400，China）

To solve the slow warm-up of shaft seal piping during the initial startup stage of 9FA gas-steam combined cycle units with multiple axes，electric heater for shaft seal is designed and installed on seal steam supply pipes to accelerate the units start process and improve the steam supply stability for shaft seal of units. The application shows that the electric heater is of favorable energy savings effect.

gas turbine；electric heater for shaft seal；energy saving

TK263.6+3

：B

：1007-1881（2014）08-0040-03

2014-01-28

劉建剛（1986-），男，湖北武漢人，助理工程師，主要從事燃?xì)廨啓C(jī)集控運(yùn)行工作。