段 堅，馬賢偉

(珠海醋酸纖維有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

“節(jié)能”被公認(rèn)為是解決當(dāng)代能源問題的重要途徑，甚至有科學(xué)家把“節(jié)能”稱之為“第五大能源”，與煤、石油與天然氣、水能、核能等四大能源相并列。我國工業(yè)余熱資源豐富，廣泛存在于工業(yè)生產(chǎn)過程中，余熱資源約占其燃料消耗總量的43%，其中可回收率達(dá)60%，余熱利用率提升空間大，節(jié)能潛力巨大［1］。小型汽輪機(jī)軸封抽汽熱能回收作為余熱回收的一種基本類型，對推動我國工業(yè)節(jié)能減排工作具有重大意義。

汽輪機(jī)設(shè)備在啟動和正常運(yùn)行過程中，需要將軸封換熱器和高、低壓兩端的汽封蒸汽及時抽出。軸封抽氣系統(tǒng)的任務(wù)就是將流入換熱器內(nèi)的軸封蒸汽和空氣的未凝結(jié)體連續(xù)不斷地抽出，抽出汽體及冷凝水所含的熱能焓值在熱電站燃料產(chǎn)生的熱量中占很大比例［2］。小型熱電站降低能源消耗，減少環(huán)境污染在當(dāng)今是一項不能忽視工作任務(wù)。因此，軸封抽汽器的選擇及軸封汽如何回收，對熱電站發(fā)電機(jī)組的節(jié)能減排、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行起著非常重要的作用。

1 軸封抽汽系統(tǒng)概況

某公司熱電聯(lián)產(chǎn)4 500 kW 小型汽輪發(fā)電機(jī)組，主要設(shè)備3#汽輪機(jī)型號:B3 －2．35/0．49，前軸封中設(shè)有兩個抽汽口，高壓段抽汽直接通到背壓排汽口內(nèi)，低壓段抽汽與后汽封接通，合并后被引入軸封換熱器內(nèi)，一部分汽被冷凝成凝結(jié)水，另一部分尚沒被凝結(jié)的汽體通過射汽抽汽器抽出排至大氣。

1．1 軸封抽汽系統(tǒng)改造前運(yùn)行方式

改造前軸封抽汽運(yùn)行方式:啟動機(jī)組射汽抽汽器利用高速汽流的噴射作用，對軸封換熱器抽真空，將低壓汽封汽抽出凝結(jié)成水，隨著汽輪機(jī)負(fù)荷的增加，逐漸開大進(jìn)汽閥壓力，以滿足汽輪機(jī)組負(fù)荷變化要求。軸封換熱器冷凝水通過U 形水封排出。射汽抽汽器裝有旁路閥，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障蒸汽可通過旁路排出。

1．2 運(yùn)行中存在的問題

3#汽機(jī)是公司的發(fā)電和供汽主要設(shè)備，機(jī)組長期保持連續(xù)運(yùn)行，汽封抽汽系統(tǒng)改造前的工藝流程如圖1 所示，射汽抽汽器工作蒸汽源取自鍋爐的新蒸汽:2．3 MPa、390℃。

圖1 汽封抽汽系統(tǒng)改造前工藝流程1 －射汽抽汽器;2 －軸封換熱器

圖2 歷年軸封抽汽系統(tǒng)汽、水消耗情況

工作蒸汽經(jīng)射汽抽汽器將低壓力的汽封汽引射排至大氣，汽封換熱器經(jīng)過循環(huán)冷卻水冷卻后的凝結(jié)水由U 形水封管排入地溝。系統(tǒng)改造前抽汽系統(tǒng)汽、水消耗情況如圖2 所示，這兩部分熱能白白的浪費(fèi)并伴有噪聲。由于市場重油價格不斷攀升，蒸汽成本也在不斷上漲，企業(yè)在節(jié)能減排中不斷探尋新的渠道，因此軸封抽汽系統(tǒng)的優(yōu)化改造勢在必行。

2 軸封抽汽系統(tǒng)技改方案

為了降低蒸汽運(yùn)行成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，制定了軸封抽汽系統(tǒng)技術(shù)改造方案，采用水汽引射器代替射汽抽汽器運(yùn)行，節(jié)省消耗在射汽式抽汽器的蒸汽量;增加冷凝水回收裝置，回收軸封換熱器凝結(jié)水進(jìn)除氧器用于鍋爐補(bǔ)給水。汽封抽汽系統(tǒng)改造后的工藝流程如圖3 所示。

圖3 軸封抽汽系統(tǒng)改造后的工藝流程1 －水汽引射器;2 － 軸封換熱器;3 － 射汽抽汽器;4 －集水箱;5 －冷凝水回收泵

2．1 水汽引射器工作特性

汽輪機(jī)軸封換熱器的抽氣器工作特點(diǎn):

(1)抽吸的真空并不要求很高，為了維持軸封換熱器在多種工況下正常工作，其抽吸負(fù)壓一般在0．005 ～0．01 MPa;

(2)抽汽速率和抽氣量較大，且抽出的介質(zhì)為汽氣混合物。

射汽抽汽器工作蒸汽是從新蒸汽節(jié)流而來，因此產(chǎn)生節(jié)流損失，從效率上考慮是不經(jīng)濟(jì)的;而采用水汽引射器能夠節(jié)省消耗在射汽式抽汽器的蒸汽量，且不需要冷卻器，提高了熱電站的經(jīng)濟(jì)性。

水汽引射器是以水為動力實現(xiàn)工程需要的器件，無需電力，也沒有移動與轉(zhuǎn)動機(jī)件，系統(tǒng)簡單，工作可靠。主要由入口水室、噴嘴、混合室、擴(kuò)散管和逆止閥等部件組成。水汽引射器工作原理:一定壓力的軟化水進(jìn)入入口水室，經(jīng)噴嘴射流降壓增速，由于射流質(zhì)點(diǎn)橫向紊動擴(kuò)散，噴嘴將壓力水的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)樗俣饶芤愿咚偕涑?，在混合室形成真空，使軸封換熱器的氣、汽混合物吸入混合室加熱軟化水，被吸的氣流速度增大，水流速度減少，壓力逐漸升高，動能轉(zhuǎn)化為壓力能［3－5］。最后在擴(kuò)散管出口壓力略高于大氣壓力，加熱的軟化水排至鍋爐疏水箱，從而減少了鍋爐除氧自用蒸汽。

水汽引射器的水源軟化水來自軟化水車間，經(jīng)過生產(chǎn)部門吸熱在向鍋爐供水的管路上接一支路供給;噴嘴前水壓0．45 MPa，溫度在42 ～52℃，負(fù)壓0．005 MPa，水汽引射器以此參數(shù)作為設(shè)計依據(jù)，選取型號為WSJ10．2/65 －65，水汽引射器的特性參數(shù)如表1 所示。水汽引射器利用高速水流的引射作用，對軸封換熱器產(chǎn)生負(fù)壓5 ～10 kPa?？紴V汽機(jī)運(yùn)行要求汽液隔離，在水汽引射器入口增加逆止閥。同時為了抽汽系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定安全，確保抽汽系統(tǒng)及時投入，在射汽抽汽器的引射口增加逆止閥，并保留射汽抽汽器及旁路作運(yùn)行備用，這樣既可以做到安全可靠，又能經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

表1 水汽引射器主要特性參數(shù)

2．2 凝結(jié)水回收

冷凝水回收裝置包括:回收泵、集水箱及管閥。換熱器冷凝水采用回收泵PT 型見表2 所示，利用壓縮空氣壓入至除氧器水箱。

表2 回收泵參數(shù)

PT 型回收泵是一種微型緊湊型回收設(shè)備，采用壓縮空氣將凝聚結(jié)水從較低位置送往高位置的非電動裝置。凝聚結(jié)水溫可大大高于傳統(tǒng)電動離心泵的溫度上限，且沒有密封泄漏或氣蝕的困擾，同時還可回收如主汽門前等其它管道、設(shè)備的各類疏水。

3 技改后的效果

3．1 技改后運(yùn)行方式

(1)機(jī)組冷態(tài)(或溫態(tài))啟動時，利用水汽引射器對軸封換熱器抽真空，將軸封汽引射出加熱軟化水，將軸封汽熱量在水汽引射器中加熱鍋爐軟化水。隨著汽輪機(jī)負(fù)荷逐漸提高，同時將水汽引射器進(jìn)口閥開度逐漸增大［6－7］。正常運(yùn)行時水汽引射器投入運(yùn)行，射汽抽汽器備用。軸封換熱器故障也可通過汽封旁路閥排汽。

(2)正常運(yùn)行時關(guān)閉換熱器U 形管上截止閥，將軸封換熱器冷凝水，引入自制集水箱緩沖后再進(jìn)入疏水回收裝置，通過壓縮空氣壓入除氧器。若疏水回收裝置及管閥故障，冷凝水可通過打開U 形水封管上直排。

3．2 運(yùn)行效果

汽輪機(jī)組啟動，投入水汽引射器高壓水，軸封換熱器調(diào)整負(fù)壓至5 ～10 kPa，觀察汽輪機(jī)機(jī)頭汽封排汽管有微量冒氣，汽輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)與設(shè)備規(guī)程保持吻合，證明水汽引射器能夠滿足軸封系統(tǒng)運(yùn)行要求。采用水汽引射器蒸汽被軟化水取代，現(xiàn)場消除了蒸汽的外排及噪聲污染現(xiàn)象。由于增加一套水汽引射器與射汽抽汽器互為備用，軸封抽汽系統(tǒng)運(yùn)行安全更有了保障。

冷凝水回收裝置調(diào)整好壓縮空氣壓力0． 5 MPa，將U 型管上截止閥關(guān)閉，軸封換熱器凝結(jié)水即可自動排入除氧器，減少鍋爐燃料消耗，降低鍋爐水質(zhì)處理費(fèi)用。

改造前射汽抽汽器進(jìn)汽:1． 64 t/d，軸封汽:6.771 t/d，經(jīng)上述改進(jìn)熱能均已得到回收。蒸汽價格按359．48 元/t 計算，年節(jié)約運(yùn)行成本:110．36 萬元，改造費(fèi)用:13 萬元，預(yù)計項目投入產(chǎn)出比=110.36/13 =8．49。

4 結(jié)語

(1)該技改方案簡單易行，結(jié)構(gòu)緊湊，操作、維護(hù)方便;

(2)僅需要添置水汽引射器及疏水回收裝置，改造成本低，具有投資少，見效快，回收周期短的特點(diǎn)，且能有效降低企業(yè)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益;

(3)從改進(jìn)后的運(yùn)行情況看，既可以確保汽輪機(jī)安全運(yùn)行，又能夠滿足蒸汽、冷凝水的熱能回收，節(jié)能減排效果顯著，對同類機(jī)組軸封系統(tǒng)改造具有參考意義。

［1］連紅奎，李艷，賴陽子，等． 我國工業(yè)余熱回收利用技術(shù)綜述［J］．節(jié)能技術(shù)，2011，29(2):29 －34，39．

［2］陳浩，陳勇． 余熱回收原理在電廠節(jié)能降耗中的應(yīng)用［J］．汽輪機(jī)技術(shù)，2004，46(2):145 －146．

［3］沈士一，等．汽輪機(jī)原理［M］2 版．北京:中國電力出版社，1998:224 －227．

［4］李建剛，等．汽輪機(jī)設(shè)備及運(yùn)行［M］2 版．北京:中國電力出版社，2010:149 －150．

［5］遼寧電力工業(yè)局．汽輪機(jī)運(yùn)行［M］．北京:中國電力出版社，1995:222 －224．

［6］汽輪機(jī)機(jī)組編．電力建設(shè)施工及驗收技術(shù)規(guī)范:SDJ 53 －83［S］．北京:水利電力出版社，1989．

［7］汽輪機(jī)組運(yùn)行規(guī)程:SDJ251 －88［S］． 北京:水利電力出版社，1988．