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        核電汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2015-04-01 08:15:52趙巍巍
        吉林電力 2015年3期
        關(guān)鍵詞:汽源軸封汽水

        趙巍巍

        (中國(guó)電力工程顧問集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院有限公司,長(zhǎng)春 130021)

        汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的功能是向汽輪機(jī)端部軸封提供密封蒸汽,防止汽輪機(jī)在正常運(yùn)行、啟動(dòng)和停止時(shí),環(huán)境中的空氣從軸封處漏入汽輪機(jī)或汽缸中的蒸汽漏入外界環(huán)境中,并回收汽輪機(jī)端部軸封和汽機(jī)進(jìn)汽閥閥桿的漏汽。目前,國(guó)內(nèi)已投運(yùn)的百萬等級(jí)核電站中,無論是全速汽輪機(jī)還是半速汽輪機(jī)均無法達(dá)到自密封,即汽輪機(jī)正常運(yùn)行(達(dá)到一定負(fù)荷)時(shí),高中壓缸的端軸封漏汽的汽量和品質(zhì)無法滿足低壓缸端軸封的供汽要求,還需要外汽源供汽。文獻(xiàn)[1]對(duì)核電半速與全速汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)進(jìn)行了比較,半速汽輪機(jī)(嶺澳二期)啟停時(shí)的軸封蒸汽來自于輔助蒸汽,正常運(yùn)行時(shí)的軸封蒸汽來自于主蒸汽;全速汽輪機(jī)(嶺澳一期)啟停時(shí)的軸封蒸汽來自于輔助蒸汽或主蒸汽,正常運(yùn)行時(shí)不需外供汽源,由主汽門后的主蒸汽導(dǎo)管供高壓缸及低壓缸軸封蒸汽,此方案依然不能稱為自密封,主汽門后的主蒸汽導(dǎo)管供汽其實(shí)質(zhì)還是主蒸汽供汽。汽輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)采用主蒸汽供軸封蒸汽,勢(shì)必減少汽輪機(jī)進(jìn)汽量,降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。某核電汽輪機(jī)軸封耗汽量達(dá)到9.7t/h,約占蒸發(fā)器額定產(chǎn)汽量(6 144t/h)的0.16%,因此,有必要優(yōu)化汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)設(shè)計(jì),提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。

        1 某核電工程汽輪機(jī)主要參數(shù)及軸封供汽系統(tǒng)

        某核電工程選用哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的單軸、四缸六排汽(一個(gè)高壓缸、三個(gè)低壓缸)汽水分離中間再熱凝汽式半速汽輪機(jī),汽輪機(jī)額定工況數(shù)據(jù):

        a.蒸發(fā)器的額定產(chǎn)汽量是6 144t/h,主汽閥進(jìn)口處壓力5.84 MPa(絕對(duì)壓力,下同),蒸汽濕度小于0.5%。

        b.汽輪機(jī)高壓缸排汽(再熱冷段蒸汽)參數(shù)0.987 MPa,179.3 ℃(濕蒸汽,濕度約12.7%)。

        c.啟動(dòng)階段軸封蒸汽用量26.8t/h,正常運(yùn)行階段軸封蒸汽用量為9.7t/h。

        d.輔助蒸汽來自于已投運(yùn)的機(jī)組的抽汽,0.85 MPa,濕度13%。

        核電汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)見圖1,軸封供汽設(shè)有兩路汽源,一路是啟動(dòng)汽源至輔助蒸汽,另一路是低壓缸端軸封工作汽源至主蒸汽。機(jī)組啟停時(shí),輔助蒸汽經(jīng)高壓缸端軸封供汽調(diào)節(jié)閥和低壓缸端軸封供汽調(diào)節(jié)閥減壓后向高壓缸及低壓缸端軸封提供密封蒸汽,蒸汽壓力為0.13 MPa,所需最大蒸汽量為26.8t/h。當(dāng)機(jī)組功率高于15%額定功率時(shí),高壓缸端軸封處于自密封狀態(tài),溢流調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)高壓缸端軸封壓力,多余的軸封蒸汽全部溢流至1號(hào)低加;低壓缸端軸封蒸汽全部由主蒸汽供給,消耗量高達(dá)9.7t/h,較文獻(xiàn)[1]中某制造廠的半速汽輪機(jī)耗汽量大,原因是文獻(xiàn)[1]中的汽輪機(jī)低壓缸端軸封蒸汽由主汽閥門桿漏汽、高壓缸端軸封漏汽和主蒸汽混合后供給,從而節(jié)省了主蒸汽耗量。

        圖1 核電汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)

        2 核電汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2.1 汽輪機(jī)軸封啟動(dòng)汽源的優(yōu)化

        軸封蒸汽的溫度應(yīng)加以限制,軸封蒸汽溫度過高,會(huì)造成軸封部位由于熱應(yīng)力而造成轉(zhuǎn)子損壞;軸封蒸汽溫度過低,可能產(chǎn)生軸封處不均勻的熱變形,引起摩擦、振動(dòng),嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致汽輪機(jī)進(jìn)水。在任何情況下軸封蒸汽過熱度不小于14℃,高中壓缸軸封蒸汽與轉(zhuǎn)子金屬溫度之間溫差小于110 ℃,低壓軸封蒸汽溫度在121~177 ℃之間[2]。

        本工程現(xiàn)有的輔助蒸汽濕度較大,即使節(jié)流減壓到0.13 MPa后,依然有9%左右的濕度,不滿足軸封蒸汽的過熱度要求。替代現(xiàn)有的輔助蒸汽需要新建輔助鍋爐,增加工程的初投資及日后的運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用,較為可行的提高輔助蒸汽品質(zhì)(干度)的方案有2種。

        第1種方案:設(shè)置電加熱器加熱輔助蒸汽。按照軸封供汽過熱度14 ℃計(jì)算,將26.8t/h的輔助蒸汽加熱到所需要求,經(jīng)計(jì)算,電加熱功率至少為1 600kW,設(shè)備投資較大,占地面積大、布置困難,且需增加機(jī)組啟動(dòng)用變壓器的容量。

        第2種方案:設(shè)置汽水分離器除濕,提高蒸汽干度(見圖2)。從分離器分離出來的疏水進(jìn)入疏水箱,疏水箱配有調(diào)節(jié)閥控制水位,疏水最終回收入凝汽器。按最大軸封蒸汽量(26.8t/h)設(shè)置的汽水分離器、疏水箱、水位調(diào)節(jié)閥及相關(guān)管道等,增加投資約70萬元。

        圖2 再熱冷段供軸封蒸汽系統(tǒng)

        比較2種方案,利用汽水分離器除濕,提高蒸汽干度的方案更合理。

        2.2 汽輪機(jī)低壓缸端軸封工作汽源的優(yōu)化

        汽輪機(jī)低壓缸端軸封的工作汽源采用主蒸汽,耗量達(dá)到9.7t/h,約占額定主蒸汽量(6 144t/h)的0.16%,影響機(jī)組出力,有必要為低壓缸端軸封尋找替代的工作汽源。由于汽輪機(jī)高壓缸排汽參數(shù)與輔助蒸汽參數(shù)相當(dāng),可以采用汽輪機(jī)高壓缸排汽替代主蒸汽作為低壓缸端軸封的工作汽源。

        設(shè)置由汽輪機(jī)再熱冷段蒸汽(高壓缸排汽)到軸封系統(tǒng)供汽的管路,與輔助蒸汽共用汽水分離器,機(jī)組正常運(yùn)行時(shí),約有11.1t/h的高壓缸排汽流經(jīng)汽水分離器除濕后,向低壓缸端軸封提供約9.7t/h的工作蒸汽。

        機(jī)組啟動(dòng)時(shí),高低缸端軸封的蒸汽均由輔助蒸汽提供,在主蒸汽具備條件時(shí),可以由主蒸汽提供軸封蒸汽,減小鄰機(jī)輔助蒸汽量。當(dāng)機(jī)組達(dá)到15%額定負(fù)荷時(shí),高壓缸端軸封處于自密封狀態(tài),關(guān)閉高壓缸端軸封供汽調(diào)節(jié)閥,主蒸汽僅向低壓缸端軸封提供軸封蒸汽,當(dāng)汽輪機(jī)高壓缸排汽達(dá)到0.85 MPa時(shí),可以逐步切換到再熱冷段經(jīng)汽水分離器,除濕后供汽。當(dāng)汽水分離器或汽輪機(jī)再熱冷段蒸汽故障時(shí),聯(lián)鎖投入主蒸汽軸封供汽調(diào)節(jié)閥向軸封供汽。主蒸汽作為低壓缸端軸封工作汽源的備用汽源,提高了供汽系統(tǒng)的可靠性。

        3 經(jīng)濟(jì)性比較

        以圖1中所示的核電汽輪機(jī)軸封供汽系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱原方案)為基準(zhǔn),與圖2所示的采用汽輪機(jī)高壓缸排汽作為低壓缸端軸封的工作汽源的優(yōu)化方案(簡(jiǎn)稱優(yōu)化方案)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較,比較結(jié)果見表1。

        由表1 可知,優(yōu)化方案的初投資僅增加70 萬元,但機(jī)組額定出力(熱平衡計(jì)算所得)由1 177 MW增加到1 178 MW,每年增加收入191萬元,當(dāng)年即可收回初投資,每臺(tái)機(jī)組壽期(60年)內(nèi)可增加收入約11 460萬元。

        表1 原方案與優(yōu)化方案經(jīng)濟(jì)性比較

        4 結(jié)論

        本文根據(jù)工程的特點(diǎn),對(duì)某核電汽輪機(jī)的軸封供汽系統(tǒng)的啟動(dòng)汽源及工作汽源進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。針對(duì)軸封供汽的啟動(dòng)汽源濕度較大的情況,核電汽輪機(jī)優(yōu)先選用汽水分離器除濕,提高蒸汽干度,提出的軸封供汽系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì),具有如下優(yōu)點(diǎn)。

        a.適應(yīng)性強(qiáng)。不需要改變汽輪機(jī)本體設(shè)計(jì),僅調(diào)整軸封供汽系統(tǒng)。

        b.可靠性強(qiáng)。不改變?cè)休S封的供汽汽源,增加一路供汽汽源,供汽可靠性更強(qiáng)。

        c.經(jīng)濟(jì)性好。采用高壓缸排汽作為低壓缸端軸封工作汽源可以提高汽輪發(fā)電機(jī)組效率約0.05%。

        對(duì)于將主蒸汽作為汽輪機(jī)低壓缸端軸封工作汽源的軸封供汽系統(tǒng),有必要結(jié)合工程的具體條件進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,合理選擇低壓缸端軸封的工作汽源,提高汽輪發(fā)電機(jī)組效率。本文提出的優(yōu)化方案已獲得國(guó)家實(shí)用新型專利[3]。

        [1] 王小剛,范瑞波.核電半速與全速汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)的比較與優(yōu)化[J].熱力透平,2010,39(4):239-242.

        [2] 王旭.汽輪機(jī)低壓軸封蒸汽溫度瞬間突降分析及對(duì)策[J].華北電力技術(shù),2003,(1):38-39.

        [3] 劉向明,裴育峰,趙巍巍.一種汽輪機(jī)低壓缸端軸供汽系統(tǒng):中國(guó),ZL201420295509.9[P].2014-10-29.

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