李川斌，鄒品松

（華電青島發(fā)電有限公司，山東 青島 266031）

0 引言

某電廠 300 MW機組型號為 C300-16.7/0.79/538/538，發(fā)電機為QSFN-300-2型水氫氫冷汽輪發(fā)電機，采用的是雙流環(huán)密封結(jié)構(gòu)［1］的密封瓦，這是密封發(fā)電機端蓋的關(guān)鍵，密封瓦上有2個環(huán)狀配油槽，即空側(cè)和氫側(cè)2個油路，油沿轉(zhuǎn)軸穿過密封瓦內(nèi)徑和轉(zhuǎn)軸之間的間隙中竄流。

密封油系統(tǒng)［2］為密封瓦提供油源，一是保證油壓始終高于發(fā)電機內(nèi)氫氣壓力，從而防止氫氣從發(fā)電機逸出；二是通過平衡閥調(diào)整使氫側(cè)油壓與空側(cè)油壓保持基本平衡，防止與外界接觸的空側(cè)油中溶解的空氣、水分等竄向氫側(cè)油，進而擴散到發(fā)電機內(nèi)降低氫氣的純度。

在實際運行中，由于受平衡閥自身調(diào)節(jié)精度、平衡閥油壓信號、密封瓦磨損間隙變大等因素的影響，發(fā)電機雙流環(huán)密封油系統(tǒng)的空側(cè)、氫側(cè)相互竄油不可避免；而密封油系統(tǒng)又是一個相對獨立的系統(tǒng)，汽輪機油凈化裝置無法對密封油系統(tǒng)中的油質(zhì)進行有效的過濾凈化，因此當污染的氫側(cè)油中的空氣和水分擴散到發(fā)電機內(nèi)后，造成氫氣純度下降較快，只能采用頻繁排換補氫的方式來提高發(fā)電機內(nèi)運行氫氣的純度，不僅對資源造成浪費，而且也影響到機組運行的安全性。

1 密封油系統(tǒng)運行現(xiàn)狀

1.1 密封油系統(tǒng)流程

密封油系統(tǒng)流程如圖1所示?？諅?cè)密封油路由空側(cè)密封油泵從空側(cè)密封油箱取油，一部分流經(jīng)空側(cè)油冷器、濾油器進入密封瓦空側(cè)，再沿軸和密封瓦之間的間隙流向軸承側(cè)，并匯同軸承油一并進入空側(cè)密封油箱，從而防止空氣與潮汽進入發(fā)電機內(nèi)部；另一部分則經(jīng)差壓閥流回到油泵的進油側(cè)。氫側(cè)密封油路則由氫側(cè)密封油泵把氫側(cè)油箱中的油，一部分流經(jīng)氫側(cè)油冷器、濾油器、勵端平衡閥和汽端平衡閥送往密封瓦氫側(cè)，在氫側(cè)泵旁裝有旁路管道，通過氫側(cè)油調(diào)壓閥對氫側(cè)油進行粗調(diào)，氫側(cè)油路油壓則通過勵端平衡閥和汽端平衡閥進行細調(diào)，并使之與空側(cè)油壓保持基本持平，回油側(cè)經(jīng)消泡箱后回到氫側(cè)密封油箱。

1.2 雙流環(huán)密封結(jié)構(gòu)

密封油系統(tǒng)作為發(fā)電機端部密封的供油系統(tǒng)，采用雙流環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)具有兩個相對獨立的循環(huán)供油單元：一個為空側(cè)供油單元，另一個為氫側(cè)供油單元。在系統(tǒng)處于穩(wěn)定運行工況時，氫側(cè)供油單元基本趨于一個閉式循環(huán)系統(tǒng)。

圖1 密封油系統(tǒng)流程

1.3 氫氣純度下降原因分析

密封油系統(tǒng)中溶解有空氣和水分的空側(cè)油竄向氫側(cè)油造成氫側(cè)油的污染，被污染氫側(cè)油中的空氣和水分又擴散到發(fā)電機內(nèi)，是造成發(fā)電機內(nèi)的氫氣純度降低的主要原因。

在實際運行中，由于受制于密封瓦磨損間隙變大、平衡閥自身調(diào)節(jié)精度、平衡閥油壓信號等因素影響［3］，空、氫側(cè)密封油沿轉(zhuǎn)軸穿過密封瓦內(nèi)徑和轉(zhuǎn)軸之間的間隙相互竄油又不可避免；而密封油系統(tǒng)又是一個相對獨立的系統(tǒng)，汽輪機油凈化裝置無法對密封油系統(tǒng)中的油質(zhì)進行有效的過濾凈化，因此實時地、最大限度地凈化氫側(cè)油中所含的空氣、水分等雜質(zhì)，將能有效保證發(fā)電機內(nèi)的氫氣純度能維持在較高狀態(tài)。

2 密封油氫側(cè)供油單元改造

2.1 改造方案

圖2 雙流環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)

考慮氫側(cè)供油單元相對趨于穩(wěn)定的閉式循環(huán)系統(tǒng)，如果采取措施打破此相對平衡，并對氫側(cè)密封油進行有效過濾凈化，將能抑制發(fā)電機內(nèi)氫氣純度下降。基于以上考慮，對氫側(cè)供油單元確定如下改造方案。

1）整定平衡閥調(diào)整螺母和氫側(cè)油泵出口旁路門，保持汽端和勵端平衡閥后壓差氫側(cè)油壓始終略高于空側(cè)油壓。此調(diào)整目的是保證空側(cè)、氫側(cè)密封油只能由氫側(cè)向空側(cè)方向竄動，這樣可以避免空側(cè)油中溶解的空氣、水分等竄向氫側(cè)油，污染氫側(cè)油。

2）在氫側(cè)油補油管路上并聯(lián)一路氫側(cè)密封油凈化裝置（以下簡稱“提純裝置”）。經(jīng)過1）調(diào)整后，少量氫側(cè)油始終流向空側(cè)油后進入空側(cè)回油箱，必然導(dǎo)致氫側(cè)回油箱油位相應(yīng)降低，則需通過持續(xù)向氫側(cè)油箱補油來維持正常油位，設(shè)置提純裝置的目的是保證補充至氫側(cè)的油質(zhì)合格。

3）提純裝置利用薄膜蒸發(fā)原理，在真空罐真空狀態(tài)下，不斷降低油和水汽混合物中水汽的蒸汽分壓，達到脫氣、脫水及破乳的目的，確保發(fā)電機內(nèi)的氫氣純度能維持在很高的狀態(tài)。

2.2 實施過程

在氫側(cè)油箱補油管母管上間隔約40 cm，焊接加裝2只三通 （Φ25×3），三通后各安裝1只球閥及Φ25×3管路連接至集成式提純裝置的進、出口油管路。氫側(cè)供油單元改造方案的系統(tǒng)流程如圖3所示。

圖3 氫側(cè)供油單元改造系統(tǒng)流程

提純裝置并聯(lián)接入方式不會影響發(fā)電機密封油系統(tǒng)整體的安全性，可隨時停運提純裝置退出密封油主系統(tǒng)，關(guān)閉進、出口截止閥進行隔離維護或檢修。密封油提純裝置如圖4所示。

3 改造效果驗證

3.1 技術(shù)指標驗證

優(yōu)化改造前，以2016年9月為例，日均氫氣排換量為 36.6 m3/d。隨后，在 2016-10-26 至 2016-11-15，對氫側(cè)供油單元進行了優(yōu)化改造，改造后，2016年12月日均氫氣排換量為0 m3/d。

圖4 密封油提純裝置

優(yōu)化改造前，為保證發(fā)電機氫氣純度不低于96%［4］，每天均需排換提純，日排換量為 36.6 m3/d，因氫氣純度不合格，每天排換彌補了正常的補充量；優(yōu)化改造后，氫氣純度一直維持在98%以上，氫氣的排換量降低到0 m3/d，發(fā)電機只需要補充正常氫氣的泄漏量，補氫量維持在7.88 m3/d，低于300 MW機組補氫量不大于10 m3/d的標準要求。

通過優(yōu)化改造后1年的實際運行情況來看，發(fā)電機氫氣純度由96%提升到98%，氫氣純度提升2%且能保持穩(wěn)定；每天氫氣補充量由30 m3以上降低到10 m3以下，每天節(jié)約氫氣量約20 m3。

3.2 經(jīng)濟效益驗證

發(fā)電機內(nèi)運行氫氣純度每升高1%，發(fā)電機通風(fēng)損耗將降低約11%，300 MW發(fā)電機組的通風(fēng)損耗是350 kW［5］；廠用電按 0.3 元/kWh 計算；機組每年運行天數(shù)按300d計算，則提高的電功率效益為16.6萬元；氫氣價值按10元/m3計算，每年節(jié)約的氫氣效益為6萬元。

4 結(jié)語

通過改造有效降低了平衡閥自身調(diào)節(jié)精度、平衡閥油壓信號等因素的要求，長期維持發(fā)電機氫氣純度在98%以上運行，減少了發(fā)電機的提純用氫量，降低發(fā)電機風(fēng)摩損耗，提高發(fā)電機運行的安全性和經(jīng)濟性。同時減輕了氫站運行人員制氫和機組運行值班員排換氫的勞動強度。