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        燃氣- 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組汽機軸封母管溢流節(jié)能技改分析

        2021-04-24 11:06:24呂家吳
        科學技術(shù)創(chuàng)新 2021年8期
        關(guān)鍵詞:母管軸封汽機

        呂家吳

        (中海油珠海天然氣發(fā)電有限公司,廣東 珠海519000)

        我國經(jīng)濟高速發(fā)展,電力缺口逐年加大,缺電對經(jīng)濟發(fā)展形成嚴重制約。燃氣- 蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組以發(fā)電效率高,環(huán)境效益好、系統(tǒng)流程簡單、運行方式靈活以及建設(shè)周期較短等優(yōu)點得到快速發(fā)展,但發(fā)電成本高也成了燃機電廠最大的缺點,節(jié)能減排、提質(zhì)增效在燃機電廠顯得尤為重要。

        1 背景

        汽機軸封系統(tǒng)向汽輪機高壓、中壓軸封提供密封蒸汽。機組啟動到低負荷期間,啟動鍋爐或者鄰機輔汽向軸封母管提供蒸汽,軸封母管再根據(jù)工藝流程向高壓、中壓、低壓軸封提供密封蒸汽,以防止空氣進入汽缸,從而建立和維持真空;機組高負荷期間,啟動鍋爐或者鄰機輔汽不再向軸封母管提供蒸汽,高中壓缸軸端壓力較高,氣封齒有密封蒸汽泄露到軸封母管,再向低壓軸封提供密封蒸汽,從而形成自密封,軸封母管壓力設(shè)計27-30kPa,超過此壓力,軸封母管多出的蒸汽通過溢流氣動調(diào)節(jié)閥排到凝汽器。

        某燃機電廠#2、#4 汽輪機在運行過程中,機組總負荷270MW (汽機負荷100MW),軸封系統(tǒng)滿足自密封條件,且軸封母管溢流調(diào)閥有32%開度,機組總負荷410MW (汽機負荷135MW),軸封母管溢流調(diào)閥有60%開度,軸封溢流蒸汽排至凝汽器,有較大浪費。

        2 技改介紹

        通過對大型火電機組調(diào)研和實際運行工況的了解,將軸封母管溢流管道接入凝汽器,再增加旁路接到軸封加熱器,溢流蒸汽熱量可以通過換熱,加熱凝結(jié)水,提高凝結(jié)水溫度,溢流蒸汽熱量可得到有效利用;軸封母管溢流管旁接到軸封加熱器后,能大大降低凝汽器熱負荷,減少凝汽器熱沖擊,提高凝汽器真空,以達到提高燃氣- 蒸汽聯(lián)合聯(lián)合循環(huán)機組效率的目的。

        3 熱力計算

        表1

        作者簡介:呂家吳(1982-),男,籍貫:云南宣威,熱能動力工程師,華北電力大學熱能與動力工程本科畢業(yè),2005 年至今從事集控運行工作。

        將軸封溢流改至軸封加熱器,則有效利用的熱量為:

        QZ=(h1-h2+γ)m

        QZ——軸封溢流蒸汽熱量;

        h1——軸封溢流母管壓力下對應(yīng)的焓值:

        h2——軸封溢流蒸汽凝結(jié)成水對應(yīng)的焓值;

        m——軸封溢流蒸汽質(zhì)量;

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        如果這些熱量全部用來加熱鍋爐凝結(jié)水,則:

        Δt——軸封溢流蒸汽加熱鍋爐凝結(jié)水使之提高的溫度;

        C——水的比熱容,取值4.2kJ/kgx℃;

        M——凝結(jié)水流量。

        壓力30kPa,溫度389℃時,h1取值3255.04kJ/kg,h2取值188.42kJ/kg,汽化潛熱γ=2394kJ/kg。

        機組運行負荷350MW 時,凝結(jié)水提高的溫度為:

        機組運行期間平均負荷為350MW,軸封加熱器溢流蒸汽如果改至軸封加熱器用來加熱凝結(jié)水,在不考慮軸封加熱器換熱效率的情況下,可以將鍋爐凝結(jié)水加熱2℃左右。

        4 技術(shù)效益分析

        4.1 汽機負荷變化所帶來的經(jīng)濟效益

        軸封母管溢流蒸汽如果改至軸封加熱器,則凝汽器的熱負荷就會減小,凝汽器真空會升高。汽機負荷與排入凝汽器熱負荷占比成正比,其負荷變化如下:

        圖1 凝汽器背壓- 熱負荷特性曲線

        如果按機組運行天數(shù)200 天,以一度電0.5 元計算,則一年可節(jié)省電量為:

        4.2 凝結(jié)水溫度變化帶來的經(jīng)濟效益

        為了防止低溫腐蝕,機組運行中需要保證低壓省煤器出口溫度不低于58℃,是通過低省再循環(huán)閥門開度來自動調(diào)節(jié)的。軸封溢流排至軸封加熱器會使凝結(jié)水溫度升高,低省再循環(huán)閥的開度將會關(guān)小,低省再循環(huán)水泵電流將會有所降低,這也會在某種程度上降低廠用電。

        圖2 技改系統(tǒng)圖

        5 安全性分析

        軸封加熱器是大氣壓力下運行的熱交換裝置。裝置為單流程、臥式,全流量表面式帶風機冷卻器,加熱面積130m3,軸加風機流量2000m3/h,運行工質(zhì)溫度<85℃。

        軸封溢流母管接入軸封加熱器后,軸封加熱器運行負荷增加,相同的加熱面積下,需要冷卻更多的蒸汽,為使運行工質(zhì)溫度不超過85℃,可調(diào)整凝結(jié)水再循環(huán),增加凝結(jié)水流量,使其不低于350t/h,而這樣的凝結(jié)水量也只要機組負荷大于320MW 就可以滿足。因排入軸加的介質(zhì)多為蒸汽,軸加風機負荷增加較少,完全滿足軸加風機流量2000m3/h 要求。

        6 運行分析

        如圖2 所示:技改增加溢流管道(黃色)走向從軸封溢流氣動閥前,分別通過手動截止閥、氣動調(diào)節(jié)閥和逆止閥至軸封加熱器。軸封溢流的走向可以通過對軸封溢流至凝汽器氣動調(diào)節(jié)閥和軸封溢流至軸加氣動調(diào)節(jié)閥的設(shè)定值大小的改變來進行切換。需要注意的是軸封加熱器全停則需要將軸封溢流切換至凝汽器,以保證軸封加熱器的安全。

        軸封溢流至軸封加熱器氣動閥邏輯:

        圖3

        7 成本分析

        技改項目增加一個氣動調(diào)節(jié)閥、一個手動截止閥和一根φ219*9 的10 米長管道,預(yù)計投資不超10 萬元,投資回收期為:

        按負荷270MW 計算為:10/60=0.17 年;按負荷420MW 計算為:10/136.8=0.07 年;按全年平均負荷350MW 計算:10/124.8=0.08 年。

        8 結(jié)論

        同型號機組(三菱M701F4 聯(lián)合循環(huán)機組),鍋爐都是余熱鍋爐,軸封加熱器溢流蒸汽如果用來加熱凝結(jié)水,不但可以減小凝汽器熱負荷,提高凝汽器真空,還可以提高凝結(jié)水溫度,提高機組效率,而且投資小、回收期短,具有很大可操作性。運行方式類似的機組可以采用該優(yōu)化方式達到節(jié)能目的。

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