660MW 机组轴封系统溢流回收利用可行性研究

蔡西忠CAI Xi-zhong

（江苏国信靖江发电有限公司，泰州214500）

0 引言

机组运行时，轴封系统的压力为0.1035MPa（a），与THA 工况回热抽汽压力相比，高于七抽（0.0345MPa（a））、低于六抽（0.2369MPa（a）），将轴封系统的溢流蒸汽引至#7 低压加热器是合适的。基于制造厂设计资料计算显示：轴封溢流蒸汽引至#7 低加，在THA 工况下，可使凝结水温度升高1.58℃，相当于减少七段抽汽3.11t/h，增加发电出力208.3kW。

轴封系统有溢流时，#7 低加已投入正常运行。因此，轴封系统溢流引至#7 低加，如同引至凝汽器一样，没有增加运行操作和维修的复杂性。此改造不但技术可行，且有一定的经济收益。

1 轴封系统溢流分析

上汽超超临界汽轮机的典型轴封系统由供汽调节阀、溢流调节阀和减温器等组成，如图1 所示。在机组运行时，高、中压主汽门和调节汽门的门杆漏汽，以及高、中压缸轴端汽封漏汽进入轴封系统，作为低压缸的密封蒸汽进入低压缸轴封。在机组启动和低负荷时，高、中压缸主汽门、调门和轴封的漏汽不能满足低压缸密封要求时，供汽调节阀基于轴封系统母管压力控制辅助蒸汽进入量；随着机组负荷提高，漏汽量增多，轴封系统母管压力升高，逐渐减小供汽调节阀，机组负荷至35%时，漏汽量与密封汽量达到平衡，供汽调节阀关闭；机组负荷进一步提高，漏汽量大于密封汽量，溢流调节阀基于轴封系统母管压力调节，将多余的蒸汽溢流至凝汽器。高、中压主汽门及调门和高压缸的漏汽温度较高，往往高低压缸轴封允许最高温度，此时，供汽调节阀和减温器向轴封系统供应低温蒸汽，与漏汽混合后进入低压缸轴封，与此对应地增大溢流调节阀的开度，维持轴封系统母管压力。在机组正常运行时，轴封系统的母管压力维持在0.1035MPa（a）水平。

汽轮机的门杆和轴封漏汽正比于汽封前的压力，蒸汽在汽封中近似等温的等焓过程，出口温度稍低于汽封前的蒸汽温度。高、中压主汽门及调门汽封前的温度为600℃，高压缸进汽侧的轴封前温度约570℃，高压缸排汽温度360℃左右，泄漏蒸汽在汽封中等焓温度后，多点漏汽混合后的温度估计在400℃左右。

基于上汽超超临界660MW 汽轮机的热平衡图，结合我厂#1、#2 机组轴封自密封实际负荷段，由不同负荷下高、中压缸轴封漏汽量和低压缸的密封量，计算轴封系统的溢流蒸汽量。图1 给出了轴封系统溢流随机组负荷的变化。由图可见，轴封系统蒸汽溢流量随机组近似线性变化，在机组负荷43%时达到自密封。

图1 轴封系统溢流随机组负荷的变化

基于漏汽量正比于汽封前压力，以我厂机组负荷43%轴封系统达到自密封推测，由图2 推测考虑高、中压门杆漏汽时的轴封溢流与机组负荷关系为：

其中，y 轴封系统溢流量为t/h，x 机组负荷百分数。

2 轴封系统溢流热能的回收利用

2.1 轴封系统溢流回收点选择

汽轮机自密封轴封系统，高负荷时溢流通常接至凝汽器，只是回收工质，增大凝汽器的热负荷。由于轴封系统溢流蒸汽还有较高的热值，可简单地引至回热加热器，在回收工质的同时，还回收利用热能。当然，还可以通过蒸汽膨胀机，将溢流蒸汽的热能转变为电能。

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机组正常运行时，轴封系统母管压力维持在0.1035 MPa（a），要回收利用溢流热能，只要在最大负荷工况下回热加热器的抽汽压力低于0.1035MPa（a），这样，就能保证低负荷时溢流自动流入该回热加热器。

由上汽超超临界660MW 汽轮机热平衡图可知，在100%THA 工况下，六抽压力为0.2369MPa（a），七抽压力为0.0345MPa（a）。由此可见，轴封系统溢流只能引到#7低压加热器。

2.2 轴封系统溢流热能回收的热经济评估

轴封系统溢流热能回收利用的直接经济性，体现在溢流在回热加热器放出热量，使凝结水的温度升高，由此减少回热抽汽量，使机组的发电出力增大。

基于上汽超超临界660MW 汽轮机热平衡图给出的不同负荷下凝结水流量，由上预测的轴封系统溢流量，计算出轴封系统溢流引至#7 低加后凝结水的温升。

图2 给出了不同负荷下轴封系统溢流热能回收产生的凝结水温升变化。在100%THA 工况下，轴封系统溢流热能回收可使凝结水温度增大1.58℃；随机组负荷下降，轴封系统溢流减少，但#7 低加抽汽压力下降使溢流释放的热量增多，故凝结水的温升随机组负荷非线性变化。基于轴封系统溢流热能回收产生的凝结水温升变化，折算到对应的#7 抽蒸汽量，由此计算出减少#7 抽汽所产生的发电出力变化，在100%THA 工况下，对应的发电出力增大约208.3kW。

对上汽超超临界660MW 汽轮机轴封系统，因高、中压缸的漏汽温度远高于低压缸密封蒸汽许用温度，冷却蒸汽使轴封溢流汽量增加，轴封系统溢流引至#7 低加所得的实际收益，将优于上述计算。

图2 不同负荷下轴封系统溢流热能回收后产生的凝结水温升变化

轴封系统溢流蒸汽热能回收利用，表现出与轴封冷却器热能回收相反的运行特性。由轴封系统运行特性知，进入轴封冷却器的泄漏蒸汽量，在任何运行工况下保持不变，因为轴封系统中这两个汽封腔室的压差保持不变。随着机组负荷的增大，凝结水量增大，故在轴封冷却器中凝结水的温升减小。

2.3 系统设计

轴封系统溢流引至#7 低加的热能回收利用，可将现有引至凝汽器的管道直接改向至#7 低加。

轴封系统溢流蒸汽温度远高于七段抽汽，校核#7 低加壳体材料是否超限，否则设置喷水减温器，将溢流蒸汽降到接近饱和的120℃左右，这样使溢流蒸汽在#7 低加中以凝结放热为主。溢流蒸汽的喷水减温，不影响热能回收的经济性。

轴封系统溢流改至#7 低加，溢流阀前后的压差变小，通流能力下降，有可能影响轴封系统压力的调节。建议查阅溢流调节阀的技术规范和目前溢流调节阀在VWO 工况下的最大开度，评估现有溢流阀通流能力的裕量，确定是否增加或更换溢流阀。

3 结论与建议

①轴封系统溢流焓值高，随机组负荷增大而增多，有回收利用的价值。

②轴封系统工作压力0.1035MPa，在100%THA 工况下，高于七抽、低于六抽，溢流回收利用引至#7 低加最为恰当。

③基于上汽厂超超临界660MW 汽轮机热平衡图，计算显示：在100%THA 工况下，轴封系统溢流可使#7 低加的凝结水温度升高1.58℃，减少七抽蒸汽可使机组发电出力增加208.3kW。机组实际漏汽损失多数大于设计值，因此，轴封系统溢流回收利用的实际效益高于本报告计算值。

④轴封系统溢流回收利用只需将现有溢流管改向至#7 低加，评估、校核#7 低加壳体材料的温度适应性和溢流阀的通流能力，确定是否增加或更换溢流阀。

⑤轴封系统溢流由现至凝汽器改为至#7 低加，因轴封系统的压力总高于#7 低加的汽侧，故轴封系统的溢流控制保持不变，也不存在附加安全问题。轴封系统溢流管道改造没有技术难度，也没有运行风险，建议实施。