燃气- 蒸汽联合循环机组汽机轴封母管溢流节能技改分析

吕家吴

（中海油珠海天然气发电有限公司，广东 珠海519000）

我国经济高速发展，电力缺口逐年加大，缺电对经济发展形成严重制约。燃气- 蒸汽联合循环机组以发电效率高,环境效益好、系统流程简单、运行方式灵活以及建设周期较短等优点得到快速发展，但发电成本高也成了燃机电厂最大的缺点，节能减排、提质增效在燃机电厂显得尤为重要。

1 背景

汽机轴封系统向汽轮机高压、中压轴封提供密封蒸汽。机组启动到低负荷期间，启动锅炉或者邻机辅汽向轴封母管提供蒸汽，轴封母管再根据工艺流程向高压、中压、低压轴封提供密封蒸汽，以防止空气进入汽缸，从而建立和维持真空；机组高负荷期间，启动锅炉或者邻机辅汽不再向轴封母管提供蒸汽，高中压缸轴端压力较高，气封齿有密封蒸汽泄露到轴封母管，再向低压轴封提供密封蒸汽，从而形成自密封，轴封母管压力设计27-30kPa，超过此压力，轴封母管多出的蒸汽通过溢流气动调节阀排到凝汽器。

某燃机电厂#2、#4 汽轮机在运行过程中，机组总负荷270MW (汽机负荷100MW)，轴封系统满足自密封条件，且轴封母管溢流调阀有32%开度，机组总负荷410MW (汽机负荷135MW)，轴封母管溢流调阀有60%开度，轴封溢流蒸汽排至凝汽器，有较大浪费。

2 技改介绍

通过对大型火电机组调研和实际运行工况的了解，将轴封母管溢流管道接入凝汽器，再增加旁路接到轴封加热器，溢流蒸汽热量可以通过换热，加热凝结水，提高凝结水温度，溢流蒸汽热量可得到有效利用；轴封母管溢流管旁接到轴封加热器后，能大大降低凝汽器热负荷，减少凝汽器热冲击，提高凝汽器真空，以达到提高燃气- 蒸汽联合联合循环机组效率的目的。

3 热力计算

表1

作者简介：吕家吴（1982-），男，籍贯：云南宣威，热能动力工程师，华北电力大学热能与动力工程本科毕业，2005 年至今从事集控运行工作。

将轴封溢流改至轴封加热器，则有效利用的热量为：

QZ=（h1-h2+γ）m

QZ——轴封溢流蒸汽热量；

h1——轴封溢流母管压力下对应的焓值：

h2——轴封溢流蒸汽凝结成水对应的焓值；

m——轴封溢流蒸汽质量；

Γ——汽化潜热。

如果这些热量全部用来加热锅炉凝结水，则：

Δt——轴封溢流蒸汽加热锅炉凝结水使之提高的温度；

C——水的比热容，取值4.2kJ/kgx℃；

M——凝结水流量。

压力30kPa，温度389℃时，h1取值3255.04kJ/kg，h2取值188.42kJ/kg，汽化潜热γ=2394kJ/kg。

机组运行负荷350MW 时，凝结水提高的温度为：

机组运行期间平均负荷为350MW，轴封加热器溢流蒸汽如果改至轴封加热器用来加热凝结水，在不考虑轴封加热器换热效率的情况下，可以将锅炉凝结水加热2℃左右。

4 技术效益分析

4.1 汽机负荷变化所带来的经济效益

轴封母管溢流蒸汽如果改至轴封加热器，则凝汽器的热负荷就会减小，凝汽器真空会升高。汽机负荷与排入凝汽器热负荷占比成正比，其负荷变化如下：

图1 凝汽器背压- 热负荷特性曲线

如果按机组运行天数200 天，以一度电0.5 元计算，则一年可节省电量为：

4.2 凝结水温度变化带来的经济效益

为了防止低温腐蚀，机组运行中需要保证低压省煤器出口温度不低于58℃，是通过低省再循环阀门开度来自动调节的。轴封溢流排至轴封加热器会使凝结水温度升高，低省再循环阀的开度将会关小，低省再循环水泵电流将会有所降低，这也会在某种程度上降低厂用电。

图2 技改系统图

5 安全性分析

轴封加热器是大气压力下运行的热交换装置。装置为单流程、卧式，全流量表面式带风机冷却器，加热面积130m3，轴加风机流量2000m3/h,运行工质温度<85℃。

轴封溢流母管接入轴封加热器后，轴封加热器运行负荷增加，相同的加热面积下，需要冷却更多的蒸汽，为使运行工质温度不超过85℃，可调整凝结水再循环，增加凝结水流量，使其不低于350t/h，而这样的凝结水量也只要机组负荷大于320MW 就可以满足。因排入轴加的介质多为蒸汽，轴加风机负荷增加较少，完全满足轴加风机流量2000m3/h 要求。

6 运行分析

如图2 所示：技改增加溢流管道（黄色）走向从轴封溢流气动阀前，分别通过手动截止阀、气动调节阀和逆止阀至轴封加热器。轴封溢流的走向可以通过对轴封溢流至凝汽器气动调节阀和轴封溢流至轴加气动调节阀的设定值大小的改变来进行切换。需要注意的是轴封加热器全停则需要将轴封溢流切换至凝汽器，以保证轴封加热器的安全。

轴封溢流至轴封加热器气动阀逻辑：

图3

7 成本分析

技改项目增加一个气动调节阀、一个手动截止阀和一根φ219*9 的10 米长管道，预计投资不超10 万元，投资回收期为：

按负荷270MW 计算为：10/60=0.17 年；按负荷420MW 计算为：10/136.8=0.07 年；按全年平均负荷350MW 计算：10/124.8=0.08 年。

8 结论

同型号机组（三菱M701F4 联合循环机组），锅炉都是余热锅炉，轴封加热器溢流蒸汽如果用来加热凝结水，不但可以减小凝汽器热负荷，提高凝汽器真空，还可以提高凝结水温度，提高机组效率，而且投资小、回收期短，具有很大可操作性。运行方式类似的机组可以采用该优化方式达到节能目的。