小型汽轮机轴封抽汽热能回收

2015-03-30马贤伟

节能技术 2015年3期

段坚，马贤伟

(珠海醋酸纤维有限公司，广东珠海 519000)

0 引言

“节能”被公认为是解决当代能源问题的重要途径，甚至有科学家把“节能”称之为“第五大能源”，与煤、石油与天然气、水能、核能等四大能源相并列。我国工业余热资源丰富，广泛存在于工业生产过程中，余热资源约占其燃料消耗总量的43%，其中可回收率达60%，余热利用率提升空间大，节能潜力巨大［1］。小型汽轮机轴封抽汽热能回收作为余热回收的一种基本类型，对推动我国工业节能减排工作具有重大意义。

汽轮机设备在启动和正常运行过程中，需要将轴封换热器和高、低压两端的汽封蒸汽及时抽出。轴封抽气系统的任务就是将流入换热器内的轴封蒸汽和空气的未凝结体连续不断地抽出，抽出汽体及冷凝水所含的热能焓值在热电站燃料产生的热量中占很大比例［2］。小型热电站降低能源消耗，减少环境污染在当今是一项不能忽视工作任务。因此，轴封抽汽器的选择及轴封汽如何回收，对热电站发电机组的节能减排、经济运行起着非常重要的作用。

1 轴封抽汽系统概况

某公司热电联产4 500 kW 小型汽轮发电机组，主要设备3#汽轮机型号:B3 －2．35/0．49，前轴封中设有两个抽汽口，高压段抽汽直接通到背压排汽口内，低压段抽汽与后汽封接通，合并后被引入轴封换热器内，一部分汽被冷凝成凝结水，另一部分尚没被凝结的汽体通过射汽抽汽器抽出排至大气。

1．1 轴封抽汽系统改造前运行方式

改造前轴封抽汽运行方式:启动机组射汽抽汽器利用高速汽流的喷射作用，对轴封换热器抽真空，将低压汽封汽抽出凝结成水，随着汽轮机负荷的增加，逐渐开大进汽阀压力，以满足汽轮机组负荷变化要求。轴封换热器冷凝水通过U 形水封排出。射汽抽汽器装有旁路阀，当设备出现故障蒸汽可通过旁路排出。

1．2 运行中存在的问题

3#汽机是公司的发电和供汽主要设备，机组长期保持连续运行，汽封抽汽系统改造前的工艺流程如图1 所示，射汽抽汽器工作蒸汽源取自锅炉的新蒸汽:2．3 MPa、390℃。

图1 汽封抽汽系统改造前工艺流程1 －射汽抽汽器;2 －轴封换热器

图2 历年轴封抽汽系统汽、水消耗情况

工作蒸汽经射汽抽汽器将低压力的汽封汽引射排至大气，汽封换热器经过循环冷却水冷却后的凝结水由U 形水封管排入地沟。系统改造前抽汽系统汽、水消耗情况如图2 所示，这两部分热能白白的浪费并伴有噪声。由于市场重油价格不断攀升，蒸汽成本也在不断上涨，企业在节能减排中不断探寻新的渠道，因此轴封抽汽系统的优化改造势在必行。

2 轴封抽汽系统技改方案

为了降低蒸汽运行成本，提高经济效益，制定了轴封抽汽系统技术改造方案，采用水汽引射器代替射汽抽汽器运行，节省消耗在射汽式抽汽器的蒸汽量;增加冷凝水回收装置，回收轴封换热器凝结水进除氧器用于锅炉补给水。汽封抽汽系统改造后的工艺流程如图3 所示。

图3 轴封抽汽系统改造后的工艺流程1 －水汽引射器;2 －轴封换热器;3 －射汽抽汽器;4 －集水箱;5 －冷凝水回收泵

2．1 水汽引射器工作特性

汽轮机轴封换热器的抽气器工作特点:

(1)抽吸的真空并不要求很高，为了维持轴封换热器在多种工况下正常工作，其抽吸负压一般在0．005 ～0．01 MPa;

(2)抽汽速率和抽气量较大，且抽出的介质为汽气混合物。

射汽抽汽器工作蒸汽是从新蒸汽节流而来，因此产生节流损失，从效率上考虑是不经济的;而采用水汽引射器能够节省消耗在射汽式抽汽器的蒸汽量，且不需要冷却器，提高了热电站的经济性。

水汽引射器是以水为动力实现工程需要的器件，无需电力，也没有移动与转动机件，系统简单，工作可靠。主要由入口水室、喷嘴、混合室、扩散管和逆止阀等部件组成。水汽引射器工作原理:一定压力的软化水进入入口水室，经喷嘴射流降压增速，由于射流质点横向紊动扩散，喷嘴将压力水的压力能转变为速度能以高速射出，在混合室形成真空，使轴封换热器的气、汽混合物吸入混合室加热软化水，被吸的气流速度增大，水流速度减少，压力逐渐升高，动能转化为压力能［3－5］。最后在扩散管出口压力略高于大气压力，加热的软化水排至锅炉疏水箱，从而减少了锅炉除氧自用蒸汽。

水汽引射器的水源软化水来自软化水车间，经过生产部门吸热在向锅炉供水的管路上接一支路供给;喷嘴前水压0．45 MPa，温度在42 ～52℃，负压0．005 MPa，水汽引射器以此参数作为设计依据，选取型号为WSJ10．2/65 －65，水汽引射器的特性参数如表1 所示。水汽引射器利用高速水流的引射作用，对轴封换热器产生负压5 ～10 kPa。考滤汽机运行要求汽液隔离，在水汽引射器入口增加逆止阀。同时为了抽汽系统的运行稳定安全，确保抽汽系统及时投入，在射汽抽汽器的引射口增加逆止阀，并保留射汽抽汽器及旁路作运行备用，这样既可以做到安全可靠，又能经济运行。

表1 水汽引射器主要特性参数

2．2 凝结水回收

冷凝水回收装置包括:回收泵、集水箱及管阀。换热器冷凝水采用回收泵PT 型见表2 所示，利用压缩空气压入至除氧器水箱。

表2 回收泵参数

PT 型回收泵是一种微型紧凑型回收设备，采用压缩空气将凝聚结水从较低位置送往高位置的非电动装置。凝聚结水温可大大高于传统电动离心泵的温度上限，且没有密封泄漏或气蚀的困扰，同时还可回收如主汽门前等其它管道、设备的各类疏水。

3 技改后的效果

3．1 技改后运行方式

(1)机组冷态(或温态)启动时，利用水汽引射器对轴封换热器抽真空，将轴封汽引射出加热软化水，将轴封汽热量在水汽引射器中加热锅炉软化水。随着汽轮机负荷逐渐提高，同时将水汽引射器进口阀开度逐渐增大［6－7］。正常运行时水汽引射器投入运行，射汽抽汽器备用。轴封换热器故障也可通过汽封旁路阀排汽。

(2)正常运行时关闭换热器U 形管上截止阀，将轴封换热器冷凝水，引入自制集水箱缓冲后再进入疏水回收装置，通过压缩空气压入除氧器。若疏水回收装置及管阀故障，冷凝水可通过打开U 形水封管上直排。

3．2 运行效果

汽轮机组启动，投入水汽引射器高压水，轴封换热器调整负压至5 ～10 kPa，观察汽轮机机头汽封排汽管有微量冒气，汽轮机运行参数与设备规程保持吻合，证明水汽引射器能够满足轴封系统运行要求。采用水汽引射器蒸汽被软化水取代，现场消除了蒸汽的外排及噪声污染现象。由于增加一套水汽引射器与射汽抽汽器互为备用，轴封抽汽系统运行安全更有了保障。

冷凝水回收装置调整好压缩空气压力0． 5 MPa，将U 型管上截止阀关闭，轴封换热器凝结水即可自动排入除氧器，减少锅炉燃料消耗，降低锅炉水质处理费用。

改造前射汽抽汽器进汽:1． 64 t/d，轴封汽:6.771 t/d，经上述改进热能均已得到回收。蒸汽价格按359．48 元/t 计算，年节约运行成本:110．36 万元，改造费用:13 万元，预计项目投入产出比=110.36/13 =8．49。