60MW汽輪發電機組回熱循環優化配置及應用

摘要：通過對60MW汽輪發電機發電機組抽汽回熱循環系統的優化配置，簡化了系統，降低設備事故率，提高汽輪機的相對內效率，進一步提高汽輪機的熱經濟性。

關鍵詞：凝結水；高壓加熱器；抽汽；軸封供汽

鋼鐵企業在生產鋼鐵主導產品的同時，也附帶產生大量的二次能源，如焦爐煤氣、高爐煤氣、轉爐煤氣、廢熱等，充分合理利用這些二次能源，是鋼鐵企業節能降耗、降本增效的重要途徑之一。我公司在4000m3級高爐區域設計安裝兩臺240t/h高溫高壓煤氣鍋爐、一臺60MW汽輪發電機組、一臺汽輪鼓風機組，形成發電、高爐供風聯合生產的熱電鼓風站。

由于熱電鼓風站本身的復雜約束條件，對熱電回熱循環系統的經濟配置帶來了相當的難度，現有的熱電鼓風站很多是基于追求熱電聯產系統自身經濟性成本最低的優化設計，而對回熱循環系統優化配置考慮較少。為簡化了系統，降低設備事故率，提高汽輪機的相對內效率，進一步提高汽輪機的熱經濟性，我們在60MW汽輪發電機組回熱循環系統配置方面進行改進和優化，取得了良好的效果。

1回熱循環系統優化配置創新點

1.1凝結水回熱換熱系統

在凝結水回熱換熱系統中，取消了事故率較高的高壓加熱器。凝結水通過凝結水泵加壓后經一臺軸封加熱器、三臺低壓，溫度加熱至137℃，送至高壓旋膜除氧器，在除氧器中加熱到158℃后，經過高壓給水泵進入鍋爐。工藝簡圖如下：

本凝結水回熱換熱系統特點：進入汽輪機的蒸汽主要是兩部分，一部分蒸汽經過基本的循環過程，從初始的焓值、初始的蒸汽壓力一直膨脹做功到終態的蒸汽焓值、終態的蒸汽壓力；另一部分蒸汽量從初始的焓值、初始的蒸汽壓力膨脹做功到各相應的蒸汽壓力、焓值，然后分別抽到1#、2#、3#低壓去加熱凝結水。在發電功率相同的情況下，與朗肯循環相比：

（1）由于利用了在汽輪機中作過部分功的蒸汽加熱凝結水，使凝結水溫度從T1提高到T2，使吸熱過程平均溫度得到提高，故減少了在鍋爐中的吸熱量，而且抽汽不再向凝汽器中循環水放熱，使排汽對冷卻水的放熱量（冷源損失）大為減少，降低了凝汽器中的熱損失，所以回熱換熱系統的熱效率比同參數的朗肯循環高。

（2）采用回熱循環后，由于抽汽使汽輪機后幾級的蒸汽流量減少，使排汽缸及末級扭轉動葉片尺寸減少，有利于汽輪機的內部結構改進，而且進入凝汽器的乏汽量減少，使凝汽器換熱面積大大降低。

（3）采用回熱循環后，將使進入汽輪機的蒸汽量增加而乏汽量減少，從而提高了汽輪機高壓部分熱效率和降低了末級余速損失，使汽輪機的相對內效率在一定程度上得到了提高，大大提高了汽輪機的熱經濟性。

1.2汽輪機回熱抽汽系統

汽輪發電機組在回熱抽汽管路首次采用水壓式逆止回閥，一旦主汽門關閉機組內部形成真空，閥后管道與閥前形成壓差，抽汽逆止閥閥蝶在壓差的作用下關閉；為了加速抽汽逆止閥的關閉，在主汽門動作后，與主汽門動作聯鎖的電磁閥動作從凝結水泵來的壓力水進入抽汽閥操縱座活塞上部，活塞克服彈簧的作用帶動閥桿，抽汽逆止閥裝于抽汽閥操縱座下部，操縱座閥桿向下移動壓下逆止閥閥蝶從而加速抽汽逆止閥關閉。更有效的防止蒸汽倒流汽輪機內，保證機組安全運行。

1.3汽輪軸封供汽系統

汽輪機在汽封系統首次采用先進的自密封系統，自密封系統由二個壓力自動控制調節點、二個溫度自動控制調節點、蒸汽母管及閥門、管道等組成。

（1）汽封壓力自動控制調節點：汽封壓力控制點與前、后汽封的自密封接口用管子相連接。壓力的控制點由蒸汽溢流壓力控制閥和輔助汽源壓力控制調節閥組成。在低負荷或啟動時，由輔助汽源進入均壓箱向前、后汽封供汽。在高負荷時，由高壓汽封前三段漏汽，通過汽輪機抽汽管道給前、后汽封供汽，這時，壓力控制點的溢流式調節閥投入工作，保持自密封系統壓力。由於壓力調節閥的線性很好所以壓力很穩定，系統正常壓力是0.103MPa。可有效地防止汽封漏汽，并符合防止汽輪機進水而損壞汽輪機的要求，同時汽封系統的汽源能滿足機組冷熱態起動和停機的需要。

（2）汽封蒸汽溫度自動控制：汽封溫度調節點由高壓汽封溫度控制調節閥和低壓汽封溫度控制調節閥所組成，根據運行工況能自動調節和控制前、后汽封的蒸汽溫度，以滿足不同工況下前后汽封所需的不同溫度，確保機組的安全運行并能延長機組的壽命。

（3）前、后汽封的最末段汽封，通過用漏汽管道與軸封加熱器相連。該系統主要由一臺軸封加熱器和兩臺軸加冷卻風機組成，用于抽出最末段汽封腔室的蒸汽，以維持該腔室微負壓，防止蒸汽外泄和空氣漏入的現象。

（4）機組沖轉前，向汽封供汽的蒸汽溫度應考慮汽輪機的狀態，是冷態、溫態還是熱態，以選擇與轉子溫度相匹配的蒸汽溫度。在機組沖轉、升負荷過程中分別切換不同的供汽汽源溫度，以滿足系統參數要求，所有這些都由DCS系統來控制。

2結論與展望

鋼鐵企業的熱力發電系統利用生產鋼鐵主導產品產生大量的二次能源（如：焦爐煤氣、高爐煤氣等）產生電能。通過對汽輪發電機組的回熱循環系統配置的優化，可更好的利用能源，以達到經濟性最優的目標。因此能源的研究和有效利用，對社會生產和人們生活都有著重大的意義，直接關系到國民經濟的發展，故應給予必要的重視。

參考文獻：

[1]李笑樂.工程熱力學.北京：水利電力出版社，1997.

作者簡介：劉偉（1974），男，本科，工程師，1996年畢業于鞍山冶金運行學校，現從事熱力專業技術管理工作。