給水泵汽輪機(jī)自帶排汽裝置的開發(fā)研究

劉 靜，邊技超，白雅賀

(中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)北京電力設(shè)備總廠有限公司，北京 102401)

0 引言

隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)政策的日益完善，國(guó)企尤其是制造業(yè)國(guó)企面臨著越來越大的競(jìng)爭(zhēng)壓力。所以怎樣在日常經(jīng)營(yíng)過程中不斷拓展業(yè)務(wù)領(lǐng)域，滿足客戶日益多樣的個(gè)性化需求就成了重中之重[1-3]。隨著國(guó)家環(huán)保政策的日益嚴(yán)格，火電行業(yè)的發(fā)展受到了很大限制，所以我廠的傳統(tǒng)的拖動(dòng)電廠鍋爐給水泵用汽輪機(jī)的發(fā)展受到了很大影響，而應(yīng)對(duì)辦法之一就是要大力開拓化工、鋼鐵、冶金、煤炭等非電領(lǐng)域的市場(chǎng)。傳統(tǒng)電廠給水泵汽輪機(jī)進(jìn)排汽等熱力參數(shù)變化不大，排汽管道一般直接與主機(jī)凝汽器相連，排汽直接進(jìn)入主機(jī)凝汽器[4-6]。但是化工、鋼鐵等非電領(lǐng)域給水泵汽輪機(jī)更加強(qiáng)調(diào)“定制化”生產(chǎn)，每個(gè)項(xiàng)目的給水泵汽輪機(jī)的進(jìn)汽參數(shù)都有可能差距很大，需要針對(duì)每一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行“定制化”設(shè)計(jì)開發(fā)。

排汽裝置連接在給水泵汽輪機(jī)低壓缸與空冷島之間，具有排汽管道、凝結(jié)水收集、疏水?dāng)U容等功能[7]。本文介紹了某煤化工項(xiàng)目中，直接空冷凝汽式汽動(dòng)鍋爐給水泵自帶排汽裝置的開發(fā)過程，最終運(yùn)行結(jié)果也表明了排汽裝置良好的功能與性能，為同類產(chǎn)品的開發(fā)提供了一定借鑒意義。

1 機(jī)組介紹

某煤化工項(xiàng)目，主機(jī)為1臺(tái)100 MW高溫高壓抽汽凝汽式直接空冷發(fā)電汽輪機(jī)，配套2臺(tái)電動(dòng)鍋爐給水泵和1臺(tái)直接空冷凝汽式汽動(dòng)鍋爐給水泵。給水泵汽輪機(jī)排汽并不是進(jìn)入主機(jī)凝汽器，而是通過自帶的排汽裝置進(jìn)入空冷凝汽器。排汽裝置是連接汽輪機(jī)低壓缸與空冷島之間的一個(gè)重要設(shè)備，其兼有排汽管道、凝結(jié)水收集、疏水?dāng)U容等功能，排汽裝置設(shè)置在直接空冷汽輪機(jī)組上，與低壓缸通過膨脹節(jié)連接，典型的直接空冷凝汽式汽輪機(jī)排汽系統(tǒng)如圖1所示。汽輪機(jī)軸封用汽來自動(dòng)力裝置的低壓蒸汽管，經(jīng)減壓閥調(diào)節(jié)后供給小機(jī)軸封；軸封回汽和門桿漏汽經(jīng)軸封冷卻器冷卻凝結(jié)后進(jìn)入小機(jī)排汽裝置，小機(jī)主汽門疏水和前、后汽缸疏水直接接入小機(jī)排汽裝置疏水?dāng)U容器。

2 開發(fā)設(shè)計(jì)方案

此項(xiàng)目的具體熱力參數(shù)如表1所示。另外其需要接收的介質(zhì)包括：凝結(jié)水泵再循環(huán)水、軸封加熱器疏水、汽封調(diào)節(jié)站溢流回汽、汽缸本體低點(diǎn)疏水、主蒸汽管道疏水、汽輪機(jī)低壓缸排汽以及凝結(jié)水泵排空等，所以需要按照上述參數(shù)和介質(zhì)要求設(shè)計(jì)排汽裝置本體。

表1 各工況點(diǎn)具體熱力參數(shù)表

經(jīng)過計(jì)算、校核與設(shè)計(jì)，最終確定了如下設(shè)計(jì)方案：

1)排汽裝置殼體采用焊接鋼結(jié)構(gòu)，其剛度和強(qiáng)度能承受管道的轉(zhuǎn)移荷載、自重和內(nèi)外壓差；

2)排汽裝置殼體采用適當(dāng)?shù)睦甙寮庸?，使來自汽輪機(jī)和管道的振動(dòng)不對(duì)排汽裝置造成沖擊和共振；

3)排汽裝置內(nèi)部流量分布與擋板布局合理，足以防止高速或高溫流體沖蝕管束和結(jié)構(gòu)部件；

4)排汽裝置熱井出水口設(shè)有防渦流裝置且高于熱井底部100 mm，以防止雜物進(jìn)入，同時(shí)該處設(shè)置濾網(wǎng)；熱井放水口管道帶有真空隔離門，能在1 h內(nèi)排出正常水位下的全部凝結(jié)水；

5)熱井內(nèi)布置疏水?dāng)U容器，其容積、強(qiáng)度、橫截面積、內(nèi)部管道布局均滿足向排汽裝置的排汽、疏水要求；

6)汽頸部裝設(shè)有不銹鋼膨脹節(jié)，以便吸收汽機(jī)排汽缸在任何方向上偏離排汽缸水平中心線與垂直中心線的位移。

3 各部件開發(fā)設(shè)計(jì)

3.1 二級(jí)減溫減壓消能裝置

此級(jí)減溫減壓消能裝置，直接布置在排汽裝置上，主要作用是使得低壓過熱蒸汽通過該裝置減壓及減溫后，低于排汽裝置允許的最高溫度和壓力，然后進(jìn)入排汽裝置，用于汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)保證空冷島冬季正常啟動(dòng)，低壓過熱蒸汽主要參數(shù)如表2所示。

表2 低壓過熱蒸汽熱力參數(shù)表

二級(jí)減溫減壓消能裝置暫按照15 t/h考慮。二級(jí)消能裝置減溫水考慮采用凝結(jié)水，凝結(jié)水正常運(yùn)行壓力為0.25～0.5 MPaG之間。根據(jù)以上要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)、開發(fā)，然后經(jīng)過反復(fù)計(jì)算、模擬，最終成功完成了二級(jí)減溫減壓消能裝置的開發(fā)。

3.2 接口的受力計(jì)算[8-10]

排汽裝置上有大量接口，如表3所示。

表3 排汽裝置接口

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及業(yè)主要求，最終設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核、優(yōu)化的結(jié)果滿足了如下要求：

1)接口定位尺寸滿足工程安裝要求；

2)主要接口各個(gè)方向受力不小于10 kN；

3)主要接管標(biāo)明允許管道傳遞的反力、力矩及管道的最高工作壓力，及其最危險(xiǎn)的受力組合，滿足業(yè)主要求。

3.3 彈性支座的開發(fā)設(shè)計(jì)

為了使得排汽裝置在空載、運(yùn)行、充水試驗(yàn)時(shí)均可以避免荷載超量，而不會(huì)引起排汽裝置的過量變形，需要將其底部支座設(shè)計(jì)為彈性支座，并設(shè)定死點(diǎn)座。

為此對(duì)其進(jìn)行了反復(fù)計(jì)算、校核與模擬，使得其滿足設(shè)計(jì)要求。彈性支座結(jié)構(gòu)外形如圖2所示，設(shè)定的死點(diǎn)座如圖3所示。最終開發(fā)完成的直接空冷凝汽式鍋爐給水泵汽輪機(jī)排汽裝置的功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、性能、安裝和試驗(yàn)等方面均能滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，并且滿足國(guó)家有關(guān)安全、環(huán)保等強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)。裝置外形如圖4所示，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

4 結(jié)論

本文以某煤化工項(xiàng)目為例，根據(jù)要求分析確定了具體開發(fā)方案，介紹了二級(jí)減溫減壓消能裝置、彈性支座、接口應(yīng)力計(jì)算等，形成了排汽裝置的設(shè)計(jì)與加工圖紙。最終運(yùn)行結(jié)果也表明了排汽裝置良好的功能與性能，為同類產(chǎn)品的開發(fā)提供了一定借鑒意義。