小型汽輪機軸封抽汽熱能回收研究

鄭黎明

（廣州發展太平能源站有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

熱能是經濟社會發展中非常重要的資源之一，利用對小型汽輪機能量的回收，不僅可以充分運用其熱能，還可以降低對其他資源的使用量。現階段針對軸封抽汽系統所產生的熱能進行回收利用，對工業節能具有重要意義。由此可見，圍繞小型汽輪機軸封抽汽熱能回收進行研究，可進一步促進社會可持續發展。

1 軸封抽汽系統分析

1.1 軸封系統的功能

軸封系統的主要功能是在汽輪機運行的過程中減少空氣對汽缸以及蒸汽的影響，使設備能夠直接回收汽輪機運行過程中的漏汽，進而利用氣體的熱量，使其汽化產生液體凝結水，進而將凝結水用于鍋爐中，提升熱量的利用質量，降低蒸汽資源的需求量。圖1 為軸封系統[1]。

圖1 軸封系統

1.2 系統研究

我國廣東省某企業使用的是4500kW 的小型汽輪機發電組，其主要型號為B2-1.98，前軸封區域安裝有兩個抽汽區域。在運行的過程中，汽、油會直接通過直通的形式進入汽封區域中。在此過程中，一部分氣體會在外界因素的影響下變為液體，另一部分則是直接進入空氣中。其原理主要是指設備在運行的過程中抽汽系統會在高速運轉的同時產生一種氣流，并在遇冷的過程中汽化產生液體。與此同時，機器的荷載也會進一步上升，氣閥內部的壓力急劇升高。而冷凝水排水原理則是順著路線與管道進行，若是此過程中機器出現故障，則需要從其他的通道排出[2]。

1.3 系統運行中存在的不足

汽輪機是發電企業非常重要的一種設備，它的安全、經濟運行對機組的運行質量至關重要。傳統的汽封抽汽系統如圖2 所示，此時的蒸汽內部壓力為2.4MPa，溫度可以達到400℃左右。對于系統來講，會將軸封汽封氣體引入系統中，然后經過轉換冷卻成為凝結水，最終通過管道進入地溝中。相比于優化之后的系統，傳統的汽封抽汽系統能源消耗嚴重，此種系統不僅會使用大量的能源，還會在運行的過程中出現大量的噪音。現階段，由于油的價格持續上升，蒸汽的價格也進一步增加。因此對于發電企業來講，必須要科學的拓展新形式才能夠滿足實際需要，為此技術人員認為需要對原有的軸封抽汽系統加以完善。

圖2 汽封抽汽系統優化之前的運行流程

2 軸封抽汽系統的熱能再利用

軸封抽汽系統的熱能回收是有效降低資源浪費的重要形式，改造之后的系統運行可以降低經濟成本，運用能源再利用的形式確保企業的經濟效益。在技術優化的過程中，工作人員對傳統的抽汽器進行了結構的改造，使其成為可以回收能源的水汽引射器。此種儀器可以降低資源的運用，其運行過程中所產生的凝結水可以直接使用于鍋爐中，圖3 為改造之后的汽封抽汽系統[2]。

圖3 改造后的汽封抽汽系統

2.1 水汽引射器

汽輪機的水汽引射器在優化之后主要呈現以下3種特性：首先，抽汽的真空度可以滿足軸封換熱器的實際需求；其次，抽氣量以及抽汽速度更加高效，且抽出的氣體主要為不同氣體的混合物；最后，傳統的儀器中的蒸汽運行會造成一定的蒸汽損失，因此會造成部分能量浪費，而優化之后的水汽引射器則可以降低蒸汽的損耗，可有效確保企業的經濟效益。

水汽引射器的動力資源主要為水資源，且整個運行過程中不需要運用到其他系統的輔助，整體結構較為簡單，可以滿足運行需求。在結構上主要是混合室、擴散管以及入水口等。水在經過噴嘴的過程中會增加壓力高頻射出，并在系統的作用下形成真空狀態，最終將軸封換熱器中的多種氣體引入混合室中。此時，氣流處于高壓狀態，在壓力的作用下真空軟化水會進入鍋爐的疏水箱，進而降低鍋爐對蒸汽的需求量。優化后的水汽引射器中的軟化水主要被應用在鍋爐運行中。在經過噴嘴處理的過程中，水的壓力為0.45MPa，而在儀器引射的影響下，則會產生10kPa 以下的負壓。與此同時，為了能夠確保系統運行的質量可以滿足預期的需求，技術人員在水汽抽汽器的入口區域增加了閥門的安裝，使其可以確保運行質量，表1 為水汽引射器參數數據。

表1 水汽引射器參數數據

2.2 回收凝結水

回收凝結水的過程中主要使用到的零件為集水箱、回收管、控制管道等，其中回收管的質量直接會影響后續的回收效果。在具體工作中，發電廠通常會使用小型回收泵，這種設備的體積更小，可以有效地確保回收質量以及效率。在運行的過程中，系統會自動在回收泵中增加空氣，并在空氣的影響下使其可以液化為水。此過程完全是物理變化，無須使用任何外在因素，因此不會使用電力等資源。此外，汽化之后的液體溫度相較于離心泵更高，不會受外界因素的影響，可以直接進行回收[3]。

2.3 優化后的效果分析

此種設備的優化與完善，可以在系統運行的過程中降低對電力的需求，只需要在壓力的影響下便可以確保回收質量以及效率。相比于傳統的系統運行來講，換熱器的壓力極限可以達到10kPa 左右。在運行的過程中，氣管周圍會出現部分的液體，且汽輪機以及水汽引射器均能夠滿足實際需要。在優化完后，汽體的蒸發量明顯減少，不僅降低了運行過程中的噪音，也保障了資源的回收率。與此同時，在冷凝裝置改造完成之后，原有的U 型管道中添加了閉關閥，在打開狀態下，凝結之后的液體可以直接進入除氧器中，進而控制鍋爐的能源利用量，確保可以幫助企業降低經濟浪費。

2.4 經濟效益與環境效益分析

系統優化過后，結合數據分析結果來看，回收系統在運行的過程中可以回收大量的蒸汽，而熱能的再利用則能夠降低鍋爐對蒸汽的需求，每年可以節約大量的能源。與此同時，利用熱能回收系統的優化與技術完善，蒸汽的回收質量會進一步增加，不僅可以降低能源的損耗，還可以凈化發電廠的環境，降低對空氣的污染，滿足綠色生產的需要。

3 技術優化思考

3.1 技術優化之后運行分析

3.1.1 技改后的運行方式

在聯合循環小機組運行的過程中，可以在水汽引射機器的幫助下將軸封中的漏汽進行引射，進而使汽輪機運行過程中的熱量可以轉換為加熱鍋爐所使用的軟化水。在汽輪機運行的過程中，隨著汽輪機負荷的逐漸提升，水汽引射器的閥門也會隨之改變，會將水汽直接引入引射器中。與此同時若是軸封轉換器存在意外情況，系統則會直接使用閥門進行操作。在正常運行的情況下，關閉U 型管中的閥門則可以快速將漏氣轉換為冷凝水，并運用管道引導進入至集水箱，經過緩沖之后直接進入最終的熱能回收裝置，并在壓縮空氣的影響下，完成系統的運行。在具體工作中，若是儀器以及回收裝置出現故障難以運行，則可以利用閥門的控制完成操作。

3.1.2 運行效果研究

在汽輪機運行的過程中，水汽引射器會增加水壓，并將軸封換熱裝置調整為負壓狀態10kPa 左右。研究人員利用分析汽輪機系統運行優化情況，最終認為此技術的運行數據與系統運行需求相一致，說明優化之后的水汽引射器可以滿足系統需求。利用此種形式可降低鍋爐對蒸汽的需要，可以在能源循環利用的基礎上降低噪音的產生。與此同時，備用系統中的水汽引射器也可以確保在儀器故障發生時不會影響整體的系統運行質量。軟化水的回收裝置最好的壓力狀態為0.5MPa，此時U 型管內部的閥門處于關閉狀態，軸封換熱器會直接將軟化水輸送至除氧器，進而降低能源的損耗。對于系統運行的優化來講，優化前的設備運行為進汽1.72t/d，軸封汽體：6.82t/d。然而在優化系統之后，在運行的過程中能夠降低大量的蒸汽需求，按照市場價格每噸蒸汽359.48 元的單價進行計算，在技術優化之后發電廠每年在此方面的成本費用可以減少110.4萬元左右。而技術完善過程中所花費的全部費用大約為15 萬元，因此從經濟效益來看，此技術可以幫助發電廠在增強熱能運用的同時，減少相關成本[4]。

3.2 未來發展思考

現階段，在發電廠運行的過程中熱能的利用效率整體偏低，原有系統的利用率甚至僅僅維持在30%左右，因此為了能夠進一步降低能源的損失，工作人員需要盡可能地提升資源的循環利用質量，降低經濟損失。因此必須要在此基礎上加大新技術的運用，包括熱量回收技術等，此技術的使用可以利用高速機器的運轉，形成壓力激波，使汽輪機能夠直接排出多余的氣體。此外，在其他技術研發的過程中，要求技術人員應該加大對以下幾種原則的重視：①方案簡便，操作難度小。②結構穩定，便于后期的維修。此外，在進行設備改造或者研究時，需要盡可能地降低成本，確保企業的經濟效益。與此同時，最為重要的一點便是在改造的過程中確保設備、裝置運行的安全性與穩定性，確保汽輪機可以滿足實際需要。現階段，對于小型汽輪機軸封抽汽系統來講，還有很大的優化區域，因此要加大對新技術的使用，持續性的對技術進行優化。總而言之，熱能的回收對于發電廠來講十分重要，不僅能夠提升漏氣的使用效率，還可以減少蒸汽的使用需求。因此發電廠應積極的進行設備優化，提升熱能的利用率，優化系統的運行質量，為發電企業的長遠健康發展創造良好的條件[5]。

4 結語

綜上所述，小型汽輪機軸封抽汽系統的熱能回收是現階段能源回收中非常重要的一種，不僅可以代替其他能源的使用，還可以降低企業的成本，為發電廠以及相關企業創造更多的價值。因此在未來，工作人員應該進一步加大對新技術的運用，使系統能夠提升熱能回收效率，確保在運行的過程中不會出現意外，以此為相關行業的長遠健康發展奠定良好的基礎。