提高发电机稳定经济性的研究与应用

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[摘 要]通过对25MW发电机组U型水封进行改造，使凝汽器真空在相同工况下提高5kPa以上，基本达到设计值，真空系统严密性达到了优良标准，制约机组安全运行的隐患得到了消除，确保了生产的稳定顺行。

[关键词]U型水封凝汽器真空

中图分类号：TM712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0175-01

1 概述

本项目是在莱钢热电厂25MW发电机组上进行研究与开发的。热电厂型钢汽机车间针对发电机组真空系统泄漏，造成凝汽器真空低的问题通过认真分析，对真空系统泄漏的原因进行了逐项排查，最终找出原因为汽封冷却器水封存在问题，从而使机组的安全可靠性得到保证。

技术状况以及存在问题：机组在两台射水泵均运行的情况下，额定冷凝工况下凝汽器真空最高只能达到-87kPa。在做真空系统严密性试验时，两台机组凝汽器真空每分钟下降速度均超过5kPa以上，远大于平均每分钟下降0.4kPa的合格标准。

2、技术方案的研究与确定

2.1 总体技术思路

我们首先通过真空系统严密性试验，确定了凝汽器真空低的主要原因是真空系统泄漏造成的。通过注水法、烛焰法和大量的试验分析进行排查，最终确定轴封冷却器疏水漏空气导致机组真空低。通过现有水封系统与原设计水封系统进行比较，发现施工队伍在安装时未按要求进行，导致水封工作能力不足。

2.1.1 原设计多级水封：

本机组汽封冷却器疏水为U形管水封，其高度只有2.5m，而汽封冷却器与凝汽器的之间的最大压差92kPa，U形管水封内的水根本无法密封该压差。经现场测量、技术分析，决定采用多级水封疏水进行密封。进行了第一次改造。

多级水封由三级组成，每级设计有效高度3.5米。

各级水封具有如下关系：

P=P1+γg （H-h） （1）

P1= P2+γg （H-h） （2）

P2= P3+γg （H-h） （3）

联立上式可求得汽封冷却器和凝汽器之间的压差为：

P-P3=3γg （H-h）

注：H：水封壳侧液位高；h：水封管侧液位高；γ：水封内液体密度；P汽封冷却器内压力；P1：第一级水封液面上压力；P2：第二级水封液面上压力；P3：第三级水封液面上压力，其大小和凝汽器内压力相等（忽略凝汽器和水封之间的高度差）。

2.1.2 施工方实际安装水封管路

因水封蓄水时间长，加装水封注水管路。施工单位安装的汽封冷却器疏水多级水封连接系统与上面介绍水封不同，安装单位错误地将各级水封通过注水管、放水管连接到一起。对于相互之间连通的短管道，可以把管上各点看成压力相等，即各级水封下部压力相等，无法再形成如图1所分析的P、P1、P2、P3之间应固有的γg （H-h）大的压差，这样水封正常的工况就被破坏了，导致其不能正常工作（实际只有一级水封在起作用），不足以封住汽封冷却器内的空气，使大量的空气经过汽封冷却器和水封漏入凝汽器而严重影响凝汽器真空。

2.2 技术方案

针对以上存在的问题及分析，确定改造的方案。

在经过全面检查、综合分析及模拟试验后，我们对汽封冷却器疏水多级水封进行了第二次改造：把水封外壳的每个放水管各加一道阀门；把水封外壳三个注水管割去两个，只保留第一级水封注水管。

汽封冷却器多级水封经第一次改造后，提高真空效果显著，但仍达不到设计值。按设计，我车间汽封冷却器汽侧压力0.095MPa（绝压），冷凝工况设计汽轮机排汽压力 0.0046MPa（绝压），汽封冷却器与凝汽器的之间的最大压差为92kPa。改造后的汽封冷却器疏水为三级水封，每级水封有效高度为3.5米，水封前接汽封冷却器汽侧，后接凝汽器热水井。

其原理是用多级水封管中的水柱高度来平衡汽封冷却器与凝汽器的间的压力差。由前面推导的公式（4）：P-P3=3γg （H-h）可知，应有3γg （H-h）的压力来封住汽封冷却器汽侧的空气以免进入凝汽器。如果汽封冷却器疏水温度达到90℃，则多级水封自身能封住的最大压力为：3×0.96534×9.80×3.5=99.33kPa，如果再减去凝汽器液位差约7 kPa（凝汽器正常水位低于汽封冷却器多级水封疏水口700～800mm），则多级水封正常时能封住的最大压力为92.33kPa，这个值要大于汽封冷却器与凝汽器的之间的最大压差92kPa。

从设计上来看，三级水封应该能满足需要。但从实际运行来看，多级水封却没有达到设计要求，分析可能是由于制造时每级水封实际有效高度不够，或者由于多级水封内管漏造成总有效高度不够，于是我们对多级水封进行了第三次改造，又加了一级水封。

3、技术创新点

a.热电厂汽机系统内首次改造，通过对国内成熟技术的分析，对比现有系统，成功的完成成果转换，确保了改造的独有性。

b.改造科学合理，通过多次试验，大量数据的统计分析，保证了改造的准确性，实用性。

c.施工简单，便于实施，且经济效益显著。

d.项目在热电厂推广后，为老区相同机组解决真空方面的问题提供了关键性技术支持。

4、实施效果

经过两次系统改造，凝汽器真空在相同工况下提高6kPa以上，基本达到设计值，真空系统严密性达到了优良标准。由于避免了大量空气漏入凝汽器，使凝汽器端差、过冷度减小；充分利用了汽封漏汽的热量损失，回收了工质；同时还由于凝汽器漏气量减小使凝结水含氧量降低，从而避免了对低压设备及凝结水管路的腐蚀，使其更加安全；另外，由于改造后，射水泵可以一台运行，一台备用，使有关设备及机组的安全运行有了可靠的保障。

5、推广价值

改造后，通过对水封运行情况的跟踪调查，以及真空值、凝结器端差等一系列数据的统计分析，凝汽器真空在相同工况下提高6kPa以上，基本达到设计值，真空系统严密性达到了优良标准。此项改造在热电厂尚属首次，为今后四区汽机解Q该方面的问题提供了技术支持。本项目从方案确定到实施并投入运行，一直得到公司和型钢热电厂有关科室的大力支持和指导，顺利完成，使本项目取得了较好的效果。