CN113404556B - 一种汽轮机低压轴封减温系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火力发电技术领域，具体公开了一种汽轮机低压轴封减温系统，包括轴封母管、喷水减温系统、汽水分离系统、管路疏水系统、以及与喷水减温系统连接的轴封加热器；所述轴封母管、喷水减温系统、汽水分离系统、低压轴封统依次连接。本发明有效的实现供汽温度稳定，从而提升机组运行的稳定性、安全性。

Description

一种汽轮机低压轴封减温系统

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，更具体地讲，涉及一种汽轮机低压轴封减温系统。

背景技术

根据DL/T 863-2004《汽轮机启动调试导则》第5.2.12条要求“轴封汽源应注意保证轴封蒸汽与转子金属温差小于110℃”，低压轴封供汽温度通常要求控制在120～180℃范围内。

低压轴封供汽温度直接关系到机组的稳定性和安全性，如果供汽温度过高使得轴封间隙过大，不仅影响凝汽器的密封性能，导致凝汽器真空严密性下降，使得机组运行背压较高，影响电厂经济性；为了保证凝汽器真空的严密性，不得不增加轴封母管的供汽压力，虽然能满足真空严密性的要求，但会导致轴端冒汽，进而导致润滑油中带水，给机组的运行带来安全性风险。供汽温度过低，可能导致低压轴封进水，造成轴振超标，给机组的安全稳定运行造成很大影响，甚至出现机组跳机的严重事故。

由于低压轴封供汽温度因为影响因素众多，常规轴封系统存在诸多缺点，导致喷水雾化换热不充分，疏水量大，温度无法稳定控制；从目前的电厂轴封系统运行情况看，低压轴封供汽温度的不稳定现象普遍存在，故障率高；低压轴封供汽温度的稳定性成为电厂急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种汽轮机低压轴封减温系统，有效的实现供汽温度稳定，从而提升机组运行的稳定性、安全性。

本发明解决技术问题所采用的解决方案是：

一种汽轮机低压轴封减温系统，包括轴封母管、喷水减温系统、汽水分离系统、管路疏水系统、与喷水减温系统连接的喷水前置加热系统、以及低压轴封；所述轴封母管、喷水减温系统、汽水分离系统、低压轴封统依次连接，所述管路疏水系统位于汽水分离系统与低压轴封之间且分别与汽水分离系统、低压轴封统连接。

在一些可能的实施方式中，所述喷水前置加热系统与喷水减温系统之间设置有喷水调节阀；

所述汽水分离系统与低压轴封之间设置有低压轴封供汽管道；

在所述低压轴封供汽管道上设置有热电偶，所述热电偶与喷水调节阀通过电厂控制系统连接。

在一些可能的实施方式中，所述喷水减温系统包括与轴封母管连接的喷水减温器、与喷水调节阀输出端连接的喷水管道、安装在喷水管道输出端且位于喷水减温器内的喷嘴；所述喷水调节阀的输入端与喷水前置加热系统连接。

在一些可能的实施方式中，所述喷水前置加热系统包括与喷水调节阀连接的减温水喷水管线、疏水换热器、凝结水泵减温水母管、轴封加热器、以及疏水扩容器；所述凝结水泵减温水母管、轴封加热器、疏水扩容器分别与疏水换热器连接；所述疏水换热器与减温水喷水管线连接。

在一些可能的实施方式中，所述汽水分离系统包括与喷水减温器输出端连接的汽水分离器、安装在汽水分离器底部的分离器疏水管路、依次安装在分离器疏水管路上的节流孔板前截止阀和节流孔板；所述节流孔板前截止阀设置在节流孔板与汽水分离器之间；所述节流孔板通过排放管线与疏水扩容器连接。

在一些可能的实施方式中，所述汽水分离系统还包括两端分别与分离器疏水管路和排放管线连接的旁路管线、安装在旁路管线上的疏水器前截止阀、以及安装在旁路管线上且位于疏水器前截止阀与疏水扩容器之间的分离器疏水器；所述旁路管线的一端设置在节流孔板前截止阀之间、另一端设置在节流孔板与疏水扩容器之间。

在一些可能的实施方式中，所述喷水减温器与汽水分离器之间设置有减温器后管道，且由喷水减温器向汽水分离器一侧呈倾斜设置，所述倾斜角不小于1°。

在一些可能的实施方式中，所述减温器后管道包括一端与喷水减温器连接的倾斜直段、与倾斜直段另外一端连接的倾斜段；所述倾斜直段的长度不低于5m。

在一些可能的实施方式中，所述管路疏水系统包括与低压轴封供汽管道依次连接的疏水袋、疏水管道、疏水器、疏水排放管道；所述疏水袋与低压轴封连接；所述疏水排放管道与疏水扩容器连接。

在一些可能的实施方式中，所述热电偶通过电厂控制系统与喷水调节阀开度联锁。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明充分回收利用轴封加热器疏水废弃热量，相应减少了低加的抽汽量以及减少了汽轮机冷端的热负荷，降低了机组的运行背压，提高了机组经济性；

本发明通过设置喷水减温系统，从喷水减温的机理出发，将减温喷水的温度提高到了接近饱和态(相对于轴封供汽压力)，不仅减少与蒸汽的换热时间，弥补换热直段太短带来的驻留换热时间不足；还可使减温水的热力学特性得到改善，冷却水的表面张力减小，利于喷嘴的雾化；

本发明将减温器后管道的倾斜直段设置为不低于5m；保证了换热驻留时间，也防止管内流速过高带来的汽中裹水及过低带来的水滴托不住，碰壁汇流的换热问题；

本发明设置了汽水分离器及疏水袋，实现二次脱水处理，有效的防止了低压轴封供汽汽中带水的现象；旁路管线以及安装在旁路管线上的疏水器前截止阀和分离器疏水器配合可对疏水量及减温后的蒸汽流量进行微量调节，使疏水量与运行工况相匹配并可使得减温喷嘴处于最佳工作状态；

本发明彻底的解决了低压轴封供汽温度的不稳定问题，也提高了低压轴封的密封性能，降低机组运行背压，提升了机组运行的稳定性、安全性、经济型；

本发明系统简单，成本较低，效果显著，控制与现有的控制策略完全一致，对于新机组设计及老机组的改造都十分便利。

附图说明

图1为本发明的连接关系示意图；

其中：1、轴封母管；2、轴封加热器；3、减温水喷水管线；4、喷水调节阀；5、疏水扩容器；6、喷嘴；7、喷水减温器；8、减温器后管道；9、汽水分离器；10、疏水器前截止阀；11、分离器疏水器；12、分离器疏水管路；13、节流孔板前截止阀；14、低压轴封供汽管道；15、热电偶；16、疏水袋；17、疏水管道；18、疏水器；19、疏水换热器；20、节流孔板；21、低压轴封；22、凝结水泵减温水母管。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。

在本发明的描述中，需要理解的是，指示方位或位置关系的术语为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的附图中，需要理解的是，不具有相互替代性的不同技术特征显示在同一附图，仅是为了便于简化附图说明及减少附图数量，而不是指示或暗示参照所述附图进行描述的实施例包含所述附图中的所有技术特征，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。本申请所提及的"第一"、"第二"以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，"一个"或者"一"等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。在本申请实施中，“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。例如，多个定位柱是指两个或两个以上的定位柱。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面对本发明进行详细说明。

如图1所示：

一种汽轮机低压轴封减温系统，包括轴封母管1、喷水减温系统、汽水分离系统、管路疏水系统、与喷水减温系统连接的喷水前置加热系统、以及低压轴封21；所述轴封母管1、喷水减温系统、汽水分离系统、低压轴封21统依次连接，所述管路疏水系统位于汽水分离系统与低压轴封21之间且分别与汽水分离系统、低压轴封统连接。

在一些可能的实施方式中，所述喷水前置加热系统与喷水减温系统之间设置有喷水调节阀4；

所述汽水分离系统与低压轴封21之间设置有低压轴封供汽管道14；

在所述低压轴封供汽管道14上设置有热电偶15，所述热电偶15与喷水调节阀4通过电厂控制系统连接。

优选的，热电偶15位于疏水换热器9与管路疏水系统之间。

热电偶15将数据传递给电厂控制系统，通过电厂控制系统控制喷水调节阀4

在一些可能的实施方式中，所述喷水减温系统包括与轴封母管1连接的喷水减温器7、与喷水调节阀4输出端连接的喷水管道、安装在喷水管道输出端且位于喷水减温器7内的喷嘴6；所述喷水调节阀4的输入端与喷水前置加热系统连接。

优选的，喷嘴6朝向蒸汽气流方向，这里所描述的蒸汽气流方向为由蒸汽喷水减温器7向汽水分离系统流动的方向。

在一些可能的实施方式中，所述喷水前置加热系统包括与喷水调节阀4连接的减温水喷水管线3、疏水换热器19、凝结水泵减温水母管22、轴封加热器2、以及疏水扩容器5；所述凝结水泵减温水母管22、轴封加热器2、疏水扩容器5分别与疏水换热器19连接；所述疏水换热器19与减温水喷水管线3连接。

在一些可能的实施方式中，所述汽水分离系统包括与喷水减温器7输出端连接的汽水分离器9、安装在汽水分离器9底部的分离器疏水管路12、依次安装在分离器疏水管路12上的节流孔板前截止阀13和节流孔板20；所述节流孔板前截止阀13设置在节流孔板20与汽水分离器9之间；所述节流孔板20通过排放管线与疏水扩容器5连接。

在一些可能的实施方式中，所述汽水分离系统还包括两端分别与分离器疏水管路12和排放管线连接的旁路管线、安装在旁路管线上的疏水器前截止阀10、以及安装在旁路管线上且位于疏水器前截止阀10与疏水扩容器5之间的分离器疏水器11；所述旁路管线的一端设置在节流孔板前截止阀13之间、另一端设置在节流孔板20与疏水扩容器5之间。

在一些可能的实施方式中，所述喷水减温器7与汽水分离器9之间设置有减温器后管道8，且由喷水减温器7向汽水分离器9一侧呈倾斜设置，所述倾斜角不小于1°。

这里所描述的倾斜设置，具体是指，喷水减温器7的输出口处于高点，汽水分离器9的输入口处于低点，这样形成一个倾斜。

在一些可能的实施方式中，所述减温器后管道8包括一端与喷水减温器7连接的倾斜直段、与倾斜直段另外一端连接的倾斜段；所述倾斜直段的长度不低于5m。

通过上述倾斜角和倾斜直段长度的限定，使得蒸汽流速控制在一定20-30m/s范围内。

采用上述倾斜方式和长度的设置，保证了换热驻留时间，也防止管内流速过高带来的汽中裹水及过低带来的水滴托不住，碰壁汇流的换热问题；

在一些可能的实施方式中，在一些可能的实施方式中，所述管路疏水系统包括与低压轴封供汽管道14依次连接的疏水袋16、疏水管道17、疏水器18、疏水排放管道；所述疏水袋16与低压轴封21连接；所述疏水排放管道与疏水扩容器5连接。

在一些可能的实施方式中，所述疏水袋16设置在低压轴封供汽管道14的低位点；疏水袋16底部通过疏水管道17连接疏水器18将疏水排入疏水扩容器5。

低压轴封供汽管道14的布置有高低起伏，优选的，疏水袋16安装在低压轴封供汽管道14的低位点。

管路疏水系统为多组，均安装在低压轴封供汽管道14上。

在一些可能的实施方式中，热电偶15位于汽水分离器9与疏水袋16之间；所述热电偶15通过电厂控制系统与喷水调节阀4开度联锁。

(1)在机组启动阶段，辅助蒸汽供轴封蒸汽，从轴封母管1通过喷水减温器7对低压轴封21供汽。

减温水自凝结水泵减温水母管22来，在疏水换热器19中与轴封加热器2的疏水进行换热，提高温度后经过喷水调节阀4调节压力后，从喷嘴6喷出，在减温器后管道8中与蒸汽换热，换热后蒸汽(含少量未充分换热的水滴)进入汽水分离器9，汽水分离器9将蒸汽中的大部分水脱离并汇集到底部，在压差下通过分离器疏水器11排入疏水扩容器5，脱离了水的蒸汽进入低压轴封供汽管道14，在管道低位点设置有疏水袋16，疏水袋16对蒸汽进行二次脱水后给低压轴封21供汽，疏水袋16汇集的疏水通过疏水器18、管道排入疏水扩容器5。蒸汽温度通过热电偶15联锁喷水调节阀4开度，调节喷水量使喷水后的轴封供汽温度达到预定值。

(2)在机组自密封阶段，高中压轴封漏汽到轴封母管11，再通过喷水减温器7对低压轴封21供汽，其余与启动阶段一致。

(3)如果机组运行工况与设计工况出现偏离，疏水量增加或者喷水调节阀4开度较小，调节性能不佳，调整节流孔板前截止阀13的开度，使疏水通流能力增加或者加大漏汽量使调节阀及喷嘴6工作在最佳状态，节流孔板20降低了节流孔板前截止阀13的前后压差，利于流量的精准调节，增强了本系统的调控能力和适应能力。

本发明通过设置喷水减温系统，从喷水减温的机理出发，轴封加热器2压力约为95kPa.a,对应疏水温度约为98℃，可充分将凝泵后的喷水水温提升到接近饱和态(相对于轴封供汽压力：130kPa.a)，不仅减少与蒸汽的换热时间，弥补通常换热直段受布置空间影响，太短带来的驻留换热时间不足；还可使减温水的热力学特性得到改善，冷却水的表面张力减小，利于喷嘴6的雾化；

本发明将减温器后管道8的倾斜直段设置为不低于5m，并对倾斜角进行限定；进而对于蒸汽流速控制，有效的保证了换热驻留时间，也防止管内流速过高带来的汽中裹水及过低带来的水滴托不住，碰壁汇流的换热问题；

本发明将减温器后管道8的管道坡度向汽水分离器9方向(远离轴封母管1的方向)倾斜，改变了常规的疏水坡向轴封母管1供汽汽源方向，防止了疏水倒流回到高中压缸漏汽的高温轴封管道，避免了管道热应力过大，周期性的出现交变应力，导致金属材料疲劳、管道鼓包、焊缝开裂等安全性问题。

本发明设置了汽水分离器9及疏水袋16，实现二次脱水处理，有效的防止了低压轴封21供汽汽中带水的现象；旁路管线以及安装在旁路管线上的疏水器前截止阀10和分离器疏水器11配合可对疏水量及减温后的蒸汽流量进行微量调节，使疏水量与运行工况相匹配并可使得减温喷嘴6处于最佳工作状态。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种汽轮机低压轴封减温系统，其特征在于，包括轴封母管、喷水减温系统、汽水分离系统、管路疏水系统、与喷水减温系统连接的喷水前置加热系统、以及低压轴封；所述轴封母管、喷水减温系统、汽水分离系统、低压轴封统依次连接，所述管路疏水系统位于汽水分离系统与低压轴封之间且分别与汽水分离系统、低压轴封统连接；

所述喷水前置加热系统与喷水减温系统之间设置有喷水调节阀；

所述汽水分离系统包括与喷水减温器输出端连接的汽水分离器、安装在汽水分离器底部的分离器疏水管路、依次安装在分离器疏水管路上的节流孔板前截止阀和节流孔板；所述节流孔板前截止阀设置在节流孔板与汽水分离器之间；所述节流孔板通过排放管线与疏水扩容器连接；

所述喷水前置加热系统包括与喷水调节阀连接的减温水喷水管线、疏水换热器、凝结水泵减温水母管、轴封加热器、以及疏水扩容器；所述凝结水泵减温水母管、轴封加热器、疏水扩容器分别与疏水换热器连接；所述疏水换热器与减温水喷水管线连接；

所述喷水减温器与汽水分离器之间设置有减温器后管道，且由喷水减温器向汽水分离器一侧呈倾斜设置，倾斜设置的角度不小于1°。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机低压轴封减温系统，其特征在于，

所述汽水分离系统与低压轴封之间设置有低压轴封供汽管道；所述管路疏水系统与低压轴封供汽管道连接；

在所述低压轴封供汽管道上设置有热电偶，所述热电偶与喷水调节阀通过电厂控制系统连接。

3.根据权利要求2所述的一种汽轮机低压轴封减温系统，其特征在于，所述喷水减温系统包括与轴封母管连接的喷水减温器、与喷水调节阀输出端连接的喷水管道、安装在喷水管道输出端且位于喷水减温器内的喷嘴；所述喷水调节阀的输入端与喷水前置加热系统连接。

4.根据权利要求3所述的一种汽轮机低压轴封减温系统，其特征在于，所述汽水分离系统还包括两端分别与分离器疏水管路和排放管线连接的旁路管线、安装在旁路管线上的疏水器前截止阀、以及安装在旁路管线上且位于疏水器前截止阀与疏水扩容器之间的分离器疏水器；所述旁路管线的一端设置在节流孔板前截止阀之间、另一端设置在节流孔板与疏水扩容器之间。

5.根据权利要求1所述的一种汽轮机低压轴封减温系统，其特征在于，所述减温器后管道包括一端与喷水减温器连接的倾斜直段、与倾斜直段另外一端连接的倾斜段；所述倾斜直段的长度不低于5m。

6.根据权利要求2所述的一种汽轮机低压轴封减温系统，其特征在于，所述管路疏水系统包括与低压轴封供汽管道依次连接的疏水袋、疏水管道、疏水器、疏水排放管道；所述疏水袋与低压轴封连接；所述疏水排放管道与疏水扩容器连接。

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