畢 瑤，鄧 丹，趙毛毛（西安陜鼓動(dòng)力股份有限公司工程技術(shù)分公司，陜西 西安 710075）

0 前言

凝氣式汽輪機(jī)機(jī)組的安全運(yùn)行與凝氣設(shè)備的真空度有著密切關(guān)系，影響凝氣設(shè)備真空度的原因主要有：冷卻水的進(jìn)口溫度；循環(huán)冷卻水量；傳熱端差[1]。除了以上三種原因外，很容易被忽視的的一個(gè)因素就是射水抽氣器的水溫。射水抽氣系統(tǒng)是汽輪機(jī)抽真空系統(tǒng)，是由射水抽氣器、射水泵、射水箱和連接管組成。工作原理是：射水箱的工業(yè)水經(jīng)射水泵升壓后進(jìn)入射水抽氣器，抽氣器中噴嘴射出的高速水流在工作室內(nèi)產(chǎn)生高真空以抽出凝汽器中的汽水混合物，這些汽水混合物經(jīng)擴(kuò)壓后以略大于大氣壓的壓力排入射水箱[2]。

若射水箱的工作水溫度升高，則工作水在噴嘴出口處會(huì)發(fā)生汽化現(xiàn)象從而降低射水抽氣器的抽真空能力，進(jìn)而導(dǎo)致凝汽器內(nèi)的真空度降低，汽輪機(jī)的排氣壓力升高，發(fā)電量下降[3]。因此控制射水箱水溫有利于提高汽輪機(jī)的發(fā)電效率，保證機(jī)組的安全運(yùn)行。

1 射水箱水溫升高原因分析

1.1 射水抽氣系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)不合理

目前余熱發(fā)電項(xiàng)目中射水抽氣系統(tǒng)無專門的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其設(shè)計(jì)、運(yùn)行及維護(hù)均直接參照火力發(fā)電項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行?；鹆Πl(fā)電項(xiàng)目采用手動(dòng)調(diào)節(jié)補(bǔ)水大小，控制溢流的方式調(diào)節(jié)工作水溫，待其工況穩(wěn)定后就無需調(diào)整，此方法雖簡單易操作，但前提是工作系統(tǒng)必須穩(wěn)定。

而在燒結(jié)余熱回收發(fā)電項(xiàng)目中，熱源一般來自工廠的生產(chǎn)過程，生產(chǎn)線的工況變化會(huì)直接影響熱源參數(shù)，因此余熱發(fā)電項(xiàng)目的工況變化較大，若直接采取火力發(fā)電項(xiàng)目中的射水抽氣系統(tǒng)，射水箱的補(bǔ)水量和溢流量未根據(jù)工況及時(shí)調(diào)整，將導(dǎo)致水溫逐漸升高，而長期給射水箱投入較大的補(bǔ)水量又會(huì)導(dǎo)致水資源嚴(yán)重浪費(fèi)。

1.2 射水箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

射水箱一般為設(shè)計(jì)院自主設(shè)計(jì)，通常直接參考圖集（03R401-2開式水箱）[4]，如圖1所示。但此圖集僅對(duì)水箱的外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了規(guī)定，并未對(duì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出要求。若內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理會(huì)使水箱內(nèi)冷、熱水區(qū)域分配混亂，溫度分布不均勻，導(dǎo)致熱水沒有經(jīng)過冷卻直接參與循環(huán)，而補(bǔ)充的冷水未經(jīng)充分利用就經(jīng)過溢流口排出，長期運(yùn)行會(huì)使熱量逐漸積累，水箱內(nèi)水溫逐漸升高，從而影響射水抽氣器的抽真空能力。

圖1 03R401-2開式水箱

2 射水箱優(yōu)化方案

2.1 射水箱供水系統(tǒng)優(yōu)化

射水箱供水模式一般采用開式供水系統(tǒng)，該系統(tǒng)可有效維持工作水溫，但水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。在保證射水箱水溫維持在設(shè)定值的前提下，合理用水、降本增效，因此提出了循環(huán)供水系統(tǒng)。循環(huán)供水系統(tǒng)是在開式供水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了射水箱冷卻水泵，其作用是將射水箱內(nèi)的升溫水直接抽到循環(huán)水站進(jìn)行冷卻，進(jìn)而形成射水箱冷卻水再次進(jìn)入射水箱對(duì)工作水進(jìn)行冷卻。這樣一方面避免了溢流造成的工業(yè)水浪費(fèi)，另一方面充分利用冷卻水站對(duì)循環(huán)水進(jìn)行冷卻，合理利用水資源。

上述措施雖然避免了水資源的浪費(fèi)，但是增加了水泵，提高了功耗，不符合節(jié)能增效的目的，因此對(duì)上述措施進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化：利用射水抽氣器余速抽氣口對(duì)軸封冷卻器進(jìn)行抽氣，以此來代替軸封風(fēng)機(jī)工作，抵消射水箱冷卻水泵增加的功耗，見圖2。

圖2 供水系統(tǒng)優(yōu)化方案

2.2 射水箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化

射水抽氣系統(tǒng)中的射水箱為循環(huán)水箱，需要滿足以下兩個(gè)條件：冷熱水區(qū)域分配合理；升溫水有足夠的自然冷卻時(shí)間。為了滿足射水箱的使用要求，在射水箱的內(nèi)部增加兩個(gè)阻流板，將射水箱分為三格，阻流板的高度位于溢流管口下20～25 cm處；同時(shí)將射水泵進(jìn)水口與射水抽氣器排水口設(shè)置在不同的格內(nèi)，見圖3。由圖3可以看到優(yōu)化后的射水箱增強(qiáng)了冷、熱水的對(duì)流作用，延長了熱水在水箱內(nèi)停留的時(shí)間，間接降低射水箱水溫。且射水泵吸入的工作水始終是補(bǔ)水管補(bǔ)充的低溫水，從而提高了射水抽氣器的工作效率。

圖3 射水箱結(jié)構(gòu)優(yōu)化示意圖

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

3.1 成本分析

由于射水箱優(yōu)化方案中增設(shè)了射水箱冷卻水泵及相應(yīng)的管道、附件，因此施工成本有所增加，成本總計(jì)增加約1萬元，具體情況見表1。

表1 某余熱利用項(xiàng)目施工成本

3.2 收益分析

（1）發(fā)電量增加：排氣壓力平均降低約1.5 kPa，發(fā)電量增加約1%，即15×0.01=0.15 MW/h，每度電按0.5元計(jì)算，則一年收益為60萬元/年。

（2）工業(yè)水節(jié)約：閉式循環(huán)供水系統(tǒng)相對(duì)于開式供水系統(tǒng)每小時(shí)可減少約1.28t的工業(yè)水消耗，每噸水按2.5元計(jì)算，則一年的收益約為3萬元。

綜合考慮射水箱優(yōu)化后的凈利潤約60余萬元/年。由此可得本文中的射水箱優(yōu)化方案創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

4 結(jié)語

鑒于對(duì)某余熱利用項(xiàng)目中的射水箱進(jìn)行優(yōu)化并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過對(duì)射水箱供水系統(tǒng)和射水箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)的優(yōu)化改造，可顯著減少工業(yè)水的消耗，提高了汽輪機(jī)的發(fā)電效率，具有降本增效的意義。此余熱利用項(xiàng)目的實(shí)踐表明：

（1）將補(bǔ)水系統(tǒng)改為循環(huán)供水系統(tǒng)，同時(shí)在水箱結(jié)構(gòu)內(nèi)增加阻流板，可有效控制水箱水溫，并達(dá)到節(jié)水的目的。

（2）年發(fā)電量增加超1000MW，年節(jié)約用水?dāng)?shù)萬元，年收入增加數(shù)十萬元。