给水泵汽轮机自带排汽装置的开发研究

时间：2024-08-31

刘静，边技超，白雅贺

(中国能源建设集团北京电力设备总厂有限公司，北京 102401)

0 引言

随着我国市场经济政策的日益完善，国企尤其是制造业国企面临着越来越大的竞争压力。所以怎样在日常经营过程中不断拓展业务领域，满足客户日益多样的个性化需求就成了重中之重[1-3]。随着国家环保政策的日益严格，火电行业的发展受到了很大限制，所以我厂的传统的拖动电厂锅炉给水泵用汽轮机的发展受到了很大影响，而应对办法之一就是要大力开拓化工、钢铁、冶金、煤炭等非电领域的市场。传统电厂给水泵汽轮机进排汽等热力参数变化不大，排汽管道一般直接与主机凝汽器相连，排汽直接进入主机凝汽器[4-6]。但是化工、钢铁等非电领域给水泵汽轮机更加强调“定制化”生产，每个项目的给水泵汽轮机的进汽参数都有可能差距很大，需要针对每一个项目进行“定制化”设计开发。

排汽装置连接在给水泵汽轮机低压缸与空冷岛之间，具有排汽管道、凝结水收集、疏水扩容等功能[7]。本文介绍了某煤化工项目中，直接空冷凝汽式汽动锅炉给水泵自带排汽装置的开发过程，最终运行结果也表明了排汽装置良好的功能与性能，为同类产品的开发提供了一定借鉴意义。

1 机组介绍

某煤化工项目，主机为1台100 MW高温高压抽汽凝汽式直接空冷发电汽轮机，配套2台电动锅炉给水泵和1台直接空冷凝汽式汽动锅炉给水泵。给水泵汽轮机排汽并不是进入主机凝汽器，而是通过自带的排汽装置进入空冷凝汽器。排汽装置是连接汽轮机低压缸与空冷岛之间的一个重要设备，其兼有排汽管道、凝结水收集、疏水扩容等功能，排汽装置设置在直接空冷汽轮机组上，与低压缸通过膨胀节连接，典型的直接空冷凝汽式汽轮机排汽系统如图1所示。汽轮机轴封用汽来自动力装置的低压蒸汽管，经减压阀调节后供给小机轴封；轴封回汽和门杆漏汽经轴封冷却器冷却凝结后进入小机排汽装置，小机主汽门疏水和前、后汽缸疏水直接接入小机排汽装置疏水扩容器。

2 开发设计方案

此项目的具体热力参数如表1所示。另外其需要接收的介质包括：凝结水泵再循环水、轴封加热器疏水、汽封调节站溢流回汽、汽缸本体低点疏水、主蒸汽管道疏水、汽轮机低压缸排汽以及凝结水泵排空等，所以需要按照上述参数和介质要求设计排汽装置本体。

表1 各工况点具体热力参数表

经过计算、校核与设计，最终确定了如下设计方案：

1)排汽装置壳体采用焊接钢结构，其刚度和强度能承受管道的转移荷载、自重和内外压差；

2)排汽装置壳体采用适当的肋板加固，使来自汽轮机和管道的振动不对排汽装置造成冲击和共振；

3)排汽装置内部流量分布与挡板布局合理，足以防止高速或高温流体冲蚀管束和结构部件；

4)排汽装置热井出水口设有防涡流装置且高于热井底部100 mm，以防止杂物进入，同时该处设置滤网；热井放水口管道带有真空隔离门，能在1 h内排出正常水位下的全部凝结水；

5)热井内布置疏水扩容器，其容积、强度、横截面积、内部管道布局均满足向排汽装置的排汽、疏水要求；

6)汽颈部装设有不锈钢膨胀节，以便吸收汽机排汽缸在任何方向上偏离排汽缸水平中心线与垂直中心线的位移。

3 各部件开发设计

3.1 二级减温减压消能装置

此级减温减压消能装置，直接布置在排汽装置上，主要作用是使得低压过热蒸汽通过该装置减压及减温后，低于排汽装置允许的最高温度和压力，然后进入排汽装置，用于汽轮机启动时保证空冷岛冬季正常启动，低压过热蒸汽主要参数如表2所示。

表2 低压过热蒸汽热力参数表

二级减温减压消能装置暂按照15 t/h考虑。二级消能装置减温水考虑采用凝结水，凝结水正常运行压力为0.25～0.5 MPaG之间。根据以上要求进行了设计、开发，然后经过反复计算、模拟，最终成功完成了二级减温减压消能装置的开发。

3.2 接口的受力计算[8-10]

排汽装置上有大量接口，如表3所示。

表3 排汽装置接口

根据相关标准及业主要求，最终设计、计算、校核、优化的结果满足了如下要求：

1)接口定位尺寸满足工程安装要求；

2)主要接口各个方向受力不小于10 kN；

3)主要接管标明允许管道传递的反力、力矩及管道的最高工作压力，及其最危险的受力组合，满足业主要求。

3.3 弹性支座的开发设计

为了使得排汽装置在空载、运行、充水试验时均可以避免荷载超量，而不会引起排汽装置的过量变形，需要将其底部支座设计为弹性支座，并设定死点座。

为此对其进行了反复计算、校核与模拟，使得其满足设计要求。弹性支座结构外形如图2所示，设定的死点座如图3所示。最终开发完成的直接空冷凝汽式锅炉给水泵汽轮机排汽装置的功能设计、结构、性能、安装和试验等方面均能满足现场运行要求，并且满足国家有关安全、环保等强制性标准。装置外形如图4所示，具体结构如图5所示。