一种用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统和设计方法与流程

1.本发明属于汽轮机安全运行技术领域，涉及一种用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统和设计方法。


背景技术：

2.目前大型汽轮机的轴封均为自密封结构，低压缸轴封供汽通过高、中压缸轴封的漏汽经过喷水减温后进入低压缸轴封。为了确保低压轴封和轴封的安全，进入低压缸轴封温度通常需要控制在121～177℃，压力约在0.13mpa附近。
3.但是，低压缸轴封的进汽量相对较少，以某350mw超临界机组为例，其额定进汽量为1.6t/h,所需的减温水量约为0.3t/h左右，轴封母管的管道规格为φ219
×
9，轴封母管处的蒸汽流速较低约为19m/s。在轴封母管处进行喷水冷却蒸汽时，由于蒸汽流速较低、加之小流量的减温水无法进行精确控制，使得低压缸进汽温度难以实现自动控制。经过调研，低压轴封进汽温度自动控制超限，在目前火力发电厂中是一个普遍存在的问题。有些电厂甚至需要手动控制低压轴封进汽温度，大大增加了运行人员的工作量。低压轴封进汽温度若控制过高，会造成低压缸前、后端汽封严重超温，导致轴封间隙变大，使轴封漏汽量增大，润滑油系统供汽产生凝结水，凝结水窜入润滑油回油系统中，造成润滑油油质不合格。低压轴封进汽温度若控制过低，则会造成轴封进汽带水，相变将会对轴封和机组安全运行的安全性造成严重威胁。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统和设计方法，该系统和设计方法能够实现低压轴封进汽温度的自动稳定控制，提高低压轴封供汽的安全性。
5.为达到上述目的，本发明所述的用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统包括辅助蒸汽管道、再热冷段蒸汽管道、凝结水管道、减温水调阀、轴封母管、雾化喷头、低压缸轴封进汽母管、汽轮机低压缸、第一低压轴封进汽支管及第二低压轴封进汽支管；
6.辅助蒸汽管道及再热冷段蒸汽管道与轴封母管相连通，凝结水管道经减温水调阀与雾化喷头相连通，轴封母管上设置有蒸汽引出口，所述蒸汽引出口经低压缸轴封进汽母管与第一低压轴封进汽支管的一端及第二低压轴封进汽支管的一端相连通，第一低压轴封进汽支管的另一端及第二低压轴封进汽支管的另一端与汽轮机低压缸中的低压轴封相连通；
7.第一低压轴封进汽支管上设置有第一低压轴封进汽支管温度监测装置，第二低压轴封进汽支管上设置有第二低压轴封进汽支管温度监测装置，控制器与第一低压轴封进汽支管温度监测装置、第二低压轴封进汽支管温度监测装置及减温水调阀相连接。
8.轴封母管内设置有衬套，其中，雾化喷头位于所述衬套内。
9.凝结水管道经减温水手动阀及减温水调阀与雾化喷头相连通。
10.第一低压轴封进汽支管温度监测装置及第二低压轴封进汽支管温度监测装置均为热电偶。
11.还包括第一轴封母管疏水装置及第二轴封母管疏水装置；
12.第一轴封母管疏水装置及第二轴封母管疏水装置均与轴封母管相连通，且衬套位于第一轴封母管疏水装置与第二轴封母管疏水装置之间。
13.轴封母管上设置有压力测点，其中，压力测点、衬套及蒸汽引出口沿蒸汽流动方向依次分布。
14.一种用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统的设计方法，包括：
15.衬套的内径d2为：
[0016][0017]
其中，g为进入低压轴封的设计流量，υ为介质比容，ω
max
为介质流速。
[0018]
雾化喷头与衬套出口之间的距离h1满足式(4)所示的条件：
[0019]
h1≥ω
max
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0020]
其中，ω
max
为衬套内蒸汽的最大流速，t为水滴完全雾化所需要的时间。
[0021]
雾化喷头与蒸汽引出口之间的距离h2满足式(5)所示的条件：
[0022]
h2≥0.3ω
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0023]
其中，ω
max
为衬套内蒸汽的最大流速。
[0024]
本发明具有以下有益效果：
[0025]
本发明所述的用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统和设计方法在具体操作时，控制器根据第一低压轴封进汽支管温度监测装置及第二低压轴封进汽支管温度监测装置测量得到的温度控制减温水调阀，以控制进入到轴封母管中减温水的量，继而控制进入到低温轴封中低温轴封蒸汽的温度，实现低压轴封进汽温度的自动稳定控制，提高低压轴封供汽的安全性。
附图说明
[0026]
图1为本发明的结构示意图；
[0027]
图2为减温水流量调节阀的流量特性曲线图；
[0028]
其中，1为减温水手动阀、2为减温水调阀、3为轴封母管、4为雾化喷头、5为衬套、6为蒸汽引出口、7为第一轴封母管疏水装置、8为第二轴封母管疏水装置、9为低压缸轴封进汽母管、10为第一低压轴封进汽支管温度监测装置、11为第二低压轴封进汽支管温度监测装置、12为汽轮机低压缸、13为压力测点、14为第一低压轴封进汽支管、15为第二低压轴封进汽支管。
具体实施方式
[0029]
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以
下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，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例，都应当属于本发明保护的范围。
[0030]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0031]
参考图1，本发明所述的用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统包括减温水手动阀1、减温水调阀2、轴封母管3、雾化喷头4、衬套5、第一轴封母管疏水装置7、第二轴封母管疏水装置8、低压缸轴封进汽母管9、第一低压轴封进汽支管温度监测装置10、第二低压轴封进汽支管温度监测装置11、汽轮机低压缸12、第一低压轴封进汽支管14及第二低压轴封进汽支管15；
[0032]
轴封母管3内设置有衬套5，其中，雾化喷头4位于所述衬套5内，辅助蒸汽管道及再热冷段蒸汽管道与轴封母管3相连通，凝结水管道经减温水手动阀1及减温水调阀2与雾化喷头4相连通，轴封母管3上设置有蒸汽引出口6，所述蒸汽引出口6经低压缸轴封进汽母管9与第一低压轴封进汽支管14的一端及第二低压轴封进汽支管15的一端相连通，第一低压轴封进汽支管14的另一端及第二低压轴封进汽支管15的另一端与汽轮机低压缸12中的低压轴封相连通。
[0033]
第一低压轴封进汽支管14上设置有第一低压轴封进汽支管温度监测装置10，第二低压轴封进汽支管15上设置有第二低压轴封进汽支管温度监测装置11，第一低压轴封进汽支管温度监测装置10及第二低压轴封进汽支管温度监测装置11均为热电偶，且与减温水调阀2锁连。
[0034]
第一轴封母管疏水装置7及第二轴封母管疏水装置8均与轴封母管3相连通，且衬套5位于第一轴封母管疏水装置7与第二轴封母管疏水装置8之间，汽轮机低压缸12的出口与第二轴封母管疏水装置8相连通。
[0035]
轴封母管3上设置有压力测点13，其中，压力测点13、衬套5及蒸汽引出口6沿蒸汽流动方向依次分布。
[0036]
在工作时，低压轴封供汽的减温水从凝结水管道引出，再经减温水手动阀1及减温水调阀2后由雾化喷头4进行雾化，雾化后减温水与轴封母管3内的蒸汽混合，实现对轴封母管3内的蒸汽进行降温，降温后的蒸汽经蒸汽引出口6引出进入到第一低压轴封进汽支管14及第二低压轴封进汽支管15中，然后进入到汽轮机低压缸12中的低压轴封，实现低压轴封供汽。
[0037]
本发明所述用于提升火力发电厂低压轴封供汽安全性的系统的设计方法，包括：
[0038]
轴封母管3的设计内径为200mm，汽轮机低压缸12中低压轴封的额定进汽量为1.5t/h,轴封母管3的压力0.13mpa,低压轴封的进汽温度为121
‑
177℃，减温水的压力波动范围为1.2
‑
3.5mpa,减温水的温度波动范围为25
‑
45℃。
[0039]
减温水调阀2的流量特性需接近于线性特性，流量特性如图2所示。减温水流量按照质量守恒方程式(1)及能量守恒方程式(2)进行计算，减温水调阀2的设计额定流量为
0.5t/h，可在0.2t/h
‑
0.8t/h范围内实现线性调节。
[0040]
m
jq
＝m
jws
m
zq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0041]
m
jq
h
jq
＝m
jws
h
jws
m
zq
h
zq
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0042]
衬套5的内径d2按照式(3)计算得到，其中，g为进入低压轴封的设计流量，υ为介质比容，ω
max
为介质流速，设计工况下介质流速大于25m/s，选取内径为160mm。
[0043][0044]
雾化喷头4与衬套5出口之间的距离h1满足式(4)所示的条件，ω
max
为衬套5内蒸汽的最大流速，t为水滴完全雾化所需要的时间,雾化喷头4与衬套5入口之间的距离大于等于5d2。
[0045]
h1≥ω
max
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0046]
蒸汽引出口6位于轴封母管3的顶部，且雾化喷头4与蒸汽引出口6之间的距离h2满足式(5)所述的条件，当蒸汽引出口6的最大流速为25m/s，则h2的长度为7.5m。
[0047]
h2≥0.3ω
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0048]
雾化喷头4为弹簧喷头，雾化喷头4深入轴封母管3内部延伸至其轴线位置处，雾化喷头4的喷射方向和蒸汽流动方向一致。
[0049]
第一轴封母管疏水装置7包括依次相连通的手动门、自动疏水器及手动门，用于正常运行时及时排出疏水；第一轴封母管疏水装置7包括依次相连通的疏水手动阀和疏水气动阀，用于机组启动和停机过程中进行疏水。
[0050]
第一低压轴封进汽支管温度监测装置10及第二低压轴封进汽支管温度监测装置11与蒸汽引出口6之间的距离均为2m。
[0051]
减温水调阀2的控制对象为第一低压轴封进汽支管温度监测装置10及第二低压轴封进汽支管温度监测装置11所测结果的平均值。