何瑞， 宮傳瑤

(東方汽輪機(jī)有限公司， 四川 德陽(yáng)， 618000 )

1 前言

常規(guī)背壓機(jī)組的旁路蒸汽、 疏水系統(tǒng)排汽以及其他乏汽等都直接排入大氣, 造成大量工質(zhì)浪費(fèi)以及生態(tài)環(huán)境破壞。 一些大型背壓機(jī)組, 因整個(gè)主汽流量非常大, 造成的工質(zhì)浪費(fèi)及環(huán)境破壞問(wèn)題將更加嚴(yán)重, 回收這部分蒸汽就成為背壓機(jī)朝大型化發(fā)展必須面臨的問(wèn)題。 本文以某大型背壓式汽輪機(jī)為例, 介紹了一種用于回收旁路蒸汽,疏水系統(tǒng)排汽以及各種溢流蒸汽等的蒸汽回收器,該回收器還同時(shí)回收給水泵汽輪機(jī)排汽。

2 回收器工況分析

以某項(xiàng)目為例, 回收器設(shè)計(jì)背壓6 kPa （a）,設(shè)計(jì)冷卻水溫度23 ℃, 回收器主要用于接收給水泵汽輪機(jī)排汽、 大機(jī)排汽溢流蒸汽、 軸封溢流蒸汽、低壓旁路蒸汽、 各種疏水以及補(bǔ)水等, 設(shè)計(jì)工況比較復(fù)雜, 不同工況回收器的熱負(fù)荷差異很大,主要設(shè)計(jì)工況見(jiàn)表1。

從表1 中數(shù)據(jù)可以看出, 工況二回收器主要接收小機(jī)排汽及軸封溢流蒸汽, 接收的工質(zhì)流量最小, 約52.5 t/h； 工況四回收器主要接收軸封溢流蒸汽、 中排溢流蒸汽和旁路蒸汽, 回收器接收的工質(zhì)流量最大, 約295 t/h, 為工況二的5.6 倍,且工況四的蒸汽參數(shù)比工況一高。

3 回收器設(shè)計(jì)難點(diǎn)

通過(guò)以上回收器的運(yùn)行工況可以看出回收器不同工況之間熱負(fù)荷差異很大, 若按照常規(guī)凝汽器的思路進(jìn)行設(shè)計(jì), 將存在如下難點(diǎn)：

（1）回收器設(shè)計(jì)水量選型困難, 若水量選型過(guò)小, 在高負(fù)荷時(shí)回收器運(yùn)行背壓將超出運(yùn)行限制,若選型過(guò)大, 小負(fù)荷工況運(yùn)行又不經(jīng)濟(jì), 若采用不同負(fù)荷不同水量運(yùn)行又存在切換調(diào)節(jié)比較困難的問(wèn)題；

（2）為兼顧高負(fù)荷工況,回收器面積不會(huì)太小,若采用常規(guī)雙流程結(jié)構(gòu), 保證回收器冷卻管流速在合理范圍內(nèi), 冷卻管將非常長(zhǎng), 使得回收器的布置非常困難；

（3）旁路管道以及小機(jī)排汽管道均從回收器頂部接入, 因回收器整體尺寸較小, 蒸汽進(jìn)入回收器后能否使蒸汽均勻進(jìn)入回收器換熱區(qū)域?qū)⒂绊懟厥掌鞯恼w換熱性能；

（4）背壓機(jī)非常大的抽汽量, 導(dǎo)致系統(tǒng)補(bǔ)水量也非常大, 將大量不凝結(jié)氣體帶入回收器, 既影響回收器的換熱性能又使凝結(jié)水含氧量非常高。

4 回收器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 冷卻水流量選型

通過(guò)對(duì)回收器不同工況進(jìn)行熱力計(jì)算, 在相同的面積、 水溫條件下, 回收器水量以及背壓計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

從表2 可以看出, 回收器在不同工況下, 需要不同的水量來(lái)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)背壓要求, 工況一和工況二只需要3 100 t/h 冷卻水量即可滿(mǎn)足長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行要求, 而工況四則需要17 000 t/h 水量才能達(dá)到設(shè)計(jì)背壓要求, 水量差異非常大, 若在不同工況采用不同水量運(yùn)行, 工況切換過(guò)程進(jìn)行水量切換難度非常大, 基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 考慮到工況四為短時(shí)運(yùn)行工況, 運(yùn)行背壓可以適當(dāng)提高, 綜合考慮運(yùn)行的可行性以及經(jīng)濟(jì)性, 將各工況運(yùn)行水量均按照5 500 t/h 進(jìn)行設(shè)計(jì), 這樣在工況一和工況二回收器運(yùn)行背壓約為4.7 kPa, 工況三運(yùn)行背壓正好達(dá)到設(shè)計(jì)背壓6 kPa, 在工況四, 回收器運(yùn)行背壓達(dá)到約17.5 kPa （夏季水溫按33 ℃考慮, 運(yùn)行背壓約26.8 kPa）, 滿(mǎn)足安全運(yùn)行要求, 最終水量按5 500 t/h 進(jìn)行設(shè)計(jì)。

4.2 回收器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如前所述, 回收器需要滿(mǎn)足較大負(fù)荷跨度的運(yùn)行要求, 面積相對(duì)較大, 而水量相對(duì)非常小,若按照常規(guī)的單流程或雙流程設(shè)計(jì), 要使冷卻管流速滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求, 就必須將冷卻管設(shè)計(jì)得更長(zhǎng)。

上述問(wèn)題與一些高背壓改造凝汽器所面臨的問(wèn)題類(lèi)似, 高背壓凝汽器正常運(yùn)行時(shí)水量較大,在高背壓運(yùn)行時(shí)采用熱網(wǎng)回水作為冷卻水, 水量非常小。 高背壓凝汽器一般設(shè)計(jì)成通過(guò)外部管道閥門(mén)的切換使凝汽器在正常運(yùn)行時(shí)按雙流程運(yùn)行,在高背壓運(yùn)行工況時(shí)按四流程運(yùn)行, 運(yùn)行流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

圖1 外部四流程示意圖

通過(guò)圖1 中外部切換可以解決水量小、 流速低、 冷卻管過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題, 但高背壓凝汽器在正常運(yùn)行與高背壓運(yùn)行之間都有一次停機(jī)切換過(guò)程,而本回收器各工況之間的切換可能是隨時(shí)進(jìn)行,無(wú)停機(jī)切換過(guò)程, 因此外部四流程在本回收器上不適用。

為滿(mǎn)足使用要求, 本回收器采用內(nèi)部四流程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì), 外形見(jiàn)圖2, 流程示意圖見(jiàn)圖3, 既保證了冷卻管流速滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求, 又使得管長(zhǎng)大大減小, 進(jìn)而使整個(gè)回收器外形尺寸減小, 便于廠房布置, 同時(shí)也不需要在工況之間進(jìn)行水側(cè)切換,方便運(yùn)行控制。

圖2 回收器外形圖

圖3 回收器流程示意圖

4.3 旁路管道以及小機(jī)排汽管道布置

旁路管道以及小機(jī)排汽管道根據(jù)布置要求,均從回收器頂部接入, 回收器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要保證回收器具有足夠的強(qiáng)度, 以滿(mǎn)足管道推力的影響。同時(shí), 管道從頂部接入, 為防止高能汽流直接沖擊冷卻管, 以及使蒸汽均勻進(jìn)入回收器換熱區(qū)域,需要在回收器內(nèi)部進(jìn)行適當(dāng)導(dǎo)流設(shè)計(jì)。

4.4 凝結(jié)水除氧

因背壓機(jī)組抽走了大量蒸汽用于供熱, 為保持工質(zhì)平衡, 系統(tǒng)需要補(bǔ)充大量除鹽水, 除鹽水通過(guò)回收器補(bǔ)入, 補(bǔ)水含氧量非常高, 導(dǎo)致回收器凝結(jié)水含氧量非常高, 表3 為不同工況的補(bǔ)水量統(tǒng)計(jì)。 由表3 可知, 工況二回收器接收的排汽量約52.5 t/h, 補(bǔ)水量660 t/h, 該工況為機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行工況, 回收器內(nèi)如此小的蒸汽量需要對(duì)如此大量的補(bǔ)水進(jìn)行除氧, 無(wú)法保證凝結(jié)水含氧量達(dá)到鍋爐給水的品質(zhì)要求, 為此需要在回收器后給水管道上分別增設(shè)一級(jí)低壓除氧器和一級(jí)高壓除氧器, 利用汽輪機(jī)抽/排汽對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行除氧。同時(shí), 在回收器內(nèi)對(duì)補(bǔ)水進(jìn)行充分霧化, 利用回收器內(nèi)真空空間對(duì)回收器進(jìn)行初步真空除氧, 在回收器熱井, 盡可能利用進(jìn)入回收器的溫度較高的乏汽（如軸封溢流蒸汽） 對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行初步的鼓泡加熱除氧, 以降低凝結(jié)水過(guò)冷度, 進(jìn)而降低回收器凝結(jié)水的含氧量, 提高給水品質(zhì)。

表3 回收器補(bǔ)水工況

5 結(jié)束語(yǔ)

本文采用內(nèi)部四流程結(jié)構(gòu)的蒸汽回收器, 用于回收背壓機(jī)組旁路蒸汽、 給水泵汽輪機(jī)排汽、軸封溢流蒸汽以及各種疏水, 為乏汽回收尤其是各種背壓式抽汽機(jī)組的乏汽回收提供了一種新的設(shè)計(jì)思路。