汽轮机轴封系统经济性分析方法的研究

　　摘要：针对汽轮机轴封系统本身的特点，将轴封渗漏及其利用系统划分成轴封供汽和轴封回汽系统两部分，从而将辅助汽流按部位进行了归类。采用矩阵表示形式，使计算模型与热力系统结构之间一一对应。应用表明：这种分析思路更加清晰，并具有计算简洁、通用性强等优点，尤其适用于计算机编程，对实现火电机组的节能降耗具有一定意义。

　　关键词：轴封；热力系统；矩阵；热经济性

  引言轴封系统的作用是，在机组的压力段防止蒸汽向汽轮机外泄漏，在真空区段防止汽轮机外侧的空气向汽轮机内泄漏，从而提高机组热效率。门杆漏=+ rszrc (1)

　　式中 = / 表示抽汽效率，它反映 级及其以下抽汽处热变动的程度和做功变化。

　　若设 0为主系统的吸热量，则 1  kg 新蒸汽的吸热量变化为汽和轴封漏汽不仅损失了工质，还伴随有热量损失，它们都将降低机组的热经济性。为了减少工质和热量的损失，通常将其回收于回热系统，用以加热主凝结水或给水，达到提高经济性的目的。因此，轴封及其利用系统经济性分析方法的研究，对实现火电机组的节能降耗具有重要的意义。

　　轴封及其利用系统一般由轴封供汽系统和轴封回汽系统两部分组成。根据这种原则，本文采用矩阵分析法，计算时将整个系统经济性的变化分为轴封漏汽和轴封回汽而引起的两方面机组热经济性的变化，并以 N600-16.7/537/537 机组为例进行计算，验证该方法的正确性。

　　1轴封系统的热经济性分析模型1.1矩阵法基本分析方程 [1]若设主系统的功率为 0 ，则 1 kg 新蒸汽的内部功变化为rs       zrrs (2)

　　式中=  +bl + 0，为第 级加热器的抽汽系数和流入 (出） 第 级加热器的辅助汽流系数  为由辅助汽水引起的给水焓升的结构矩阵；bl,ss,rs为吹灰蒸汽系数、过热器喷水系数和再热器喷水系数。 0,    c,    zr,  为主蒸汽焓、排汽焓、再热蒸汽焓和给水焓。

　　1.2轴封供汽系统本文以自密封轴封系统为例[2,3]，将轴封供汽分成。从汽轮机通流部分离开和进入的蒸汽两部分进行分析。因此，轴封渗漏引起的做功和吸热量变式中 为再热之前从通流部分离开或进入的蒸汽数， 它不同于 为再热之前的抽汽段数，一般机组 =2，而 可以大于或者小于 2；负号表示蒸汽从汽轮机通流部分离开。

　　同理，在自密封系统轴封渗漏的利用中，由于减温后蒸汽从均压箱进入通流部分，因此其引起的做功和吸热量的变化量取正值，和上式计算类似。

　　1.3轴封回汽系统轴封回汽系统的作用是将高、中、低压缸轴端最末端的汽、气混合物回收至轴封加热器，回汽中的蒸汽凝结成水回收至凝汽器，确保汽轮机轴端无蒸汽漏出 [4]。分析计算中，同样将轴封渗漏及其利用系统分成两部分进行分析。

　　对于轴封回汽系统，轴封渗漏部分的计算按式(3)、(4) 即可；渗漏蒸汽的利用主要是指轴封加热器和各段抽汽的蒸汽回收利用，下面分别对其进行热经济性分析。

　　1.3.1 轴封渗漏蒸汽送入第 i 号加热器汽侧由矩阵法理论知，可以按辅助汽流进入 i 号加热器时对机组热经济性的影响进行分析，即做功和吸热量变化为2实例计算及检验2.1轴封系统简介国产 600 MW 机组的轴封系统，高压缸门杆漏汽A 和B 分别引入再热冷段管道和轴封加热器， 中压缸门杆漏气 K 引入 3 号加热器。高压缸的轴封漏气按压力不同，分别引进除氧器 (L1，L)，均压箱 (M1，M) 和轴封加热器 (N1，N)。中压缸的轴封漏气按压力不同，分别引进均压箱 P 和轴封加热器 R。低压缸的轴封用汽 S 来自均压箱，轴封排汽 T 引入轴封加热器。从高压缸的排汽管路抽出一股气流 J，不经再热器直接进中压缸以冷却中压缸转子叶根。

　　2.2轴封数据(1)轴封加热器压力=98 kPa，疏水比焓当量为 ，比焓为 的辅助汽流从第 i 级加热器进 (出) 回热加热系统时， 是 与 矩阵中的第 i 个列向量乘积。的填写规则为：主对角线元素为 ，其余元素及结构与 完全相同。

　　1.3.2 轴封加热器在热力系统中，轴封加热器实质相当于纯热量进入热力系统 [5]。纯热量被利用在加热器末级，排挤了部分末级加热器抽汽，因此汽轮机做功量增加。同时，也相应地减少了汽轮机侧的吸热量。

　　轴封加热器回收的漏汽进入系统引起的机组做功和吸热量的变化，也可用式 (5)、(6) 进行计算。其中， 的填写规则为，将轴封加热器传递到给水的能量添加到有纯热量进入的加热器对应的行，其余元素为 0，即= 0    ， 表示轴封加热器放出的纯热量。

　　根据得出总的做功和吸热量的变化量，系统能耗率指标被唯一确定。由于尚未考虑锅炉效率，因此评价系统指标仍用热耗率指标 [6]=3 600 /(2)机组各门杆漏气，轴封漏气等小流量及参数参。

　　不考虑轴封系统时，1 kg 新汽做功和吸热量分别为： 0 =1 210.482 J/g， 0 =2 631.803 J/g。此处的 0 ,  0不同于主系统的 0 ,  0 ，它们表示仅除去轴封 (门杆) 系统以外的实际系统。

　　经计算，轴封供汽系统做功和吸热量的变化为1 =   19.603 J/g，1 = 10.804 J/g轴封回汽系统做功和吸热量的变化为2 =7.140 7 J/g，2 =0机组 1 kg 新汽的做功量和吸热量分别为=  0 +1 +2 =1 198.02 J/g= 0 +1 +2 =2 621.0 J/g计算得，机组热耗率： =7 876.0 J/W·h。以上结果与应用常规法计算实际热力系统所得的热耗率相吻合，可见本文的方法是确实可行的。

　　3结论(1)针对汽轮机轴封系统本身的特点，将轴封渗漏及其利用系统划分成轴封供汽和轴封回汽系统两部分，从而将辅助汽流按部位进行了归类，使得分析思路更加清晰，计算不易出错。

　　(2)此方法反映了系统热力学状态、结构以及辅助汽流份额对内部功的影响，规律性强，可适用于任何轴封漏汽进出热力系统的定量分析与计算。

　　(3)对于实际系统，只要结构一定，机组的热经济性分析只与抽汽放热量、给水焓升及疏水放热量有关，在解决许多实际问题时，更为方便。

　　(4)该法概念清晰，易于掌握，具有规律性强、通用性好等特点，尤其适于用做计算机处理的数学模型，是火电厂热力系统经济运行在线分析的实用技术。

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