CN207245763U - 一种高温气冷堆汽轮机汽封供汽*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高温气冷堆背压式汽轮机汽封供汽***，主蒸汽***的出口分为两路，其中一路与背压式汽轮机的入口相连通，另一路与主蒸汽减压阀的入口相连通，主蒸汽减压阀的出口与背压式汽轮机的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路与高压缸汽封的入口及喷水减温器的入口相连通，另一路与除氧器相连通，凝结水***的出口与喷水减温器的入口相连通，喷水减温器的出口与低压缸汽封的入口及凝汽器的入口相连通，该***能够使汽轮机的高压缸汽封供汽温度与高压缸金属温度相匹配，避免两种汽源切换过程对机组造成的扰动，避免辅助电锅炉长期运行造成的供汽封蒸汽品质下降到的问题，并且经济性较好。

Description

一种高温气冷堆汽轮机汽封供汽***

技术领域

本实用新型属于核电技术领域，涉及一种高温气冷堆汽轮机汽封供汽***。

背景技术

汽轮机汽封***用来密封汽轮机动静部件之间的间隙，是汽轮机的重要组成部件。目前，汽轮机汽封问题已成为影响汽轮机安全性和经济性的重要因素。主要有两方面原因：(1)汽封设计结构本身存在问题，使得汽轮机长期运行时汽封体极易损坏，造成低压缸汽封密封不严而引起真空降低，汽耗增大，汽轮机效率降低，严重情况下引起汽轮机动静部件摩擦，轴承振动值升高，甚至造成汽轮机转子永久弯曲等严重事故，该问题主要通过对汽封结构进行设计改进来解决；(2)汽封供汽***可靠性差，使得汽封供汽压力和温度不能够严格满足汽轮机运行需求。汽轮机长期运行情况下，汽封供汽压力过高将导致蒸汽漏入轴承箱，造成润滑油中带水而乳化，引起油膜振荡，严重时会导致轴瓦烧毁；供汽压力过低时，同样会引起低压缸轴端汽封密封不严；供汽温度过高会造成汽轮机轴承温度升高，增加了汽封金属材料的蠕变性，从而造成汽封变形损坏；供汽温度过低会引起汽轮机汽缸积水，机组胀差值增大。有鉴于此，如何提高汽轮机汽封可靠性成为了一项重要的研究课题。目前对如何改进汽封设计结构方面取得了各方面的研究成果，但就如何提高汽封供汽***可靠性方面的研究甚少，汽轮机实际运行过程中经常通过积累经验来调整汽封供汽参数。

球床模块式高温气冷堆核电站是目前国际公认的***先进反应堆，211MW高温气冷堆汽轮机汽封供汽***流程如下图1所示。根据汽轮机冷态、稳态和热态启动工况的不同，分别由辅助电锅炉蒸汽***和主蒸汽***提供汽封汽源。汽轮机冷态或稳态启动时，来自辅助电锅炉的过热蒸汽(1.6MPa、350℃)经调节阀减压至0.025-0.031MPa后分为两路：一路直接供高压缸汽封来防止蒸汽从缸体漏出，另一路经过喷水减温器减温至121-177℃后供低压缸汽封来防止外部空气漏入缸体，该喷水减温器冷却水源来自凝结水***，汽轮机热态或极热态启动时，来自反应堆出口的主蒸汽(13.9MPa、576℃)经过调节阀减压至0.025-0.031MPa，经过一级喷水减温器减温至300-450℃后分为两路：一路直接供高压缸汽封，另一路经过二级喷水减温器减温至121-177℃后供低压缸汽封。汽轮机正常运行期间，通过溢流阀控制汽封供汽母管压力不高于0.031MPa，当汽轮机负荷达到额定负荷的25％后，通过高压缸汽封漏汽来密封低压缸汽封，当负荷达到额定负荷的50％后实现自密封，辅助电锅炉蒸汽***或主蒸汽***退出。

该设计方案在汽轮机冷态、稳态和热态不同启动工况时使用了两种汽封汽源，从而实现汽封供汽参数初步调整来满足机组需求。但该设计方案至少存在以下弊端：(1)按照汽轮机启动调试导则(DLT863-2004)规定：汽轮机启动过程中高压缸汽封供汽温度应与高压缸金属温度相匹配(一般温差≤85℃)，机组冷态和稳态启动时，辅助电锅炉出口蒸汽温度恒定，难以动态匹配启动过程中高压缸金属温度的变化，极易造成汽封供汽温度偏高或偏低的现象，严重影响机组安全；(2)机组热态和极热态启动时，主蒸汽供汽封压力由13.24MPa降至0.025-0.031MPa，此过程中会造成大量的压降损失，经济性较差。同时减压阀前后较高的压力差，本身就存在阀门易损坏的风险；(3)辅助电锅炉在长期运行情况下，供汽封蒸汽品质会存在一定程度下降，对汽轮机长期可靠运行会造成一定的影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆汽轮机汽封供汽***，该***能够使汽轮机的高压缸汽封供汽温度与高压缸金属温度相匹配，避免两种汽源切换过程对机组造成的扰动，避免辅助电锅炉长期运行造成的供汽封蒸汽品质下降到的问题，并且经济性较好。

为达到上述目的，本实用新型所述的高温气冷堆汽轮机汽封供汽***包括主蒸汽***、主蒸汽减压阀、背压式汽轮机、高压缸汽封、喷水减温器、除氧器、凝结水***、低压缸汽封及凝汽器；

主蒸汽***的出口分为两路，其中一路与背压式汽轮机的入口相连通，另一路与主蒸汽减压阀的入口相连通，主蒸汽减压阀的出口与背压式汽轮机的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路与高压缸汽封的入口及喷水减温器的入口相连通，另一路与除氧器相连通，凝结水***的出口与喷水减温器的入口相连通，喷水减温器的出口与低压缸汽封的入口及凝汽器的入口相连通。

背压式汽轮机的出口与主蒸汽减压阀的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路经汽封供汽母管减压阀与高压缸汽封的入口及喷水减温器的入口相连通，另一路经主蒸汽供除氧器调节阀与除氧器相连通。

除氧器的出口经汽动给水泵与除氧器的入口相连通，背压式汽轮机与汽动给水泵同轴布置。

凝结水***的出口经调节阀与喷水减温器的入口相连通。

喷水减温器与凝汽器之间通过汽封溢流调节阀相连通。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型所述的高温气冷堆背压式汽轮机汽封供汽***及方法在具体操作时，主蒸汽***的出口分为两路，其中一路与背压式汽轮机的入口相连通，另一路与主蒸汽减压阀的入口相连通，背压式汽轮机的出口及主蒸汽减压阀的出口经管道并管后分为两路，其中一路与除氧器相连通，另一路与喷水减温器及高压缸汽封相连通，通过调节背压式汽轮机，使背压式汽轮机的排汽温度与汽轮机高压缸的金属温度值相匹配，同时采用单一汽源，实现汽轮机启动过程中高压缸汽封供汽温度与高压缸金属温度相匹配，极大地提高了汽轮机运行的安全稳定性，同时避免现有技术采用两种汽源切换过程中对机组可能造成的扰动，利于机组稳定运行。同时本实用新型取消电锅炉蒸汽供汽封***，避免长期运行时汽封蒸汽品质降低的问题，同时本实用新型中除氧器加热汽源通过主蒸汽自给，极大的缩短了汽轮机启动的时间，提高了机组的运行经济性。

进一步，背压式汽轮机与汽动给水泵同轴布置，通过一部分主蒸汽压降损耗来驱动背压式汽轮机，通过背压式汽轮机驱动汽动给水泵，从而通过汽动给水泵来循环加热除氧器的给水，实现能量的回收利用。

附图说明

图1为现有供汽***的结构示意图；

图2为本实用新型的结构示意图。

其中，1为主蒸汽***、2为主蒸汽减压阀、3为背压式汽轮机、4为汽封供汽母管减压阀、5为主蒸汽供除氧器调节阀、6为汽动给水泵、7为除氧器、8为凝结水***、9为调节阀、10为喷水减温器、11为高压缸汽封、12为低压缸汽封、13为汽封溢流调节阀、14为凝汽器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参考图1，本实用新型所述的高温气冷堆汽轮机汽封供汽***包括主蒸汽***1、主蒸汽减压阀2、背压式汽轮机3、高压缸汽封11、喷水减温器10、除氧器7、凝结水***8、低压缸汽封12及凝汽器14；主蒸汽***1的出口分为两路，其中一路与背压式汽轮机3的入口相连通，另一路与主蒸汽减压阀2的入口相连通，主蒸汽减压阀2的出口与背压式汽轮机3的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路与高压缸汽封11的入口及喷水减温器10的入口相连通，另一路与除氧器7相连通，凝结水***8的出口与喷水减温器10的入口相连通，喷水减温器10的出口与低压缸汽封12的入口及凝汽器14的入口相连通。

背压式汽轮机3的出口与主蒸汽减压阀2的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路经汽封供汽母管减压阀4与高压缸汽封11的入口及喷水减温器10的入口相连通，另一路经主蒸汽供除氧器调节阀5与除氧器7相连通；除氧器7的出口经汽动给水泵6与除氧器7的入口相连通，背压式汽轮机3与汽动给水泵6同轴布置；凝结水***8的出口经调节阀9与喷水减温器10的入口相连通；喷水减温器10与凝汽器14之间通过汽封溢流调节阀13相连通；背压式汽轮机3为背压式背压式汽轮机。

本实用新型的具体工作过程为：

汽轮机启动时，主蒸汽***1输出的主蒸汽进入到背压式汽轮机3及主蒸汽减压阀2中，根据汽轮机高压缸金属温度值设定背压式汽轮机3的排汽压力及排汽温度，使背压式汽轮机3的排汽温度与汽轮机高压缸的金属温度值相匹配，同时使主蒸汽经主蒸汽减压阀2后的压力与背压式汽轮机3的排汽压力相一致，背压式汽轮机3输出的蒸汽及主蒸汽减压阀2输出的蒸汽汇流后分为两路，其中一路进入到除氧器7中，另一路进入到高压缸汽封11及喷水减温器10中，然后再经喷水减温器10减温后进入到低压缸汽封12及凝汽器14中，其中，喷水减温器10在减温过程中通过凝结水***8输出的水作为喷水减温器10的冷却水源，汽轮机冲转、并网并带负荷工作后，当汽轮机负荷达到额定负荷的50％以上时，汽轮机汽封实现自动密封，则关闭主蒸汽***1。

实施例一

以211MW高温气冷堆为例，机组启动期间主蒸汽总流量为129600kg/h，本实用新型中主蒸汽***1供汽封流量为4000kg/h，在机组不同启动工况下背压式汽轮机3进汽平均流量为3600kg/h，进汽压力为13.9MPa，进汽平均温度为450℃，排汽平均压力为4MPa，排汽平均温度为300℃，汽轮机效率为70％，以年发电7000h，机组年启动100h计算，初步估算可节约能量达15100kW·h。

采用本实用新型后具体工作过程为：

1.汽轮机冷态启动过程：

1)反应堆开始启动，当反应堆功率提升至满功率的20％后，蒸汽发生器出口工质为饱和蒸汽(压力：13.9MPa，温度：336.1℃)；主蒸汽***1输出的蒸汽进入背压式汽轮机3(排汽压力：1.6MPa，排汽温度：200℃)中，同时将主蒸汽减压阀2投自动并跟踪背压式汽轮机3的排汽压力值，保证经主蒸汽减压阀2输出蒸汽的压力与背压式汽轮机3的排汽压力一致；将汽封供汽母管减压阀4投自动并将其排汽压力设定为0.025-0.031MPa，将调节阀9投自动并将其出口处凝结水的温度设定为121-177℃，由凝结水***8作为喷水减温器10的冷却水源，汽封供汽母管减压阀4输出的蒸汽进入到高压缸汽封11及喷水减温器10，喷水减温器10输出的蒸汽供给低压缸汽封12；汽封溢流调节阀13自动跟踪汽封供汽母管的压力，当汽封供汽母管压力大于0.031MPa后，汽封溢流调节阀13开启并使得供汽母管压力维持在0.031MPa，溢流出来的蒸汽排入凝汽器14中；

2)主蒸汽供除氧器调节阀5投自动并跟踪主蒸汽减压阀2后汽封供汽流量，当汽封供汽流量满足机组需求后，经过主蒸汽供除氧器调节阀5将剩余主蒸汽排入除氧器7中，同时由汽动给水泵6对除氧器7进行循环加热，以提高除氧器7的热力除氧效率；

3)随着反应堆功率提升，汽轮机高压缸金属温度逐渐升高，背压式汽轮机3排汽温度自动跟踪汽轮机高压缸金属温度的变化，保证背压式汽轮机3排汽温度与汽轮机高压缸金属温度之间的差值小于等于85℃；当反应堆功率升至满功率的36％后,蒸汽发生器出口工质为过热蒸汽

(压力：13.9MPa，温度：400℃)，背压式汽轮机3的排汽压力为2MPa，排汽温度为270℃。此时反应堆出口的蒸汽参数满足汽轮机冲转需求，汽轮机开始冲转、并网并带负荷；

4)反应堆功率继续提升，当反应堆功率升至满功率的50％后,蒸汽发生器出口工质为过热蒸汽(压力：13.9MPa，温度：571℃)，此时汽轮机的负荷达到额定负荷的25％；背压式汽轮机3的排汽压力为5MPa，排汽温度为400℃，此时通过高压缸汽封11漏汽来密封低压缸汽封12，并将汽封供汽母管减压阀4逐渐关小，当汽轮机的负荷达到额定负荷的50％后，汽轮机的汽封***实现自密封，当汽封供汽母管减压阀4全关闭后，主蒸汽减压阀2缓慢关闭，背压式汽轮机3和汽动给水泵6随即停止运行。

2.汽轮机温态启动过程：

汽轮机的温态启动与汽轮机的冷态启动的操作步骤基本相同，其区别之处在于：根据汽轮机启动时高压缸金属温度值，当反应堆的功率提升至满功率的20％后，主蒸汽***1输出的蒸汽进入汽轮机3中，此时背压式汽轮机3的排汽压力为3MPa，排汽温度为290℃，随后背压式汽轮机3的排汽温度自动跟踪汽轮机高压缸金属温度的变化。

3.汽轮机热态的具体操作为：

背压式汽轮机3的热态或极热态启动与冷态启动操作步骤基本相同，其区别之处在于：根据汽轮机启动时高压缸金属温度值，当反应堆功率提升至满功率的36％后，主蒸汽***1开始投入并为汽轮机汽封供汽，此时背压式汽轮机3的排汽压力为4MPa，排汽温度为340℃，随后背压式汽轮机3的排汽温度自动跟踪汽轮机3高压缸金属温度的变化。

Claims (5)

1.一种高温气冷堆汽轮机汽封供汽***，其特征在于，包括主蒸汽***(1)、主蒸汽减压阀(2)、汽轮机(3)、高压缸汽封(11)、喷水减温器(10)、除氧器(7)、凝结水***(8)、低压缸汽封(12)及凝汽器(14)；

主蒸汽***(1)的出口分为两路，其中一路与背压式汽轮机(3)的入口相连通，另一路与主蒸汽减压阀(2)的入口相连通，主蒸汽减压阀(2)的出口与背压式汽轮机(3)的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路与高压缸汽封(11)的入口及喷水减温器(10)的入口相连通，另一路与除氧器(7)相连通，凝结水***(8)的出口与喷水减温器(10)的入口相连通，喷水减温器(10)的出口与低压缸汽封(12)的入口及凝汽器(14)的入口相连通。

2.根据权利要求1所述的高温气冷堆汽轮机汽封供汽***，其特征在于，背压式汽轮机(3)的出口与主蒸汽减压阀(2)的出口通过管道并管后分为两路，其中，一路经汽封供汽母管减压阀(4)与高压缸汽封(11)的入口及喷水减温器(10)的入口相连通，另一路经主蒸汽供除氧器调节阀(5)与除氧器(7)相连通。

3.根据权利要求1所述的高温气冷堆汽轮机汽封供汽***，其特征在于，除氧器(7)的出口经汽动给水泵(6)与除氧器(7)的入口相连通，背压式汽轮机(3)与汽动给水泵(6)同轴布置。

4.根据权利要求1所述的高温气冷堆汽轮机汽封供汽***，其特征在于，凝结水***(8)的出口经调节阀(9)与喷水减温器(10)的入口相连通。

5.根据权利要求1所述的高温气冷堆汽轮机汽封供汽***，其特征在于，喷水减温器(10)与凝汽器(14)之间通过汽封溢流调节阀(13)相连通。