摘要：轴向排气直接空冷发电机组的设置应根据具体工程的实际情况进行分析和确定。原则上，轴向排气直接空冷发电机组的排气设备可以取消。
关键词：直接空冷；轴汽排汽；排汽装置
引言
近年来，环境保护和水土保持越来越受到重视。我国北方有必要开发燃气联合循环发电机组。纯凝燃气联合循环发电机的汽轮机可采用低位置布置。根据工程现场情况，对汽轮机轴向排汽及是否需要设置排汽装置进行了分析。
1 设置排汽装置的必要性分析
1.1 下排汽空冷机组排汽装置简介
在直接空冷汽轮机低压缸和排汽管道之间的装置称为排汽装置，其具有排汽通道、流体导流、疏水扩容、集装凝结水箱（热井）、凝结水收集、凝结水除氧、接收补水、集装末级低加和旁路末级减温器等功能。排汽装置设置在直接空冷汽轮机组上。 取代原湿冷机组凝汽器的位置，与低压缸通过不锈钢膨胀节连接，其尺寸与大小与同容量的凝汽器基本相同。
直接空冷汽轮机低压缸与排气管之间的装置称为排气装置，它具有排气通道、流体分流、疏水膨胀、冷凝罐(热井)装配、冷凝水收集、冷凝水脱氧、取水补水等特点。装配端级、低电平和旁路式端级恒温器等功能.所述排气蒸汽装置设置在所述直接空冷汽轮机组上.冷凝器取代原湿冷机组的冷凝器，通过不锈钢膨胀节与低压缸连接。冷凝器的尺寸和尺寸与容量相同的凝汽器基本相同。
下排汽空冷机组排汽装置主要由金属膨胀节、 喉部、壳体、排汽管、导流板、凝结水箱、疏水扩容器、支座等组成。 下排汽空冷汽轮机一般只有一个排汽出口， 相应设置 1 个单壳体结构的排汽装置； 汽轮机低压缸与排汽装置之间设置金属膨胀节，排汽装置喉部可集装末级加热器和旁路的末级减温器；下排汽空冷机组排汽装置与主排汽管道连接， 排汽装置内部一般设有导流板，主排汽管道相空冷凝汽器相连；下排汽空冷机组排汽装置下部支座固定在混凝土基础上，一般采有柔性连 接；下排汽空冷机组排汽装置侧面集装疏水扩容器，用 以接收机组疏水；下排汽空冷机组排汽装置底部集装凝结水箱（热井），汽轮机低压缸排出的乏汽在经空冷凝汽器后凝结成凝 结 水，凝结水回流至排汽装置底部的凝结水箱（热 井），如图 1 所示。
排气装置主要由金属膨胀节、喉部、壳体、排气管、导流板、冷凝水箱、排水容器、支架等组成。排气装置由金属膨胀节、喉部、壳体、排气管、导向板、冷凝水箱、排水容器、支架等组成。通常下排空冷汽轮机只有一个排气口，相应地设置了单壳结构排气装置。在汽轮机低压缸与排气装置之间设有金属膨胀节，排气装置的喉部可与旁路的末级加热器和末级减温器装配。下排汽空冷机组的排气装置与主排气管连接，排气装置内一般有导流板，主排气管相空气冷凝器连接；下排气空冷机组的下排汽装置支架固定在混凝土基础上，一般采用柔性连接，下排汽空冷机组的排气装置安装在排水膨胀容器的一侧，以获得机组的排水能力。下排空冷机组排气罐(热井)的底部组装，从汽轮机低压缸排出的蒸汽在空冷凝汽器后凝结成凝结水，凝结水返回到排气装置底部的冷凝箱(热井)。如图1所示。
金属补偿节：设置在汽轮机低压缸和排汽装置喉部之间，用来吸收机组热态时产生的低压缸与排汽装置基础之间的水平方向热位移。
喉部：汽机低压缸排汽至排汽装置壳体之间的过渡段，可用用来布置机组的末级加热器和旁路的末级减温减压装置。疏水扩容器：集装在排汽装置的侧面，用来接受汽轮机本体疏水、加热器事故疏水、蒸汽管道疏水等。 接收的疏水在疏水扩容减压扩容，蒸汽进入排汽管道，凝结水进入排汽装置底部凝结水箱（热井）。
汽轮机低压缸排汽与排气装置外壳之间的过渡段可用于机组末级加热器和旁路末级降温减压装置。疏水容器：安装在排汽装置一侧，用于接受汽轮机本体疏水、加热器事故疏水、蒸汽管道疏水等。排水能力膨胀减压膨胀中的接收到的排水，蒸汽进入排气管，冷凝水进入排气装置冷凝箱底部（热井）。
导流板：排汽装置内的导流板沿汽流方向贯通，将整个排汽装置分为上、下两部分。 导流板上一般开有两个方形孔，汽轮机低压缸排汽大部分沿导流板上方排至空冷凝汽器， 极少部分蒸汽通过方形孔进入到排汽装置的下方凝结水箱 （热井），这部分蒸汽对凝结水进行再热除氧。 抽真空管道开孔位于排汽装置内导流板的下方， 排汽装置导流板下部的蒸汽流量小，流速低。
排气装置中的导板沿蒸汽流动方向连接，整个排气装置分为上下两部分。导流板上一般有两个方形孔。汽轮机低压缸排出的大部分蒸汽沿导流板顶部排入风冷凝汽器，很少蒸汽通过方孔进入排气装置下方的冷凝槽(热井)。蒸汽再加热的这一部分使冷凝水还原。所述真空管的开口位于排气装置中的导流板下面，在排气装置中导流板下部的蒸汽流量小，流量低。
凝结水箱（热井）：凝结水箱（热井）集装在排汽装置底部，以用接收低压缸排汽经空冷凝汽器后凝结成的凝结水， 机组疏水扩容后的凝结水也进入凝结水箱（热井）。 凝结水箱（热井）通过导流板上的方孔流入的蒸汽对凝结水进行再热除氧，凝结水箱（热井）设有补水接口，用以接收机组的正常补水。
冷凝水箱(热井)组装在排气装置的底部，利用通过空冷凝器接收低压汽缸排出蒸汽后形成的冷凝水，并将单元排出后的凝结水扩大到冷凝罐(热井)中。冷凝水箱(热井)通过蒸汽进入导流板上的方孔再加热脱氧凝析水。冷凝水箱(热井)设有补给接口，接收机组的正常补给水。
1.2 轴向排汽湿冷机组凝汽器简介
轴向排汽湿冷机组凝汽器是轴向安装于低位布置的汽轮机后，汽轮机排出的乏汽水平轴向的进入凝汽器，经凝汽器冷凝后凝结成凝结水进入凝汽器底部的热井。 轴向排汽湿冷机组凝汽器与汽轮机在同一轴线上，这种布置方式导致在机组行时， 凝汽器的水平方向的热位移远大于垂直方向的热位移。为了吸收机组热态时产生的热位置，轴向排汽湿冷机组凝汽器在前后分别设置一个膨胀节， 前部一般设置一个双波金属膨胀节与汽轮机低压缸连接，而在凝汽器的后部又设置了一个单波金属膨胀节，通过前后两个膨胀节共同吸收轴向的热位移。轴向排汽湿冷机组凝汽器与基础一般采用刚性连接，整个凝汽器支撑支座上，支座与混凝土基础相连。轴向排汽湿冷机组凝汽器的基础应汽轮机基础配套设计。轴向排汽湿冷机组凝汽器的管束是整个凝汽器的核心部件，管束的数量和布置决定了凝汽器传热效果的好坏。 轴向排汽湿冷机组凝汽器的管束由多个形状狭长的小管束组成，小管束在凝汽器壳体内排列松散均匀， 且管板上管束总的管孔面积占整块管板面积的比例较小， 通过合理的布置使管束的进汽条件得到最大优化， 凝汽器内部形成合理的管束之间的通道及空冷区域。 蒸汽在管束之间的通道流过时，各通道的蒸汽流速基本一致，避免了蒸汽在通道内产生涡流现象，同时降低了汽阻，有利于凝汽器的传热。轴向排汽湿冷机组凝汽器与低位布置的汽轮机在同一轴线上，凝汽器内部的排汽管、冷凝管束、空冷区也沿轴线方向布置。 空冷区布置在每个小管束的后部，蒸汽从排汽管进入后沿冷凝管前部向后部空冷区逐渐冷却凝结， 蒸汽流从排汽管口流向抽气口有一定距离， 有效防止未经冷凝的新蒸汽与已经冷凝的汽流混合， 可以使空冷区末端的非凝结气体被有效抽出，从而提高了凝汽器的整体传热性能。 每个空冷区末端设有一根小抽汽管， 空冷区不凝结气体和少量汽水混合物进入小抽汽管，每根小抽汽管汇集后连接到一个较大的抽汽口，最终通过抽真空系统抽出。
凝汽器具有一定的除氧功能。 通过对凝汽器的管束具有合理，形成合理的蒸汽通道和回热空间。 在机组运行时，少部分蒸汽从管束两侧的通道排入凝汽器底部的热井， 对热井内的凝结水进行再热除氧，凝结水中溶解氧受热析出，析出氧气与空气一起通过抽真空系统被排到大气中。 凝汽器的除氧效果只是初级除氧，一般机组还需另除氧器。旁路末级减温减压装置集装于凝汽器颈部。 旁路蒸汽通过扩容降温后通过小孔排入凝汽器， 排入的蒸汽应避免直接喷向凝汽器管束，小孔应根据具体项目的实地情况设计。 这种集装结构设计，充分利用了已有空间，同时结构可靠、尺寸小、重量轻。
该冷凝器具有一定的除氧功能。通过合理的冷凝器管束，可以形成合理的蒸汽通道和再生空间。在机组运行过程中，将一小部分蒸汽从管束两侧的通道排出到冷凝器底部的热井中，再加热热井中的凝析水进行脱氧，并将凝结水中的溶解氧加热出来。氧气通过真空抽吸系统与空气一起排放到大气中。冷凝器的除氧效果仅为一次脱氧，一般装置也需要其它脱氧剂。旁路末级除温减压装置安装在冷凝器颈上.旁通蒸汽在扩容和降温后通过一个小孔排入凝汽器，蒸汽排放到凝汽器中。蒸汽应避免直接注入凝汽器管束，应根据地面的具体工程设计小孔。本装配结构设计充分利用了现有空间，同时结构可靠，体积小，重量轻。
1.3 轴向排汽直接空冷机组排汽装置
通过对下排汽空冷机组排汽装置和轴向排汽湿冷机组凝汽器的分析， 轴向排汽空冷机组排汽装置可以在轴向排汽湿冷机组凝汽器的基础上改造而来， 即抽掉轴向排汽湿冷机组凝汽器内部的换热管束、管板，然后加装蒸汽导流板即可。 轴向排汽空冷机组排汽装置具有排汽通道、凝结水除氧、凝结水收集、补水、布置旁路减温器等功能。 联合循环机组没有低压加热器，轴向排汽空冷机组排汽装置不需要布置末级加热器，也不集成疏水扩容器， 联合循环轴向排汽空冷机组需要配置单独的疏水扩容器。轴向排汽空冷机组排汽装置前端通过一个膨胀节与汽轮机低压缸相连， 轴向排汽空冷机组排汽装置后端也通过一个膨胀也与排汽管道相连。
通过对下排空冷装置和轴向排气湿冷机组冷凝器排气设备的分析，在轴向排汽式湿冷机组冷凝器的基础上，对轴向排气空冷机组排汽装置进行了改造。即拆下轴向排气蒸汽湿冷装置、管板冷凝器内的传热管束，然后安装导流板。轴向排气空冷装置具有排气通道、冷凝水脱氧、冷凝水收集、补水、旁路减温器布置等功能。联合循环单元没有低压加热器，轴向排气空冷单元的排气装置不需要安装最终加热器，也不集成排水膨胀容器。联合循环轴向排气空冷装置需要配备单独的疏水膨胀容器.轴向排气空冷装置的前端通过膨胀节连接到涡轮的低压缸，轴向排气空冷单元的排气装置的后端也通过膨胀连接到排气管。
1.4 轴向排汽空冷机组取消排汽装置的可行性
轴向排汽空冷机组排汽装置仅具有排汽通道、 凝结水除氧、凝结水收集、补水等功能。那么取消排汽装置也是可行的，如果取消了排汽装置，则需要另外设置凝结水箱，凝结水箱带除氧功能和补水功能。 同时排汽管道上需要设置凝结水收集装置（含凝结水输送泵）和旁路末级减温装置。国外轴向排汽的空冷机组，多数不设置排汽装置，但也有机组设置了排汽装置，如西门子部分机组就在汽轮机低压缸与排汽管道之间设置了“HOTBOX”。
轴向排气空冷装置只具有排气通道、冷凝水脱氧、冷凝水收集、补水等功能。取消排气设备是可行的。如取消排气装置，则应增设冷凝水箱，使冷凝水箱具有除氧、补水的功能。同时，排汽管道应安装冷凝水收集装置(包括凝结水输送泵)和旁路末级减温装置。国外有轴向排汽的空冷机组大多没有排气设备，但也有排风装置。例如，一些西门子机组在汽轮机低压缸和排气管之间设置了“热箱”。。
2 设置排汽装置的优缺点
2.1 设置排汽装置的优点
（1）排汽装置的基础是与汽轮机低压缸的支座形式配套设计的， 设置排汽装置有利于减小排汽管道对汽轮机低压缸接口的推力和推力矩。
采用汽轮机低压缸支撑形式设计了排气装置的基础。排气装置的设置有助于将排气管的推力和推力力矩降到汽轮机低压缸界面上。
设置排汽装置，凝结水箱是集成在排汽装置的底部，凝结水泵就近布置在排汽装置附近， 凝结水泵从凝结水箱泵水然后输送至余热锅炉低压汽包， 整个凝汽水管道布置会更加顺畅，管道阻力小，凝结水泵扬程小。
冷凝罐集成在排气装置的底部，凝结水泵位于排气装置附近，冷凝泵从冷凝罐泵到余热锅炉的低压汽包，然后运输到余热锅炉的低压汽包。整个凝结水管道布置将更加顺畅，管道阻力小，凝结水泵扬程小。
设置排汽装置，排汽管道上不需要另外设置凝结水收集装置和凝结水输送泵，系统简单。
排气管上不需要安装冷凝水收集装置和冷凝水输送泵。系统很简单。
2.2 设置排汽装置的缺点
（1）虽然排汽装置没有换热管束，而且设置排汽装置后就不需要设置凝结水箱、凝结水收集装置和凝结水输送泵，理论上来说设置排汽装置方案的工程经济性不劣于不设排汽装置方案的经济性。 但目前国内只有少数厂家生产过轴向排汽空冷机组的排汽装置，可选择的厂家少。 实地运用工程经验少。
虽然排气装置没有热交换器束，排气装置的安装不需要安装冷凝罐、冷凝水收集装置和凝结水输送泵，但从理论上讲，设置排汽装置的工程经济性不亚于无排汽装置。然而，目前国内只有少数厂家生产轴向排气空冷机组的排气设备，可供较少的厂家选用。缺乏工程实践经验。
设置排汽装置，凝结水箱在排汽置底部，则凝结水泵需采用长轴立式凝汽水泵，为保证凝泵运行时不发生汽蚀，需要在主厂房内挖约-3m 的凝结水坑。而不设排汽装置时，凝结水箱可以高位布置在空冷岛区域， 凝结水泵可以选用卧式离心泵，凝结水泵可以直接布置在地面上。 因此设置排汽装置方式比不设排汽装置方案的工程成本高。
为了保证凝结水泵不发生空化，必须在主厂房开挖-3m凝结水坑，以确保凝结水泵不发生空蚀，保证凝结水泵安装在排气罐底部，冷凝水箱位于排气罐底部。在没有排气装置的情况下，冷凝罐可以设置在空冷岛区域，凝结水泵可以选择卧式离心泵，凝结水泵可以直接放置在地面上。因此，设置排汽装置的工程造价高于无排汽装置。
2.3 设置排汽装置与否的经济性比较（F 级燃气联合循环机组为例）
结论
轴向排汽的直接空冷发电机组是否设置排汽装置， 总的来说各有优劣，具体工程要根据实地情况来分析确定。 在条件允许的情况下，笔者推荐不设置排汽装置。
轴流排汽直接空冷机组是否安装，一般有其优点和缺点。具体工程应根据现场情况进行分析和确定。在条件允许的情况下，作者建议不要设置排气设备。
论文作者:李羡
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/19
标签：装置论文; 凝汽器论文; 机组论文; 凝结水论文; 疏水论文; 汽轮机论文; 轴向论文; 《基层建设》2019年第12期论文;