電站汽輪機高、低壓熱管系統(tǒng)布置

電站汽輪機高、低壓熱管系統(tǒng)布置

1加熱器的投運建立故障回?zé)嵯到y(tǒng)可以顯著提高裝置的工作效率。目前，熱能和原子能集團均采用回?zé)嵫h(huán)，回?zé)嵯到y(tǒng)主要由加熱裝置和輔助設(shè)備組成。加熱器一般由表面式和混合式組成,其中高壓加熱器和低壓加熱器常使用表面式,除氧器采用混合式加熱,通過汽輪機抽汽加熱鍋爐給水,能提高機組效率和安全性。因此隨著機組發(fā)電功率越來越大,加熱器的正常投運對機組的效率和安全性影響也隨之增大,不同的汽機容量和參數(shù)需要對應(yīng)不同的加熱器布置和結(jié)構(gòu)型式。在不同的發(fā)電機組中,影響加熱器正常運行的因素有很多。2疏水冷卻段的布置對于表面式給水加熱器,布置形式上可分為正立式、倒立式和臥式三類;傳熱區(qū)段有過熱蒸汽冷卻段、凝結(jié)段和疏水冷卻段的各種組合。現(xiàn)主要討論給水回?zé)嵯到y(tǒng)的表面式給水加熱器,在不同布置形式和各種傳熱區(qū)段組合下的使用特點;不同布置形式的加熱器對換熱產(chǎn)生的影響。正立式表面給水加熱器(見圖1),水室在上部,布置上占地面積小,僅僅只有過熱蒸汽冷卻段和凝結(jié)段,傳熱面積的利用率較高。布置疏水冷卻段時,將有一些被凝結(jié)水淹沒的傳熱管,因為需形成疏水水位,殼體底部的U形管和部分直管將被淹沒,造成無效面積。正立式表面給水加熱器的疏水冷卻段布置較為困難,首先是部分流量,傳熱效果較差;其次由于是正立疏水冷卻段,疏水要克服靜壓,對級間壓差較小的加熱器不適宜;由于采用部分流量,疏水冷卻段的通道通常滿足不了疏水流量大的情況,放大通道將浪費傳熱面積。倒置立式表面給水加熱器(見圖2),水室是在下部,布置上占地面積小。由于過熱蒸汽冷卻段不能有水進入,過熱段出口需放置在疏水水位以上,并要有一定的疏水水位波動裕量,同樣也會在加熱器中會產(chǎn)生較大的無效面積;如果無過熱蒸汽冷卻段,為保持疏水冷卻段的水位,另一側(cè)將被水淹沒,因此也會產(chǎn)生無效面積;當然,如果過熱段比疏水冷卻段足夠大會沒有無效面積,但這種布置情況較少。臥式表面給水加熱器(見圖3),能適應(yīng)傳熱區(qū)段的各種組合,但占地面積較大。其疏水水位的控制要求較高,水位波動范圍小,水位低會引起疏水冷卻段汽水混流,引起沖蝕和傳熱管失效。3汽化凝聚劑的應(yīng)用給水加熱器的各個區(qū)段具有不同的功效(見圖4)。過熱蒸汽冷卻段利用從汽輪機抽出的過熱蒸汽的一部分顯熱以提高給水溫度;采用過熱蒸汽冷卻段,可提高加熱器出口的給水溫度,使它接近或略超過該抽汽壓力下的飽和溫度。該飽和溫度減給出口溫度就是給水端差。利用蒸汽冷凝時的潛熱加熱給水的區(qū)段被稱為凝結(jié)段。疏水冷卻段是把離開凝結(jié)段的疏水的熱量傳給進入加熱器的給水,而使疏水溫度降至飽和溫度以下。利用這種傳熱布置,一方面可提高機組效率,另一方面減少了疏水在疏水管中被汽化的傾向,特別是靠近除氧器布置的高加,向高位布置的除氧器疏水,有過冷度的疏水其疏水的安全性大大提高。疏水出口溫度減給水進口溫度就是疏水端差。4回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計因素加熱器的傳熱區(qū)段一般由過熱蒸汽冷卻段、蒸汽凝結(jié)段和疏水冷卻段組成?，F(xiàn)就加熱器內(nèi)各傳熱區(qū)段設(shè)置時,對需注意的問題進行探討。過熱蒸汽冷卻段的設(shè)置原則和需要注意的幾個問題。據(jù)美國熱交換器協(xié)會HEI給水加熱器標準,推薦凝結(jié)段的給水端差不宜小于2℉,(1.1℃),太小的端差是不經(jīng)濟和不合理的,按目前典型的300MW和600MW機組的汽機平衡圖,對有過熱段設(shè)置的加熱器,一般給水端差溫度為0～5℉(0～1.6℃),并且只有當汽輪機抽汽有足夠的過熱度時,才能設(shè)置過熱段,過熱段為保證一定的傳熱效果和不產(chǎn)生凝結(jié),蒸汽在過熱段中需保持一定的流速,隨之而來的是振動和沖蝕問題,另外,一定的蒸汽速度也會造成蒸汽的壓降,過熱蒸汽冷卻段過大的壓降會影響整個加熱器的傳熱效果,因此,在回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)置時,要考慮這些因素對傳熱的影響。過熱段要承受低負荷,超高溫的工況,加熱器內(nèi)傳熱區(qū)段是1個固定的結(jié)構(gòu),不可能調(diào)節(jié),根據(jù)設(shè)計工況確定的加熱器結(jié)構(gòu),還要適應(yīng)其它各種工況。在發(fā)電廠的回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中,機組滿負荷時,蒸汽的過熱度≥83℃,抽汽壓力≥1.034MPa,流動阻力≤0.034MPa,加熱器端差在0～1.7℃,冷卻段出口蒸汽的過熱度≥30℃。5加熱器的設(shè)計影響機組回?zé)嵯到y(tǒng)的熱效率主要是加熱器的給水端差和疏水端差。端差越小機組熱效率越高。因此,為提高機組熱效率,要求越來越小的給水端差和疏水端差以提高整個機組的熱效率。為滿足小的給水端差和疏水端差,加熱器就必須設(shè)置有過熱蒸汽冷卻段和疏水冷卻段。但對于不同的抽汽參數(shù)和布置形式,給水端差和疏水端差是有一個對應(yīng)值和合理值。對于不同的抽汽參數(shù)和加熱器布置形式,加熱器內(nèi)過熱蒸汽冷卻段的設(shè)置,對加熱器的日常運行與安全影響頗大。一般低壓加熱器不設(shè)置過熱蒸汽冷卻段,僅由凝結(jié)段和疏水冷卻段兩個區(qū)段組成。而高壓加熱器是否設(shè)置過熱蒸汽冷卻段和確定給水端差的大小,需核查抽汽參數(shù)的具體數(shù)值。5.1飽和溫度的影響早期的125MW機組的系統(tǒng)在靠近除氧器一級的低壓加熱器采用過熱蒸汽冷卻段,一些100MW～1000MW機組的汽機系統(tǒng)中,在方案設(shè)計階段時,低壓加熱器被要求有較小的給水端差,甚至要求在1～0℃之內(nèi),這么小的給水端差需要設(shè)置過熱蒸汽冷卻段。而低壓加熱器是不宜設(shè)置過熱蒸汽冷卻段的。現(xiàn)就低壓加熱器設(shè)置過熱段的合理性作一些分析和討論。早期的125MW機組熱平衡圖(見圖5)。低加抽汽的壓力均較低,在此較低的壓力下,哪怕有很小的壓力降,也會使得蒸汽飽和溫度有較大的降低,而在較高壓力下則溫度下降很小。比如:在2.03MPa下,飽和溫度是213.1℃,假設(shè)壓降為0.03MPa,那么2.00MPa下的飽和溫度是212.4℃,相差僅0.7℃;而在0.408MPa下,飽和溫度是144.3℃,同樣壓降為0.03MPa,那么0.378MPa下的飽和溫度是141.6℃,相差2.7℃之多。而設(shè)置過熱冷卻段必然產(chǎn)生0.03MPa左右的壓降,由此也必然降低了整個加熱器內(nèi)蒸汽的飽和溫度達2.7℃,而大部分的換熱過程是在凝結(jié)段完成的,飽和溫度的大幅降低,導(dǎo)致凝結(jié)段對數(shù)平均溫差大大減小,這樣傳熱效果不但沒有提高反而降低,達到同樣給水端差所需的傳熱面積加大。再者,低加給水端差為2.8℃,而設(shè)置過熱段以后,由于過熱段產(chǎn)生的壓降并沒有增加低加的凝結(jié)段端差來提高該段的傳熱。故低壓加熱器設(shè)置過熱段,并不提高傳熱效果,雖然總體換熱面積不變,但降低了整個加熱器的經(jīng)濟性和安全性。另外,由于低加抽汽的壓力及過熱度都不高,且比容又大,導(dǎo)致蒸汽在過熱段內(nèi)線速度大大提高,使得蒸汽在過熱冷卻段內(nèi)提早冷卻到飽和溫度以下,形成凝結(jié)水,引起汽水兩相流,對過熱冷卻段出口處的傳熱管造成很大沖擊,容易在該處漏管。綜上所述,增設(shè)過熱冷卻段并不提高傳熱效果,卻降低了加熱器的可靠性。5.2蒸汽冷卻段ht7該類系統(tǒng)常為2臺高壓加熱器,4臺低壓加熱器,1臺除氧器組成回?zé)嵯到y(tǒng),根據(jù)汽機熱平衡圖的參數(shù),HTR7(近鍋爐)高壓加熱器采用過熱蒸汽冷卻段和凝結(jié)段組成。由于疏水溫度是抽汽壓力下的飽和溫度,不需要設(shè)置疏水冷卻段。上端差為-1℃需設(shè)置過熱蒸汽冷卻段,但還要驗證抽汽的過熱度的能量是否能滿足HTP7的給水端差達到-1℃。HTR6高壓加熱器(近除氧器)采用凝結(jié)段和疏水冷卻段,疏水冷卻段的疏水端差為8℃,疏水過冷度為37.5℃;給水端差為3℃,因此也無需設(shè)置過熱蒸汽冷卻段,僅采用凝結(jié)段和疏水冷卻段,由于125MW等級機組的高、低壓加熱器一般采用正立式布置。主要考慮傳熱和正常疏水,疏水冷卻段一般采用狹長結(jié)構(gòu),疏水的流速較高,阻力增大,疏水冷卻段的密封殼體的表面積相對較大,正立式加熱器的疏水冷卻段的再熱面積較大,疏水端差難于達到較小值。所以正立式加熱器如果采用疏水冷卻段疏水端差一般采用8～10℃。另外,HTR6的高加疏水流往除氧器,除氧器與高壓加熱器的高差相差較大,疏水有一定的過冷度可保證疏水不產(chǎn)生汽化,從而保證疏水正常和機組的安全運行。5.3低加級間壓差如果采用正立式布置形式,低壓加熱器如果要采用內(nèi)置式疏水冷卻段,由于需要克服靜壓,在設(shè)置疏水冷卻段時,一定要清楚低壓加熱器的級間壓差足夠克服疏水冷卻段的靜壓和阻力。更要注意低負荷工況,此時低壓加熱器將無法正常運行。由于低加的抽汽壓力較低,又是立式布置,這樣如設(shè)有疏水冷卻段,則低加的疏水出口需布置在低加的上部,因此當疏水流出低加時,需要克服疏冷段內(nèi)的阻力、疏水爬升的揚程以及疏水管道的阻力。而且低加的級間壓差又很小,無法滿足低加疏水的要求。所以,壓差較小的低壓加熱器不宜設(shè)疏水冷卻段。5.4有機溶劑用量某個125MW級的機組的熱平衡圖(見圖6)也是使用二高四低一除氧。但高加的給水端差為0℃和-1.7℃.與300MW和600MW的三高四低一除氧的0℃、0℃和-1.7℃相當?shù)囊?對于125MW級別近鍋爐高壓加熱器給水端差使用-1.7℃需要滿足如下的條件:抽汽的過熱度:ΔH=(H1-Hsat)抽汽過熱度熱量:ΔH×XQ=給水從出凝結(jié)段溫度升到給水出口溫度的熱量:W(H9-H8)為保證蒸汽出過熱蒸汽冷卻段有一定的過熱度,抽汽過熱度熱量要留一定的裕度,否則是達不到設(shè)計要求的。6不同結(jié)構(gòu)的加熱器