給水回熱加熱系統(tǒng)

給水回熱加熱系統(tǒng)

第一熱力系統(tǒng)的概念及分類第二回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

第三回熱加熱器的運行提要第四回熱（機組）原則性熱力系統(tǒng)的計算

（1）介紹回熱加熱器的類型、結(jié)構(gòu)特點及其連接方式，著重定性分析影響電廠熱經(jīng)濟性的回熱系統(tǒng)損失；（2）回熱加熱器運行的基本知識；（3）回熱原則性熱力系統(tǒng)的常規(guī)計算原理、方法、步驟，說明常規(guī)的串聯(lián)法和電算并聯(lián)法的熱力計算。

內(nèi)容提要第一節(jié)熱力系統(tǒng)的概念及分類一、概念

熱力系統(tǒng)是熱力發(fā)電廠實現(xiàn)熱功轉(zhuǎn)換熱力部分的工藝系統(tǒng)。它通過熱力管道及閥門將各主、輔熱力設備有機地聯(lián)系起來，以在各種工況下能安全、經(jīng)濟、連續(xù)地將燃料的能量轉(zhuǎn)換成機械能最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。反映熱力發(fā)電廠熱力系統(tǒng)的圖，稱為熱力系統(tǒng)圖。熱力系統(tǒng)圖廣泛用于設計、研究和運行管理。第一節(jié)熱力系統(tǒng)的概念及分類二、分類

1、以范圍劃分，熱力系統(tǒng)可分為全廠和局部兩類（1）局部系統(tǒng)：又可分為主要熱力設備（如汽輪機本體、鍋爐本體等）的系統(tǒng)和各種局部功能系統(tǒng)（如主蒸汽系統(tǒng)、給水系統(tǒng)、主凝結(jié)水系統(tǒng)、回熱系統(tǒng)、對外供熱系統(tǒng)、抽空氣系統(tǒng)和冷卻水系統(tǒng)）（2）全廠系統(tǒng)：以汽輪機回熱系統(tǒng)為核心，將鍋爐、汽輪機和其他所有局部熱力系統(tǒng)組合而成。

第一節(jié)熱力系統(tǒng)的概念及分類二、分類

2、按用途劃分，熱力系統(tǒng)可分為原則性和全面性兩類。（1）原則性熱力系統(tǒng)：一種原理性圖，反映某一特定工況下系統(tǒng)特征，不應有反映其他工況的設備及管線，以及所有與目的無關(guān)的閥門，相同設備只需畫一個代表，次要的支管線及閥門不應畫出，（2）全面性熱力系統(tǒng)：實際熱力系統(tǒng)的反映，它包括不同運行工況下的所有系統(tǒng)，以反映該系統(tǒng)的安全可靠性、經(jīng)濟性和靈活性。不言而喻，全面性熱力系統(tǒng)圖是施工和運行的主要依據(jù)。

第一節(jié)熱力系統(tǒng)的概念及分類二、分類

第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

回熱系統(tǒng)既是汽輪機熱力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是全廠熱力系統(tǒng)的核心，對機組和電廠的熱經(jīng)濟性起著決定性的作用。其實際選擇（設計或擬定）是繼蒸汽參數(shù)、機組類型后又一個影響機組熱經(jīng)濟性的重要方面。

一、回熱加熱器的類型及結(jié)構(gòu)（一）類型

1、混合式（接觸式）：無端差，熱經(jīng)濟性好，構(gòu)造簡單

2、表面式：有端差，熱經(jīng)濟性差，需要考慮熱疏水的回收和利用，但系統(tǒng)簡單，只有給水泵和凝結(jié)水泵，運行安全可靠，系統(tǒng)投資都優(yōu)于混合式。

根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟全面綜合比較，絕大多數(shù)電廠都選用的面式加熱器組成回熱系統(tǒng)，只有除氧器采用混合式，劃分成低壓加熱器組和高壓加熱器組。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

一、回熱加熱器的類型及結(jié)構(gòu)（二）面式加熱器的類型及其結(jié)構(gòu)特點電廠廣泛采用的面式加熱器有立式和臥式兩種。

1、臥式換熱效果好(換熱系數(shù)大），熱經(jīng)濟性高于立式易于布置蒸汽過熱段和疏水冷卻段布置上可利用放置高低來解決低負荷時疏水逐級自流壓差動力減小的問題。

2、立式占地面積小，便于安裝和檢修

表面式加熱器又可分為水室結(jié)構(gòu)和聯(lián)箱結(jié)構(gòu)兩大類：

1、水室結(jié)構(gòu)采用管板和U形管束連接結(jié)構(gòu)簡單、外形尺寸小、管束管徑較粗、水阻小、管子損壞后易堵塞管板厚、厚管板與薄管壁的連接工藝要求高、對溫度變化敏感、運行操作要求嚴格，多用于低壓加熱器

2、聯(lián)箱結(jié)構(gòu)采用聯(lián)箱與蛇形管束或螺旋形管束相連接管束的膨脹柔軟性好、避免了管束與厚管板連接的工藝難點、對溫度變化不敏感、局部熱應力小、安全可靠性高外形尺寸大、管束水阻較大、管子損壞后堵管較困難，更適于高壓加熱器。聯(lián)箱—折形管束立式高壓加熱器（帶內(nèi)置式過熱蒸汽冷卻段和疏水冷卻段）1—給水入口聯(lián)箱；2—正常水位；3—上級疏水入口；4—給水出口聯(lián)箱；5—凝結(jié)段；6—人孔；7—安全閥接口；8—過熱蒸汽冷卻段；9—蒸汽入口；10—疏水出口；11—疏水冷卻段；12—放水口分配、匯集管—螺旋管束立式高壓加熱器

1—進水總管彎頭；2—進水總管；3—進水配水管；4—出水總管；5—出水配水管；6—雙層螺旋管；7—進汽管；8—蒸汽導管；9—導流板；10—抽空氣管；11、12—連接管；13—排水管；14—導輪；15—配水管內(nèi)隔板一、回熱加熱器的類型及結(jié)構(gòu)（三）混合式低壓加熱器的結(jié)構(gòu)特點

為使水能與蒸汽充分接觸采取手段：淋水盤的細流式、壓力噴霧的水滴式或水膜式

采用重力式的混合式低壓加熱器加熱水出口可不設集水室，后接中繼泵的可設一定容積的集水室臥式混合式加熱器結(jié)構(gòu)示意圖

(a)1號混合式加熱器結(jié)構(gòu)示意圖；(b)該1號混合式加熱內(nèi)凝結(jié)水細流加熱示意圖；1-外殼；2-多孔淋水盤組；3-凝結(jié)水入口；4-凝結(jié)水出口；5-汽氣混合物引出口；6-事故時凝結(jié)水到CP2進口聯(lián)箱的引出口；7-加熱蒸汽進口；8-事故時凝結(jié)水往凝汽器的引出口。A-汽氣混合物出口；B-凝結(jié)水入口(示意)；C-加熱蒸汽入口(示意)；D-凝結(jié)水出口。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)立式混合式加熱器結(jié)構(gòu)1-加熱蒸汽進口；2-凝結(jié)水進口；3-軸封來汽；4-除氧器余氣；5-三號加熱器和熱網(wǎng)加熱器的余氣；6-熱網(wǎng)加熱器來疏水；7-三號加熱器疏水；8-排在凝汽器的事故溢水管；9-凝結(jié)水出口；10-來自電動、氣動給水泵軸封的水；11-逆止門的排水；12-汽氣混合物出口；13-水聯(lián)箱；14-配水管；15-淋水盤；16-水平隔板；17-逆止門；18-平衡管。1、疏水方式分類：（1）逐級自流：利用汽側(cè)壓差，將壓力較高的疏水自流到壓力較低的加熱器中，逐級自流直至與主水流匯合（2）疏水泵：由于表面式加熱器汽側(cè)壓力遠小于水側(cè)壓力（特別是高壓加熱器），借助疏水泵將疏水與水側(cè)的主水流匯合，匯入點常為該加熱器的出口水流中第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

二、面式加熱器的疏水回收

2、疏水方式熱經(jīng)濟性比較疏水逐級自流方式的熱經(jīng)濟性最差，采用疏水泵方式熱經(jīng)濟性僅次于沒有疏水的混合式加熱器，不同疏水收集方式的熱經(jīng)濟變化只有0.5%-0.15%第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

二、面式加熱器的疏水回收

3、疏水方式選擇雖然疏水逐級自流的方式熱經(jīng)濟性最差，但由于系統(tǒng)簡單可靠、投資小、不需附加運行費、維護工作量小而被廣泛采用，大型機組還普遍裝設內(nèi)置式疏水冷卻器。一般大、中型機組可在最低一級低壓加熱器或相鄰次末級低壓加熱器采用疏水泵方式，以減少大量疏水流入凝汽器增加冷源損失

4、疏水設備（1）U形水封（最后一、二級低加或軸封加熱器）（2）浮子式疏水器（中小機組低加）（3）疏水調(diào)節(jié)閥（大機組高加）第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

二、面式加熱器的疏水回收

第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

二、面式加熱器的疏水回收

第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

二、面式加熱器的疏水回收

1、類型（1）內(nèi)置式：可與加熱器本體合成一體可節(jié)約鋼材和投資，但只可提高本級加熱器出口水溫，吸熱溫差減小而提高了經(jīng)濟性，但提高幅度較小，可提高熱經(jīng)濟性0.12-0.15%

（2）外置式：可靈活設在不同位置，一方面提高給水溫度，降低鍋爐內(nèi)火用損，提高熱經(jīng)濟性，另一方面，采用外置式的那級加熱器由于換熱溫差減小同樣提高經(jīng)濟性，可提高經(jīng)濟性0.3-0.5%，但因具有獨立的加熱器外殼，鋼材及投資較大。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

三、蒸汽冷卻器

2、外置式蒸汽冷卻器的連接方式并聯(lián)和串聯(lián)串聯(lián)連接的優(yōu)點是外置式蒸汽冷卻器進水溫度高，換熱平均溫差小，效益顯著，缺點是給水系統(tǒng)阻力大；并聯(lián)連接的優(yōu)點是給水系統(tǒng)阻力小，但進入蒸汽冷卻器的給水溫度較低，傳熱溫差大。如只設單級外置式蒸汽冷卻器，恒設在再熱后即中壓缸第一個抽汽口；若設置兩臺外置式蒸汽冷卻器，多設在再熱抽汽一級和再熱后的抽汽口。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)三、蒸汽冷卻器

(a)(b)(c)(d)(e)(f)j+1jj–1jj+1j–1H1H2H3外置式蒸汽冷卻器的連接方式（a）單級并聯(lián)；（b）單級串聯(lián)；（c）與主水流分流兩級并聯(lián)；（d）與主水流串聯(lián)兩級并聯(lián)；（e）先j+1級，后j級的兩級串聯(lián)；（f）先j級，后j+1級的兩級串聯(lián)

3、外置式蒸汽冷卻器的應用外置式蒸汽冷卻器，可單獨退出運行，不影響整個高加系統(tǒng)運行，對于外置蒸汽冷卻器多采用單級串聯(lián)系統(tǒng)。若蒸汽冷卻器內(nèi)泄不易切除，水側(cè)需裝設旁路。國內(nèi)機組一般采用單級串聯(lián)系統(tǒng)，國外也有少數(shù)機組采用串聯(lián)、并聯(lián)的綜合連接方式。進口大機組多采用內(nèi)置式蒸汽冷卻器。低壓加熱器很少采用蒸汽冷卻器。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

三、蒸汽冷卻器

1、回熱抽汽汽輪發(fā)電機組的熱經(jīng)濟性影響因素（1）蒸汽循環(huán)參數(shù)：（2）回熱循環(huán)主要參數(shù)：（3）疏水收集方式、疏水冷卻器和蒸汽冷卻器的應用

（4）回熱系統(tǒng)損失：抽汽管道壓降、表面式加熱器端差、回熱系統(tǒng)布置和實際給水焓升分配。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

四、回熱系統(tǒng)的損失及優(yōu)化

2、回熱系統(tǒng)損失凡使高壓抽汽量增加、低壓抽汽量減少的因素，都會使回熱做功比減小，熱經(jīng)濟性降低。抽汽管道壓降和表面式加熱器端差都會引起回熱系統(tǒng)該級加熱器出口水溫下降，導致高一級抽汽量增加，導致機組熱經(jīng)濟性降低。（1）抽汽管道壓降損失對抽汽管道壓降影響最大的是抽汽管介質(zhì)流速和局部阻力抽汽管介質(zhì)流速見表，抽汽管道必須設的止回閥選用阻力小的類型；回熱抽汽都是非可調(diào)整抽汽，若回熱加熱器采用滑壓運行可免設阻力大的調(diào)節(jié)閥。一般表面式加熱器抽汽管道壓降不應大于抽汽壓力的10%，大容量機組取4%-6%。第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

四、回熱系統(tǒng)的損失及優(yōu)化

2、回熱系統(tǒng)損失（2）表面式加熱器的端差上端差：面式加熱器端差都是指出口端差θ（加熱器汽側(cè)壓力下的飽和水溫tsj

與出口水溫twj之間的差值，θ=tsj-twj

），又稱上端差。下端差（入口端差）：指疏水冷卻器端差（即入口端差），它是指離開疏水冷卻器的疏水溫度tsj/與進口水溫twj+1間的差值，，又稱下端差。我國加熱器端差，一般無過熱蒸汽冷卻段時，取3-6℃；有過熱蒸汽冷卻段時，取-1-2℃；大容量機組選用較小值。下端差一般推薦5-10℃

第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

四、回熱系統(tǒng)的損失及優(yōu)化

3、布置損失理想回熱循環(huán)及其系統(tǒng)全為混合式加熱器。由于采用面式加熱器以及在它回熱系統(tǒng)中所排列位置的不同，引起的熱耗率損失，稱為布置損失。五級回熱系統(tǒng)十種方案的布置損失

編號回熱加熱器的配置布置損失，％編號回熱加熱器的配置布置損失，％12345F5F4D1F3C1F1F3C1D1F2C31.5411.090.6770.5800.565678910F2D1C1F1F2D1C1D1F2C1D2F1D2C2D3C1D10.4330.3640.3400.2020.1574、實際回熱焓升分配損失實際的回熱分配偏離理論上最佳回熱分配導致熱經(jīng)濟性降低，稱為實際回熱焓升分配損失。該損失大小與循環(huán)參數(shù)、回熱參數(shù)、汽機相對內(nèi)效率、回熱級數(shù)、回熱加熱器型式等有關(guān)

第二節(jié)回熱設備及其原則性熱力系統(tǒng)

四、回熱系統(tǒng)的損失及優(yōu)化

實際回熱系統(tǒng)1、回熱系統(tǒng)正常運行的重要性

機組回熱系統(tǒng)包括了回熱加熱器的抽汽（加熱蒸汽）、疏水、抽空氣系統(tǒng)和主凝水、主給水、除氧器等系統(tǒng)，對鍋爐、汽輪機、給水泵的安全可靠運行和熱經(jīng)濟性的影響很大。高壓加熱器的投運率不僅影響煤耗率，還會影響機組的出力，使推力軸承受到的應力超出設計值，引起鍋爐過熱蒸汽超溫，危及設備安全。低壓加熱器的停用也會降低機組的熱經(jīng)濟性，特別是最末一級低加的停用會使級后汽輪機葉片侵蝕加劇，應視情況降低負荷。第三節(jié)回熱加熱器的運行2、加熱器的投運和停用

為減小加熱器尤其是高壓加熱器投入和停用過程中，因溫差應力造成的結(jié)合面損壞泄漏，必須控制水溫變化率。加熱器的投運和停用方式規(guī)定：我國溫升率為≤5℃/min，溫降率為≤2℃/min。而美國FOSTERWHEEL(FW)公司規(guī)定的溫升率、溫降率均為1.85℃/min。

第三節(jié)回熱加熱器的運行3、加熱器的運行監(jiān)督（1）加熱器水位加熱器汽側(cè)水位過高、過低，不僅會影響熱經(jīng)濟性，還威脅機組安全。水位過高，將淹沒部分傳熱面積引起汽壓擺動，水可能倒流至汽輪機造成水擊，使抽汽管、加熱器殼體產(chǎn)生振動。水位過低或無水位，蒸汽經(jīng)疏水管流進相鄰壓力較低一級加熱器，排擠該低壓抽汽，降低熱經(jīng)濟性，并可能使該級加熱器汽側(cè)超壓、尾部管束受到?jīng)_蝕（對內(nèi)置式疏冷器危害尤甚），同時加速對疏水管、閥門的沖刷和汽蝕。第三節(jié)回熱加熱器的運行3、加熱器的運行監(jiān)督（2）加熱器出口水溫加熱器出口水溫應維持設計值，若低于設計值，將使高壓抽汽增加，低壓抽汽減少，回熱的熱經(jīng)濟性下降。出口水溫降低的主要原因為：端差增大：其原因可能是加熱器的受熱面結(jié)垢、汽側(cè)主要抽空氣不良、使傳熱系數(shù)值減小，水位過高淹沒受熱面，或水側(cè)旁路門漏水引起的。抽汽管壓降增大：如進汽閥或逆止閥開度不足或卡澀等原因造成。保護裝置失靈：應定期進行抽汽逆止閥的嚴密性試驗，高壓加熱器自動保護裝置的試驗。第三節(jié)回熱加熱器的運行4、加熱器的防腐保護防止腐蝕措施：

短期停用時，殼側(cè)（即汽側(cè)）充滿了蒸汽，管側(cè)（即水側(cè)）充滿pH值經(jīng)過調(diào)整的給水，或加人其他化學抑制劑。

要長期停用時，先將設備完全干燥，而后在殼側(cè)、管側(cè)均充氮氣，或在殼側(cè)充氮氣，管側(cè)充滿加入聯(lián)氧的給水，使其濃度達到200mg/l，控制其pH值為10．0。氮氣壓力維持在0.05MPa（表壓），壓力低于0.02MPa時，應再補充氮氣，氮氣純度在99.5％以上。第三節(jié)回熱加熱器的運行

第四節(jié)回熱（機組）原則性熱力系統(tǒng)的計算

一、計算目的及基本公式

1、計算目的

(1）確定某工況時機組的熱經(jīng)濟性指標和各部分汽水流量；

(2）根據(jù)最大工況時的各項汽水流量，選擇有關(guān)的輔助設備及汽水管道；

(3）確定某些工況下汽輪機的功率或新汽耗量；

(4）新機組本體熱力系統(tǒng)定型設計。

分為：定功率計算和定流量計算

2、計算內(nèi)容：在汽輪機類型、容量、參數(shù)（初終參數(shù)、回熱再熱參數(shù)、回熱抽汽參數(shù)等）、機組相對內(nèi)效率以及回熱系統(tǒng)具體組成已知條件下進行。（1）通過加熱器熱平衡式來求各抽汽量（ΣDj或Σαj）；（2）通過物質(zhì)平衡式求凝汽量（Dc或αc)；（3）通過汽輪機功率方程式求Pe（定流量計算時）或D0（定功率計算時）

3、計算基本公式熱平衡式、物質(zhì)平衡式、汽輪機功率方程式

第四節(jié)回熱（機組）原則性熱力系統(tǒng)的計算

一、計算目的及基本公式

二.計算方法和步驟

1、計算方法常規(guī)計算法，循環(huán)函數(shù)法、等效焓降法等常規(guī)計算法：對Z個加熱器熱平衡式和一個功率方程式、或一個求凝汽流量的物質(zhì)平衡式所組成的Z+1個線性方程組求解，最終求得Z個抽汽量和一個新汽量（或凝汽量）求ηi的計算一般多用熱正平衡計算；計算次序：由高到低：先從抽汽壓力最高的加熱器算起，依次逐個算至抽汽壓力最低的加熱器（串聯(lián)法）對線性方程組一次求解（并聯(lián)法）

第四節(jié)回熱（機組）原則性熱力系統(tǒng)的計算

二.計算方法和步驟

2、計算步驟（1）整理原始資料并作合理假定將原始資料整理成計算所需的各處汽、水比焓值。如新汽、抽汽、凝汽比焓，加熱器出口水、疏水及凝汽器出口水比焓，再熱蒸汽比焓等。合理選擇及假定某些未給出數(shù)據(jù)：新蒸汽壓損取為（3%-7%）p0；再熱壓損≤10%prh；抽汽管壓損取為3%-8%pj；加熱器出口端差及有疏水冷卻器時的入