回热全面性热力系统及运行

1、第九节 回热全面性热力系统及运行机组回热系统涉及面宽、影响大，是火电厂热力系统中最主要的部分之一。它涉及加热器的抽汽、疏水、抽空气系统，和主凝结水、给水除氧、主给水等诸多系统。极大地影响电厂的热经济性和汽轮机、给水泵、锅炉的安全可靠运行。如大容量机组的高压加热器事故，不仅煤耗率增大35，还可能造成汽轮机进水、锅炉过热蒸汽超温，对有些机组还要求限制出力。机组的回热全面性热力系统，是回热设备实际运行的热力系统，是回热原则性热力系统的充实与扩展。它与回热原则性热力系统的主要区别是：.除具有正常工况流程外，还具备其他所有运行工况（起、停、事故及低负荷等）的流程，以及各运行工况间过渡时的必要切换连接和措

2、施等；.它不仅要体现正常工况运行时热经济性的保证，还对非正常工况的安全可靠运行及投资节省给予了充分考虑。回热加热器的汽侧通过抽汽管道与汽轮机相连，水侧通过凝结水泵、给水泵最终向锅炉供水。因此回热系统运行的安全可靠性突出表现在：防止水、汽倒流入汽轮机而引起汽轮机水击、浸蚀和超速；保证锅炉供水不中断；保证给水泵、凝结水泵不汽蚀；由于给水热力除氧也是回热的一部分，故系统还要保证除氧器的正常除氧效果。以下简要介绍回热全面性热力系统对以上各方面是怎样考虑的。一、回热抽汽隔离阀与逆止阀为防止汽轮机甩负荷或跳闸时，抽汽管道中积聚的蒸汽会倒流进入汽轮机本体，致使汽轮机发生意外的超速；当汽轮机低负荷运行时，或某

3、加热器水位太高、或加热器水管泄漏破裂或疏水管道不畅时，水可能倒灌到汽轮机本体，这些情况对汽轮机本体都是很危险的，是不允许的；同时为了使某一加热器在出现事故时需隔离而又不影响汽轮机的运行，需要在抽汽管道上设置抽汽隔离阀和逆止阀。通常除了回热抽汽压力最低的一、二级管道外，都设有电动隔离阀和气动控制逆止阀。它们均应尽量地靠近汽轮机回热抽汽口布置，以减少抽汽管道上可能储存的蒸汽能量。如图436所示。在抽汽隔离阀和逆止阀上下游，设有接到疏水联箱的疏水管路，其疏水阀由气动控制。此外，在抽汽隔离阀与逆止阀之间，还有一根疏水、排汽管路，在停机或需要对阀门进行检修时，打开手动疏水隔离阀，即可将该管段内的积水排尽

4、。许多机组压力最低的二级回热加热器通常布置在凝汽器喉部，该机组的二级低压加热器位于高压凝汽器和低压凝汽器喉部，所以第7、8段抽汽管路直接从抽汽口接至加热器进口，不设任何阀门。每根抽汽管上都应装有吸收管道热膨胀量的膨胀节。回热抽汽逆止阀通常采用由仪器仪表用压缩空气控制的翻板式止回阀，如图437所示。逆止阀主要由阀体、阀盖、阀盘等部件组成。阀盘的一端吊挂在阀体的转轴上，介质依靠阀盘两边的压力差将阀盘绕转轴顶开，正向流过，反之则自动关闭。该逆止阀强制关闭装置控制原理如图437（b）所示。操作机构由电磁三通阀、试验阀及空气筒组成。正常运行时，压缩空气可通过继动阀直达空气筒下部，将活塞杆顶上，带动强关机

5、构与逆止阀转轴啮合片脱开，此时逆止阀作为一只自由摆动的翻板阀工作。当汽轮机的危急保安系统动作导致继动阀动作，或加热器出现高一高水位电磁阀动作时，压缩空气来源被切断，空气筒里的活塞杆在弹簧力作用下向下移，带动强关机构将逆止阀转轴压制在使阀盘关闭的位置，达到强迫切断汽流通道的目的。试验阀可用手动检查逆止阀的强关装置的动作是否可靠。二、表面式加热器的疏水装置 表面式加热器的疏水必须及时排走，以维护汽侧压力一定，换热面积一定，同时又不允许蒸汽流人下一级加热器而降低热经济性，需要依靠疏水装置保持适当的水位。 发电厂中常用的疏水装置有以下几种： IU形水封 利用U形管中水柱高度来平衡相邻加热器间压差，实现

6、自动排水和维持一定汽侧水位。U形水封一般只在压力较低的最后一、二级低压加热器或轴封加热器中使用，由于加热器往往布置在凝汽器喉部，适宜安装水封疏水装置。U形管也可做成多级水封。这种疏水装置的优点是无转动机械部分，结构简单，维护方便，运行可靠。缺点是设备占地面积大，需要挖深坑放置。 2.浮子式疏水器 图4一38所示为外置浮子式疏水器及其连接系统。浮子式疏水器由浮子、滑阀及其相连接的一套转动连杆机械组成。当疏水水位升高时，浮子随之上升并通过连杆系统带动滑阀，使疏水阀开大；反之则关小疏水阀。外置浮子式疏水器，通过汽、水平衡管和加热器汽侧相连接，以间接反映加热器中疏水水位的变化。该疏水器多用于中、小型机

7、组的低压加热器中。 3.疏水调节阀 大机组的高压加热器疏水装置多由如图4一39所示的疏水调节阀及其控制系统来实现。摇杆8绕心轴7转动，通过杠杆4使阀杆9上下移动，从而实现疏水调节阀的启闭。而摇杆8的动作是由控制系统来操作的。如图4一39 (b)所示的是电动控制系统。加热器水位的变化信号通过壳侧水位计接受并经差压变送器、比例积分单元、操作单元，最后由电动执行机构来操作摇杆8。 三、轴封加热器 轴封加热器是表面式加热器，且多为卧式。其加热蒸汽为汽轮机各汽缸末端的轴封漏出的汽气混合物，显然它不属于回热抽汽，但是汽气混合物的热量却利用于回热系统中，如图2一3中的SG1和SG2即是轴封加热器。根据轴封漏

8、汽量的大小和能位的高低，可设一或二级轴封加热器，并插人回热系统中适宜的位置。由于轴封加热器利用了汽气混合物的热量，提高了系统热经济性，此外轴封加热器也使汽轮机轴封系统的正常运行获得保障又防止了汽轮机车间的蒸汽污染。所以现代火电厂中都设置了轴封加热器。轴封加热器的疏水装置通常为多级水封，与凝汽器热井相连，如图4-5一图4-13中SG所示。由于加热蒸汽流量与主凝结水流量过于悬殊，往往在主凝结水管道设置节流孔板分流一部分水流经轴封加热器使蒸汽凝结成疏水。 四、表面式加热器的水侧旁路及保护装置 表面式加热器管束内的水压比筒体内的汽压高得多，在运行中若管束破裂、泄漏，压力水会沿着抽汽管道倒流人汽轮机，造

9、成严重事故。为了避免汽轮机进水、加热器筒体超压和锅炉给水中断，在设计回热加热系统时，必须考虑设置水侧旁路系统，尤其是要求严格的高压加热器组，不仅应有适宜的旁路，而且更应有自动保护装置。 加热器水侧旁路通常有单个加热器的小旁路和两个加热器以上的大旁路两种。单个加热器的小旁路运行灵活，事故波及面小对热经济性的影响也小，但系统复杂、连接管路及管制件多，投资大。大旁路则刚好相反，系统简单，但事故波及面大，对热经济的影响大，随着高压加热器制造质量的提高，大旁路也应用较多。如沙角C厂5印MW机组的三台高压加热器中，压力最高的加热器设置一小旁路，压力次之的两台加热器设置一大旁路，如图4一40所示。额定工况运

10、行时的给水温度为271 1，除氧器出水温度为185.590。若大旁路内的加热器发生故障，由于压力最高的加热器设计有一定富余量，此时给水温度为253.2，下降相对要小些；若压力最高加热器发生故障，给水温度仍可达254.6，下降也不很多。这种一大一小旁路的设置是较合理的。 低压加热器组也有另外的考虑，仍以660MW机组中4台低压加热器为例。将压力最低的2台加热器和压力次之的另两台加热器分别设置了大旁路，必要时（如除氧器上水时）通过切换阀门可将主凝结水直接输人除氧器。如图4一41所示。 锅炉给水不允许中断，所以现代大型火电机组的高压加热器均配有水侧自动旁路保护装置，主要有水压液动控制和电动控制两种。

11、 图4一42所示为国产高压加热器水压液动自动旁路装置示意图。该旁路采用3台加热器的大旁路。该装置在水侧进口和出口装有靠液压操纵活塞而动作的人口联成阀11和出口逆止阀15，人口联成阀是外置活塞机构，控制水来自凝结水（0.78 - 0.98MPa）；电磁阀为快速启闭阀。若高压加热器出现故障，水位上升至发出信号使电磁阀7动作，联成阀11上部活塞10在水压作用下自动关闭人口联成阀11，隔断了给水进入加热器的通路，同时出口逆止阀因下部失去水压而落下关闭，给水由旁通管至加热器出口，完成旁路，整个动作时间为2s。此时给水温度为除氧器出口水温度。 该装置在水侧进、出口管路上还装有电动闸阀和旁路电动闸阀，其目的

12、是将整个高压加热器组解列，以便对其进行检修。另外为保护高压加热器的安全，水侧、汽侧均装有安全阀，筒体还设有排气系统（启动和正常运行时排气），该系统能排除蒸汽停滞区内的不凝结气体，改善传热环境，减少加热器的腐蚀。 图4一43为高压加热器水侧旁路采用电动控制保护示意图。该装置中，给水进口阀3、出水阀1及旁通阀2均为电动的，它们同时受3台高压加热器的3个继电器控制。每台高压加热器都装有1个带电接点的水位信号器4，它可发出两个信号，一是在正常范围内调节，保持加热器水位；二是在加热器发生水管破裂或泄漏等故障时，水位升至极限位置，继电器动作发出电信号，加热器的进出口阀门关闭，旁通阀打开，给水由旁通管道直供

13、锅炉，同时信号灯发出闪光信号，表示电动旁通装置已动作。显然该旁路属于大旁路，系统较简单，操作方便，投资也省，如有的仅幻MW机组的高压加热器水侧旁路即是如此。也有大机组的高压加热器组水侧旁路采用小旁路的，如阳逻电厂一期300MW机组的3台高加都有自己的旁路，该系统运行灵活，事故影响面小。针对具体的机组究竟采用大旁路、小旁路或大小兼顾要通过技术经济比较来确定。 五、回热系统中的抽空气管路 各加热器汽侧与加热蒸汽管道相连，运行中蒸汽不断凝结成疏水，而蒸汽中含有部分不凝结性气体则会在筒体中停留，影响加热器中的传热系数值。为此在加热器汽侧设置了抽空气管道以排除不凝结性气体。通常低压加热器抽空气系统与凝汽

14、器的真空维持系统相连接，为减少抽空气过程中携带蒸汽造成的热损失和降低抽气器负担，在抽气管路上设置有节流孔板，用以阻止蒸汽大量流人下一级或凝汽器（见图4一35）。 高压加热器汽侧也有抽空气管路与除氧器相连接。如图所示，也有将空气直接排人大气的。 凝结水泵与疏水泵人口处也应设置抽空气管路，分别引至凝汽器和相应加热器的抽空气管路，不断抽出漏人泵内的空气以维持泵的正常运行。 六、回热系统中的水泵 回热系统中给水泵向锅炉提供合格给水，凝结水泵向除氧器提供凝结水，运行中都不允许中断供水，为此给水泵和凝结水泵必须设置备用泵，按设计规程要求至少一台备用泵，图4一35中所示给水泵二台运行一台备用，凝结水泵一台运

15、行一台备用。 凝结水泵的设置还与凝结水精处理方式有关，当全部凝结水需要进行处理时，目前有两种方式：低压凝结水除盐设备，如图4一5所示，即除盐设备DE为低压设备，其后应设置凝结水升压泵，与主凝结水泵串联，其台数和容量应与主凝结水泵相同。在设备条件具备时，宜采用与凝结水泵同轴的凝结水升压泵。中压凝结水除盐设备（如图4一9所示），无须凝结水升压泵而直接串联在中压凝结水泵出口。此方式设备少、阀门少、管道短、系统简化，操作方便，在引进型机组及部分进口机组中采用较多。 而对疏水泵可不设备用，只设启动和备用管路。 给水泵、凝结水泵和疏水泵的进、出水管、空气管、疏水管上都应设置关断阀门，为使事故时及时对设备进

16、行隔离检修。同时，它们的出水管上还应设有逆止阀，以防止事故时或运行泵对备用泵造成水倒流时使泵反转。 为防止给水泵在小流量情况下不能将热量带走而引起泵水汽化的危险，在给水泵出水管与除氧器水箱之间连接一管道，称为给水泵再循环管，一般该管道中装设两个关断阀和一个调节阀，由给水泵最小流量控制装置自动控制，当给水小到某一值时，再循环管接通，部分给水进行再循环，当给水逐渐增加到某另一值时，再循环管切断，全部给水经过高压加热器后进人锅炉。 凝结水泵出口管与凝汽器之间一般也设置有再循环管来达到同样的目的。 七、回热系统中的备用管路 由于除氧器必须高位布置，在低负荷时还必须切换到较高压力的抽汽管，为防止在低负荷

17、时高压加热器的疏水不能自流人除氧器，须设置一备用管路与相应阀门连接到相邻的低压加热器，以保证低负荷时高压加热器的正常疏水。也有的机组将高压加热器疏水备用管路直接连接到疏水扩容器后进人凝汽器，如300MW优化引进型机组。 在启动和低负荷时疏水泵不投人运行，采用备用管路逐级自流方式运行，因此疏水泵不需设再循环管。 八、加热器的运行监督和保护 加热器作为电厂的重要辅机，它们的正常运行与否，对电厂的安全、经济性影响很大。机组实际运行的安全性和经济性，首先与设计、制造和安装有关，与电厂中严格、科学的管理分不开。下面就加热器运行中几个重要方面予以介绍。 1.加热器启动 （1)打开加热器汽侧和水侧所有排气阀

18、。 (2)慢慢打开进水阀的手动旁路阀，开始向加热器水侧注水。注水速度取决于进水的温度和合理的升温率（一般不大于2 C /nun，最大不超过3'C/min，否则会影响加热器使用寿命），使加热器温度达到水温，空气或氮气从水室的启动排气口逸出。 (3)当水侧气体排尽后，即可关闭水室的启动排气口。 (4)打开进水阀，关闭进水阀的手动旁路阀。 (5)当加热器温度与进水的温度一致并稳定后，若加热器后面的给水管路中无压力也无流量，则可打开给水出口处的旁路阀直至压力平衡，然后打开给水出口阀，并关闭给水出口旁路阀；若加热器后面的给水管路中有给水压力而无流量，则只需打开给水出口阀；如加热器后面的给水管路中

19、有给水压力和流量（如利用加热器旁路运行时），则在慢慢关闭加热器给水旁路阀的同时，慢慢地打开给水出口阀。 (6)对采用逐级疏水的加热器，打开进口疏水阀。当加热器在低负荷条件下投运时，逐级疏水的加热器之间的压差可能不足以克服加热器的阻力损失和标高差，此时应打开专设管道将疏水直接流人凝汽器，待达到足够压差后，再进行正常管路的逐级疏水。 (7)打开蒸汽进口阀，并注意按建议的升温率升温，直到正常的运行温度。当蒸汽进入后筒内空气或氮气将从排气口逸出，当排气口出现蒸汽时，即可关闭排气口阀门。 2.加热器停运 （1)关闭加热器筒体运行排气阀。 (2)按建议的降温率（与升温率同）降低温度，慢慢关闭蒸汽进口阀。

20、(3)慢慢关闭疏水进口阀。 (4）关闭疏水出口阀。 (5）慢慢关闭给水进口阀。 (6)关闭给水出口阀。 (7)从筒体内排出冷凝水。 3.加热器端差监视 加热器出口端差是运行监督的一个重要指标，运行中端差增大可能与下列原因有关： （1)换热面结垢致使热阻增大传热恶化。 (2)由于空气漏人筒体压力低于大气压的加热器或排气不畅，在加热器中集聚了不凝结的气体，严重影响传热。 (3)疏水装置工作不正常或管束漏水，造成加热器水位过高，淹没了部分换热面，减少了传热面积，被加热水未达到设计温度。 (4)加热器旁路阀漏水。运行中应检查加热器出口水温与相邻高一级加热器进口水温是否相同，若后者水温低说明旁路漏水。

21、(5)回热抽汽管道的阀门没有全开，蒸汽产生严重节流损失。 4.疏水水位监控 加热器疏水水位过高过低，不仅影响机组的经济性，而且还会威胁机组的安全运行。 加热器水位太低，会使疏水冷却段的吸人口露出水面，而蒸汽进人该段，破坏该段的虹吸作用，造成加热器人口端差（下端差）变化，蒸汽热量损失且会冲击冷却段的U形管，造成振动、汽蚀等现象。汽水混合物流人下一级加热器，排挤回热抽汽使经济性进一步降低。 判断是否有蒸汽进人疏水冷却段，可以比较疏水出口温度与给水进口温度之差，正常运行时夕二5.6一111范围。如夕大于111则可能漏人了蒸汽。 加热器水位太高，将使部分管束浸没在水中，减小了换热面积，导致加热器性能下

22、降（出口端差变大）。加热器在过高水位下运行是非常危险的，一旦操作失误或处理不及时，就可能造成汽轮机本体或系统的损坏（如水倒灌进汽轮机，蒸汽管道发生水击等）。 造成加热器水位过高的原因有疏水调节阀失灵、相邻加热器之间疏水压差太小、汽轮机超负荷运行和加热器管束损坏等。在加热器停运时，可通过水压试验或用压缩空气来确定管束是否泄漏。在运行中，则可从检测流量、观察疏水调节阀的工作来判断管束是否泄漏，如果压力信号或阀杆行程指示器表示阀杆是在逐渐开大，或者比该负荷条件下正常度大，则说明多出的疏水量是由于管子的泄漏造成的。 实际运行中，正常判断水位和合理调整水位是很重要的。虽然每台加热器都设有水位计、水位调整

23、器和水位铭牌等装置，但仍要注意防止假水位的迷惑，以免造成不必要的损失。因为水位的信号显示和控制是通过壳体上下两个接口分别引出的，在卧式加热器中蒸汽流过上接口处的速度与接近液面处的速度是不同的。由于水位计通常设在靠近疏水冷却段的进口处，而相应的蒸汽处在加热器的前端，流速较高，故该处静压较低，所测得水位偏高。也即虽然水位计的指示已达加热器水位标牌刻度线，但其实际水位仍偏低，严重时会造成水封失水，所以应在现场进行水位调整。 5.加热器的保护 运行中为避免加热器管束结垢和腐蚀，必须保证主凝结水的纯度。通常对于300MW等级以上的大功率机组，在正常运行条件下，凝结水应经过精除盐处理再进人加热器。进人和贯

24、穿高压加热器的给水水质也应在除氧器中进行除氧和调整给水的州值，因为给水系统产生的腐蚀最严重的是溶解氧腐蚀和游离二氧化碳腐蚀，它们都属于电化学腐蚀。凝结水和给水的品质根据机组大小、参数高低有所不同，应严格按照有关标准执行。 停机期间，也应加强对加热器的保护，如汽侧充氮，须在排尽疏水和完全干燥后充人干的氮气。水侧注人联胺，使加热器内联胺浓度达到200mg/L等。 九、除级器的全面性热力系统及运行 除氧器作为热力系统中一个特殊的加热器混合式加热器，除了与表面式加热器的共同点外还有其特殊的要求。 1.低负荷汽源的切换与备用汽源的设置 无论是定压运行或滑压运行除氧器都需要在低负荷时进行切换，只是切换时所

25、带负荷的高低有别，前者在70%左右，后者为20%左右。一般都在上一级较高压力抽汽管上装设自动切换阀至本级管道，当压力降低至设定值时，接通上一级关闭本级自动完成。 锅炉启动、清洗或点火上水时，需供给合格除氧水，为此在汽轮机未启动前应设置备用汽源向除氧器供汽。对母管制电厂可由相邻机组的抽汽作为备用汽源。对单元制机组则应该置辅助蒸汽联箱，其汽源一般来自运行汽轮机高压缸排汽或专设启动锅炉。 2.除氧器的压力调节和保护 在抽汽管道（定压运行）或切换管道（滑压运行）上应装置自动压力调节阀，以满足稳定的除氧效果。 除氧器与表面式加热器一样，都是压力容器，应设置可靠的安全阀（4只左右），同时设置高、低压报警信号。 当除氧器工作压力降至不能维持额定压力时，应自动开启高一级抽汽电动隔离阀；当除氧器压力升高至额定压力的1 2倍时，应自动关闭压力调节阀前的电动隔离阀；当压力升高至1.25一1.3倍额定工作压力时，安全阀应动作；当压力升高至1.5倍额