第三章 发电厂的回热加热系统

第三章发电厂的回热加热系统第一页，共五十七页，编辑于2023年，星期四一、回热加热器的类型回热循环系统

——由回热加热器、回热抽汽管道、水管道、疏水管道等组成的一个加热系统。回热加热器是该系统的核心。类型混合式加热器：汽水直接接触

表面式加热器：汽水不接触，通过金属壁面换热立式加热器 卧式加热器汽、水接触方式受热面布置方式第二页，共五十七页，编辑于2023年，星期四1.1混合式与表面式加热器比较（1）热经济性 混合式高（2）结构 混合式简单（3）除氧 表面式不可以除氧（4）回热系统复杂性及可靠度 混合式复杂：需要水泵、水箱第三页，共五十七页，编辑于2023年，星期四1.2回热系统1）全表面式加热器回热系统第四页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2）全混合式加热器回热系统第五页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3）带有两组重力布置方式的混合式加热器回热系统使汽轮机内效率提高0.3%~0.5%，同时，减小了系统的复杂性。第六页，共五十七页，编辑于2023年，星期四4）高、低压加热器为表面式的系统第七页，共五十七页，编辑于2023年，星期四pcp1p2p3p4p5p7p65）全部低压加热器为混合式的系统第八页，共五十七页，编辑于2023年，星期四12345678CH1H2H3H4H5H6H7H8SG2SG1至C6）带有部分混合式低压加热器的热力系统第九页，共五十七页，编辑于2023年，星期四1.3加热器的结构1）表面式加热器疏水

——表面式加热器中加热蒸汽在管外冲刷放热后的凝结水。（以区别于凝结水）端差（上端差、出口端差）——表面式加热器管内流 动的水吸热升温后的出口温度与疏水温度之差分类：布置方式：卧式、立式水的引入引出方式：水室结构、联箱结构第十页，共五十七页，编辑于2023年，星期四用途：低压加热器、中小机组高压加热器（1）水室结构加热器（U形管管板式加热器）第十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期四管板—U形管束卧式高压加热器结构示意1-U形管；2-拉杆和定距管；3-疏水冷却段端板；4-疏水冷却段进口；5-疏水冷却段隔板；6-给水进口；7-人孔密封板；8-独立的分流隔板；9-给水出口；10-管板；11-蒸汽冷却段遮热板；12-蒸汽进口；13-防冲板；14-管束保护环；15-蒸汽冷却段隔板；16-隔板；17-疏水进口；18-防冲板；19-疏水出口第十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期四（2）联箱结构加热器

用途：大机组高压加热器1—给水入口联箱；2—正常水位；3—上级疏水入口；4—给水出口联箱；5—凝结段；6—人孔；7—安全阀接口；8—过热蒸汽冷却段；9—蒸汽入口；10—疏水出口；11—疏水冷却段；12—放水口第十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2）混合式加热器结构除氧器 分类：卧式、立式1—外壳；2—多孔淋水盘组；3—凝结水入口；4—凝结水出口；5—汽气混合物引出口；6—事故时凝结水到凝结水泵进口联箱的引出口；7—加热蒸汽进口；8—事故时凝结水到凝汽器的引出口；A—汽气混合物出口；B—凝结水进口；C—加热蒸汽入口；D—凝结水出口第十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期四1—加热蒸汽进口；2—凝结水进口；3—轴封来汽；4—除氧器余汽；5—3号加热器和热网加热器的余汽；6—热网加热器来疏水；7—3号加热器疏水；8—排往凝汽器的事故疏水管；9—凝结水出口；10—来自电动、启动给水泵轴封的水；11—止回阀的排水；12—汽、气混合物出口；13—水联想；14—配水管；15—淋水盘；16—水平隔板；17—止回阀；18—平衡管第十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期四二、表面式加热器及系统的热经济性2.1表面式加热器的端差1——加热蒸汽2——汽测压力下的饱和状态tsj——疏水温度twj+1——进入加热器的凝结水/给水温度twj——离开加热器的凝结水/给水温度——端差：=tsj–

twj分析：

↓

，热经济性↑t/℃ΔtabA/m212abtwj+1twjtsj12第十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期四表面式加热器端差的选择端差与换热面积的关系：换热面积↑，

↓无过热蒸汽冷却段：

=3~6°C有过热蒸汽冷却段：

=-1~2°Ct,℃ΔtabA,m212abtwj+1twjtsj12第十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2.2抽汽管道压降Δpj及热经济性抽汽管道压降Δpj——汽轮机抽汽口压力pj和j级回热加热器内汽侧压力之差，即影响因素：蒸汽流速、局部阻力twj+1twjtsjjj+1一般表面式加热器抽气管pj不大于抽汽压力pj的10%大容量机组取4%~6%分析：pj

↓

，热经济性↑第十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2.3蒸汽冷却器及其热经济性分析1）蒸汽冷却器作用回热加热器内汽水换热的不可逆损失↓加热器出口水温↑，端差↓，热经济性↑2）蒸汽冷却器类型内置式蒸汽冷却器：与加热器本体合成一体（过热蒸汽冷却段）外置式蒸汽冷却器：具有独立的加热器外壳，布置灵活第十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期四(b)(a)内置式；(b)外置式，SC2与主水流并联；(c)外置式，SC2与主水流串联第二十页，共五十七页，编辑于2023年，星期四（1）内置式蒸汽冷却器（过热蒸汽冷却段）优点：简单，投资小缺点：冷却段面积小，只能提高本级出口水温，热经济性改善小，提高0.15%~0.20%（2）外置式蒸汽冷却器优点：减少本级端差，提高最终给水温度；换热面积大，热经济性可提高0.3%~0.5%；布置方式灵活缺点：造价高第二十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3）蒸汽冷却器的连接方式水侧连接方式：（1）内置式蒸汽冷却器： 串联连接（顺序连接）（2）外置式蒸汽冷却器： 串联连接：全部给水流经冷却器 并联连接：只有一部分给水进入冷却器第二十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期四图2-13内置蒸汽冷却器单级串联内置式蒸汽冷却器单级串联第二十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期四外置式蒸汽冷却器连接方式(a)单级并联；(b)单级串联；(c)与主水流分流两级并联；(d)与主水流串联两级并联；(e)先j+1级，后j级的两级串联；(f)先j级，后j+1级的两级串联第二十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期四（1）串联连接优点：进水温度高，换热温差小，火用损小；缺点：给水全部流经冷却器，给水系统阻力大，泵功消耗多（2）并联连接优点：给水系统阻力小，泵功消耗少缺点：进水温度低，换热温差大，火用损大； 回热抽汽做功少，热经济性稍差4）外置式蒸汽冷却器连接方式比较第二十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2.4表面式加热器的疏水方式及热经济性分析1）疏水收集方式 ——将疏水收集并汇集于系统的主水流（主给水或主凝结水）中（1）疏水逐级自流方式 ——利用汽侧压差，将压力较高的疏水自流到压力较低的加热器中，逐级自流直至与主水流汇合第二十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期四疏水逐级自流方式

第二十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期四（2）疏水泵方式

——由于表面式加热器汽侧压力远小于水侧压力（特别是高压加热器），借助疏水泵将疏水与水侧的主水流汇合，汇入点常为该加热器的出口水流中第二十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2）两种疏水方式的热经济性分析热量法：考虑对高一级与低一级抽汽量的影响；做功能力法：考虑换热温差和相应的火用损变化（1）疏水泵方式 疏水与主水流混合后，端差↓，热经济性↑（2）疏水逐级自流方式 高一级抽汽量↑，低一级抽汽量↓，热经济性↓第二十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期四hwj-1pj-1Dj-1pjDjpj+1Dj+1bahjhwj-1pj-1Dj-1pjDjpj+1Dj+1第三十页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3）疏水冷却器的设置pjhjhwjpj+1hj+1hjhj+1hwj+1hwj+2目的：减少疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷源热损失或因疏水压力降产生热能贬值带来的火用损；降低疏水经节流后产生蒸汽形成两相流的可能性布置方式：外置式、内置式第三十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期四疏水冷却段的加热器示意图第三十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期四下端差（入口端差）——加装疏水冷却器（段）后，疏水温度与本级加热器进口水温之差一般推荐=5～10℃

第三十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期四加疏水冷却器的影响第三十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期四4）实际系统疏水方式的选择

技术经济比较：对热经济性影响约为0.5%～0.15%（1）疏水逐级自流方式：简单、可靠、费用少应用：高压加热器、低压加热器（2）疏水泵方式：系统复杂，投资大应用：大、中型机组的最后一、二级低压加热器N600MW机组：全疏水逐级自流方式N300MW机组：全疏水逐级自流方式或第3台低加采用疏水泵方式第三十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期四三．给水除氧及除氧器3.1给水除氧的必要性1）金属表面腐蚀：氧对钢铁构成的热力管道及设备产生较强的氧腐蚀，二氧化碳加剧了这种腐蚀。2）传热恶化：水中的不凝性气体使得传热恶化，热阻增加。第三十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.2给水除氧的方法1）化学除氧采用添加化学药剂的方法，能够彻底除氧，但不能除去其它气体，且费用较高，生成盐类，一般不单独使用。现在一般加入联氨N2H4作为除氧剂。2）物理除氧热力除氧：是一种电厂普遍采用的方法，既可以除去氧气又可以作为回热系统中的一级混合式回热加热，价格便宜，热经济性高。第三十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.3热力除氧1）原理亨利定律：在一定温度下气体溶于水中和气体自水中逸出是动态过程，当处于动态平衡时，单位体积中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比。要除去水中的某种气体，只须将水面上该气体的分压力降为零。道尔顿定律：混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和。给水温度上升，水面上水蒸气的分压力增大，其它气体的分压力减小，并逐渐趋于零。除氧器也是除气器。第三十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2）热力除氧的基本条件：（1）水温达到除氧器工作压力下的饱和温度（2）保证液面上氧气及其它气体的分压力维持为零或最小（3）确保较大的不平衡压差第三十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.4热力除氧器类型及结构1）类型按结构：淋水盘式、喷雾填料式等；按压力：真空式、大气压式和高压除氧器；按布置：卧式和立式。2）结构立式淋水盘式（中参数及以下，P87图2-25）喷雾式（P88图26、27）旋膜式第四十页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.4热力除氧器类型及结构喷雾式除氧水首先进入中心进水管，继而流入环形配水管，在环形配水管上装有若干可调式不锈钢弹簧喷嘴，水由喷嘴喷成雾状。加热蒸汽从除氧塔下部向上流动，由于汽水间传热面积增大，水被很快地加热到除氧塔内压力下的饱和温度，于是水中溶解的气体大部分以小气泡的形式逸出。第四十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.4热力除氧器类型及结构旋膜式凝结水及补充水进入除氧头内旋膜器组水室,在一定的压差下从旋膜管的小孔斜旋喷向内孔,形成射流,由于内孔充满了上升的加热蒸汽,水在射流运动中便将大量的加热蒸汽吸卷进来,在极短时间内很小的行程上产生剧烈的混合加热作用,水温大幅度提升,而旋转的水沿着旋膜管内孔壁继续下旋,形成一层翻滚的水膜裙,此时紊流状态的水传热传质效果最理想,水温达到饱和温度.氧气即被分离出来,由于旋转水流基本上是紧贴管壁旋转而下,在旋膜管中间形成汽—气通道,不存在气体流动死区,因氧气在内孔内无法随意扩散,析出的不凝结气体被讯速排出,只能随上升的蒸汽从排汽管排向大气(老式除氧器虽加热了水,分离出了氧但氧气比重大于加热蒸汽,部分氧又被下流的水带入水箱,也是造成除氧效果差的一种原因).

第四十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.5除氧器的热平衡及自生沸腾1）除氧器的热平衡混合式加热器考虑到热损失后第四十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3.5除氧器的热平衡及自生沸腾2）除氧器的自生沸腾及防止方法自生沸腾：不需要回热抽气加热，仅凭其它进入除氧器的蒸汽和疏水就可把水加热到除氧器工作压力下的饱和温度。危害：回热抽气管上的止回阀关闭，破坏汽水逆向流动，排气工质损失加大，热量损失加大，除氧效果恶化，同时威胁除氧器安全。防止措施：排污扩容器来的蒸汽、漏气或高压加热器疏水等放热物流引至他处；设置高压加热器疏水冷却器；提高除氧器压力；补水引入除氧器。第四十四页，共五十七页，编辑于2023年，星期四四.除氧器的运行及其热经济性4.1除氧器的运行方式定压运行：保持除氧器工作压力为一定值。需要在进气管上安装压力调节阀。（中小机组应用）滑压运行：在滑压范围内运行时，其压力随主机负荷与抽气压力的变动而变化。没有额外节流损失，热经济性高。第四十五页，共五十七页，编辑于2023年，星期四四.除氧器的运行及其热经济性4.2除氧器气源连接方式第四十六页，共五十七页，编辑于2023年，星期四四.除氧器的运行及其热经济性4.3除氧器的滑压运行1）负荷骤升：除氧效果下降2）负荷骤降：水泵气蚀3）水泵安全工作条件（P72-76）闪蒸返氧第四十七页，共五十七页，编辑于2023年，星期四五．回热系统基本连接方式（1）一台混合式加热器作为除氧器，将回热加热器分为高压加热器组和低压加热器组；（2）高压加热器疏水逐级自流进入除氧器（3）低压加热器疏水逐级自流方式进入凝汽器热井或在末级或次末级加热器采用疏水泵将疏水打入加热器出口水管道中。回热抽汽过热度较小时不宜采用蒸汽冷却器；小机组不宜采用蒸汽冷却器和疏水冷却器第四十八页，共五十七页，编辑于2023年，星期四六．汽轮机组原则性热力系统计算1、计算目的1）确定汽轮机组在某一工况下的热经济指标和各部分汽水流量；2）根据计算结果选择辅助设备和汽水管道；3）确定某些工况下汽轮机的功率或新汽耗量；4）新机组本体热力系统定型设计。2、计算基本公式热平衡式、物质平衡式、汽轮机功率方程。第四十九页，共五十七页，编辑于2023年，星期四（1）吸热量=放热量×h

h——加热器效率（2）∑流入热量=∑流出热量流入热量中的蒸汽部分乘以蒸汽焓的利用系数h

1）加热器的热平衡式第五十页，共五十七页，编辑于2023年，星期四2）汽轮机物质平衡或3）汽轮机功率方程第五十一页，共五十七页，编辑于2023年，星期四3、典型热平衡式示例hjhwjhw(j+1))()()1()1()1()1(')1()1()1(+++++++-=-=+=++=jwwjjwhwjjjwjwjjwjwhjjwjwjjwjwjjjwjwjhhhhhhhhhhahaaahaaaaaaa或或（1）混合式加热器第五十二页，共五十七页，编辑于2023年，星期四)()()()()()()1('')1(')1('+++-=--=--=-jwwjwjjhjjjwwjwjhjjjjwwjwjjjjhhhhhhhhhhhhahaahaaa或或（2）表面式加热器第五十三页，共五十七页，编辑于2023年，星期四（3）表面式加热器不同连接