发电厂的回热加热系统

第一节回热加热器的型式卧式加热器回热循环：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；加热器的类型：汽、水接触方式：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受热面布置方式：一、混合式加热器混合式加热器：加热蒸汽与水在加热器内直接接触，来完成热量交换，从而提高水温。1、混合式加热器的结构

（1）按布置方式分：卧式和立式卧式混合式加热器1、外壳；2、多孔淋水盘组；3、凝结水入口；4、凝结水出口；5、汽水混合物引出口；6、事故时凝结水到凝结水泵进口联箱的引出管；7、加热蒸汽进口；8、事故时凝结水往凝汽器的引出管；C、加热蒸汽入口D、凝结水出口A、汽气混合物出口B、凝结水进口（2）结构设计：汽水接触面积尽量大，热交换时间尽量长。故将水变微细雾化和薄膜，逆向流动和多层横向冲刷，目的增加传热量，使水出口温度达到该级加热器蒸汽压力下的饱和温度。（3）以除氧为主的混合式加热器，称除氧器。（4）混合式加热器在加热或冷凝过程中分离出来的不凝结气体和部分余汽被引至凝汽器或专设的冷却器中。（5）在非重力式混合加热器和除氧器，应在出口设置一定容积的集水箱，以确保其后水泵运行安全可靠。2、混合式加热器及其系统的特点：

（1）可以将给水加热到该级加热器压力下的饱和温度。由于汽水直接混合，充分利用了蒸汽的能位，热经济性比表面式的高。

（2）由于汽水直接混合，无金属传热面，结构简单，金属耗量少，造价低。便于汇集各种不同参数的汽、水流量，如：疏水，补充水，扩容蒸汽等。（3）可以兼作除氧设备使用；

（4）全部由混合式加热器组成的系统：安全性可靠性低，系统投资大（每级都设置泵，才能将饱和水压入高一级的加热器内）。图2－1全混合式加热器回热系统（5）重力布置方式的混合式加热器回热系统采用重力式回热系统布置方式的混合低压加热器组可以解决前面的问题，同时提高热经济性。图2－2带有两组重力布置方式的混合式加热器回热系统12345678CH1H2H3H4H5H6H7H8SG2SG1至C图2－3带有部分混合式低压加热器的热力系统二、表面式加热器

加热过程：加热蒸汽与水在加热器内通过金属管壁进行传热，通常水在管内流动，加热蒸汽在管外。

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。

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。1、表面式加热器的结构（1）分类：布置方式：卧式（大容量常采用）、立式水的引入引出方式：水室结构、联箱结构管板—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（2）水室结构加热器（U形管管板式加热器）用途：低压加热器、中小机组高压加热器（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2、表面式加热器的特点（1）有端差存在，蒸汽能量利用率较低，热经济性比混合式差；（2）有金属传热，金属耗量大，内部结构复杂，制造困难，造价高；（3）不能除去水中的氧和其它气体，未能有效地保护高温金属件。（4）全部由表面式加热器组成地系统简单，运行安全可靠，布置方便，系统投资和土建费用少；图2－6全表面式加热器回热系统图2－7实际电厂采用的典型系统：高、低加热器为表面式的系统（5）由于给水被加热后是送入锅炉，因此加热器的水泵出口压力比锅炉压力高，各加热器内水管应能承受比锅炉压力还高的水压，导致加热器地材料价格上升。第二节表面式加热器及系统的热经济性一、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温度twj——离开加热器的凝结水温度

——端差：

=tsj–

twj分析：

↓

，热经济性↑

ΔtabA,m212abtwj+1twjtsj12

t℃分析：

↓

，热经济性↑（1）如加热器出口水温twj不变，端差减少意味着tsj不需要原来的那样高，回热抽汽压力可以降低一些，回热抽汽做功比Xr增加，热经济性变好；（2）如加热蒸汽压力不变，tsj不变，端差

减少意味着出口水温twj升高，其结果是减少了压力较高的回热抽汽做功比而增加了压力较低的回热抽汽做功比，热经济性得到改善。

ΔtabA,m212abtwj+1twjtsj12

t℃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↑，

↓，减少端差是以付出金属耗量和投资为代价。无过热蒸汽冷却段：

=3~6°C有过热蒸汽冷却段：

=-1~2°C

ΔtabA,m212abtwj+1twjtsj12

t℃二、抽汽管道压降Δpj及热经济性twj+1twjtsj

j

j+1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、局部阻力一般

pj不大于抽汽压力pj的10%大容量机组取4%~6%；二、抽汽管道压降Δpj及热经济性抽汽管道介质流速：过热蒸汽：35～60m/s；饱和蒸汽：30～50m/s;湿蒸汽：20～35m/s。twj+1twjtsj

j

j+1分析：

pj

↓

，热经济性↑三、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

讨论P57：第三段中：内置式蒸汽加热器中有20－30℃的过热度是如何反映在图2－12中的？(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（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，提高最终给口水温度；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3、特点外置式蒸汽冷却器经济性分析外置式蒸汽冷却器是一个独立的换热器，具有较大的换热面积，钢材耗量大，造价高，但其布置方式灵活，即可减少本级加热器的端差，又可提高最终给水温度，降低机组热耗，从而使热经济性获得较大提高。（1）用做功能力法分析：A：提高给水温度，减少锅炉换热温差；B：蒸汽温度降低，减少了本级加热器换热温差，佣损减少，同时提高给水出口温度，减少高压力级回热抽汽量。（2）热量法：最终给水温度提高，使热耗降低，回热抽汽做功增加，凝汽做功减少，冷源损失降低更多，热经济性提高。4、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（加热器顺序连接）（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提问：P58?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？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（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：进水温度小，换热温差大，火用损大； 回热抽汽做功少，热经济性稍差5、外置式蒸汽冷却器连接方式比较四、表面式加热器的疏水方式及热经济性分析1、疏水收集

——将疏水收集并汇集于系统的主水流（主给水或主凝结水）中。疏水收集方式分为：疏水逐级自流方式和疏水泵方式疏水逐级自流方式（1）疏水逐级自流方式

——利用相邻表面式加热器汽侧压差，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。（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），疏水必须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，由于此汇入地点的温差最小，因此混合产生的附加冷源损失小。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佣损变化（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

hwj-1pj-1Dj-1pjDjpj+1Dj+1bah

j

hwj-1

pj-1Dj-1pjDjpj+1Dj+1图2－17表面式加热器j级疏水不同收集方式的分析图2－18表面式加热器j级疏水不同收集方式（a）疏水逐级自流；（b）疏水逐级直流加外置式疏水冷却器；（c）采用疏水泵；（d）加疏水冷却器对j级换热的影响；（e）加疏水冷却器对在j-1级发生压降的影响。3、疏水冷却器的设置目的：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pjhjhwjpj+1hj+1

h

jh

j+1hwj+1hwj+2

图2－12带有内置式蒸汽冷却段和疏水冷却段的加热器示意图下端差（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℃

设置疏水冷却段的意义：

提高热经济性，对系统的安全运行也有好处。因为：原来的疏水为饱和水，当自流到压力较低的加热器时，经过节流降压后，疏水会产生蒸汽而形成两相流动，对管道下一级加热器产生冲击振动等不良后果，加装疏水冷却器后，这种可能性就降低了。对高压加热器而言，加装疏水冷却段后，疏水最后流入除氧器时，也将降低除氧器自生沸腾的可能性。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五、实际机组回热原则性热力系统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。第三节给水除氧及除氧器一、给水除氧的必要性（1）给水由主凝结水和补充水组成，水中溶解了氧气和二氧化碳等气体，这些气体易与金属发生化学反应，使金属表面遭到腐蚀，影响电厂的安全运行。（2）不凝结气体将使传热恶化，热阻增加，降低机组热经济性。（3）锅炉过热蒸汽压力为5.8MPa以下，给水溶解氧应小于或等于；锅炉过热蒸汽压力为5.9MPa以上，给水溶解氧应小于或等于。二、给水除氧方法1、化学除氧（1）是向水中加入化学药剂，使水中溶解氧与它发生化学反应生成无腐蚀性的稳定化合物，达到除氧的目的，但不能除去其它气体，而且价格贵还产生盐类，电厂少采用。（2）现在常用在给水中加入联胺N2H4，既可以除氧还可以提高给水的pH值，同时有钝化钢铜表面的优点。（3）采用联胺需维持以下条件：

A：必须使水保持足够的温度；

B：必须使水维持一定的Ph值；

C：必须使水中有足够的过剩联胺。（4）另外可在水中加气态氧或过氧化氢，使金属表面形成稳定的钝化膜。或同时加氧和联胺的方法。2、物理除氧是借助于物理手段，将水中溶解氧和其它气体除掉，并且在水中无任何残留物质。火电厂普遍应用的是热力除氧法，价格低，经济性高。热力除氧法是主要的方法。1、除氧原理：建立于亨利定理和道尔顿定律基础之上。2、亨利定理：反映了气体在水中溶解和离析的规律，即在一定温度条件下，气体溶于水中和气体自水中逸出是动态的过程，当处于动态平衡时，单位体积中溶解的气体量b与水面上该气体的分压力pb成正比：三、热力除氧原理分析：当水面上气体压力p大于该气体溶解于水中的压力时，原来的平衡（溶解和析出）被破坏，则水面上有更多的该气体溶解于水中，反之则有更多的该气体自水中逸出，直至新平衡的建立。3、道尔顿定律指出混合气体全压力与各组成气（汽）体分压之间的关系，即混合气体的全压等于各组成气（汽）体分压之和。对于给水而言，混合式加热器（除氧器）中的全压p等于溶解于水中各气体分压与水蒸气压力之和，即：要除掉水中某种气体，则只需将水面上该种气体的分压力将为零即可。4、除氧器工作过程对除氧器中的水进行定压加热时，随着温度上升，水蒸发过程不断加深，水面上水蒸气的分压力逐渐加大，溶于水中的其它气体的分压力逐渐减少。当水被加热到除氧器工作压力下的饱和温度时，水蒸气的分压力接近或等于水面上气体的全压力时，则水面上其他气体的分压力趋于零，水中也就不含其它气体。因此除氧器不但除去了氧气，而且还除去了其它气体。5、保证热力除氧效果的基本条件（1）水应该加热到除氧器工作压力下的饱和温度；（2）必须把水中逸出的气体及时排走，以保证液面上氧气及其它气体分压力维持为零或最小。（3）被除氧的水与加热蒸汽应有足够的接触面积，蒸汽与水应逆向流动，确保有较大的不平衡压差。6、初期除氧与深度除氧（1）初期除氧阶段：此时由于有大量溶解气体，不平衡压差较大，通过加热给水，气体以小汽泡形式克服水的黏滞力和表面张力离析出来，占80～90％；水含氧量减少为：50～100ug/L；（2）深度除氧阶段：此时水中留有少量气体，相应不平衡压差小，气体难以克服水的黏滞力和表面张力离析出来，自由靠单个分子的扩散作用慢慢的离析出来，消耗时间长。因此需要加强深度除氧，可采用水膜替代水滴，增加水流紊流，蒸汽鼓泡等措施。

四、热力除氧器类型及结构1、除氧器的类型及选择（1）真空式除氧器：是设置在凝汽器内的除氧装置，借助凝汽器内的高真空，通过加热蒸汽的加热而进行除氧的。该种方式不单独设置，是一种辅助装置。（2）大气压式除氧器：是指其工作压力较大气压力稍高（约0.118MPa），以便使离析出来的气体能够在该压差的作用下自动排出除氧器。

特点：压力低，土建费用低，适用于中、低参数发电厂、热电厂补充水及生产返回水的除氧设备。

（3）高压除氧器

指压力大于0.343MPa的除氧器，多用于高参数电厂中。采用高压除氧器后，可以将汽轮机相应的抽汽口位置随压力提高（抽汽温度也提高）向前推移，所以减少了高压加热器的台数，且使给水有较高的温度，可以避免除氧器的自身沸腾现象。同时，提高压力也就提高相应的饱和水温度，使气体在水中的溶解度降低，提高了除氧效果。2、除氧器的结构（1）大气式除氧器（立式淋水盘式）。（2）喷雾式除氧器（3）卧式除氧器与给水箱1、除氧器的热平衡（1）进入除氧器的物质等于离开除氧器的物质（2）进入除氧器的热量＝离开除氧器的热量五、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（1）自生沸腾：是指由除氧器的热力计算中，若计算出的加热蒸汽量为零或负，说明不需要回热仅凭其它进入除氧器的蒸汽和疏水就可以满足将水加热到除氧器工作压力下的饱和温度，这种现象就叫自生沸腾。（2）自生沸腾的危害：除氧器自生沸腾时，回热抽汽管上的逆止阀关闭，破坏了汽水逆向流动，排气工质损失大，热量损失也大，除氧效果恶化，同时还威胁除氧器的安全。（3）防止除氧器自生沸腾的方法：A：可将放热物流如：排污扩容器来的蒸汽（或高加疏水等）等引至它处。B：设置高加疏水冷却器降低疏水焓值后再引至除氧器。第四节除氧器的运行及其热经济性一、除氧器的运行方式：定压运行、滑压运行1、定压运行：是指保持除氧器工作压力为一定值，故所以在除氧器进汽管上安装一压力调节器，将压力较高的回热抽汽降低至定值，造成抽汽节流损失。同时，在低负荷时，切换到更高压力的回热抽汽上，此时的节流损失更大。常用于中小型机组上。2、滑压运行：是指在滑压运行范围内运行时，其压力随主机负荷与抽汽压力的变动而变化（滑压），启动时除氧器保持最低恒定压力，抽汽管上只有一逆止阀防止蒸汽倒流入汽轮机，没有压力调节阀及其引起的额外节流损失。与定压运行除氧器相比，经济性更高些。3、中间再热机组的除氧器，宜采用滑压运行。除氧器采用滑压运行可以使回热加热分配更加接近最佳值。图2－28除氧器不同运行方式的热经济性二、除氧器汽源的连接方式1、单独连接定压除氧器方式（1）该级回热抽汽压力高于除氧器运行压力。（2）抽汽管道上设置有压力调节阀，（3）在负荷降低到该级抽汽压力不能满足除氧器的运行压力时，应能切换到高一级抽汽并能关闭原级抽汽的装置。（4）特点：A、由于有阀存在，节流损失大，降低了该级抽汽的能位；使压力较高一级抽汽量↑，回热抽汽做功比Xr↓冷源损失↑，机组↓。B、同时低负荷时，原级抽汽关闭，回热级数减少，回热过程不可逆损失增大。常用于高中压电厂带基本负荷时。2、前置连接定压除氧器方式（1）该种方式是在除氧器出口水前方设置一高压加热器并与除氧器共用同一级回热抽汽，组成一级加热。（2）虽然该除氧器抽汽管上仍然有压力调节阀的作用，但是由于前置的高压加热器的抽汽管没有节流作用，其出水口水温仍然可以达到该级抽汽压力下相应的最高水温。（3）压力调节阀起到分流作用，对出口水温无影响。3、滑压除氧器方式（1）这种连接本级回热抽汽管道上不设压力调节阀，因此在滑压范围（20～100％）内，其加热蒸汽压力随机组负荷变化而变化，避免了加热蒸汽的节流损失。为确保除氧器在低负荷（20％以下）时仍能够自动向大气排汽，仍需装有至高一级回热抽汽管道上的切换阀和压力调节阀。（2）与单独连接相比，关闭本级抽汽的负荷由70％降到20％。（3）与前置式相比，无出口水的温差，热经济性高，适于再热机组和调峰机组。三、除氧器的滑压运行除氧器滑压运行的特征：

（1）除氧器内的压力、水箱水温以及给水泵入口水温均会随机组负荷而变化；（2）在额定工况下运行时，滑压除氧器与定压除氧器的出口水温均为饱和水温。（3）当机组负荷变化时，会对除氧器效果和给水泵的安全运行带来不利影响。三、除氧器的滑压运行1、负荷骤升负荷骤升的结果：除氧器压力能够很快上升，然而水箱中的水因热惯性使水温温升滞后于压力的变化，由原饱和状态变为未饱和状态，水面上已离析出的气体又重新返回水中，即发生：“返氧”现象，使除氧器出口的含氧量增大，恶化除氧效果。但是，压力上升而水温滞后对于水泵的运行更安全。（2）解决方法：A：控制负荷骤升速度，一般在每分钟5％内就可以确保除氧效果。B：在给水箱内加装再循环管。当机组负荷骤升时，给水箱内水温滞后于压力的变化，将加热蒸汽通入再沸腾管中，直接对水箱的水进行加热，使水温的变化跟上压力的变化，则除氧效果可得到很大改善。C：对滑压范围加以适当的压缩。因为滑压范围过大，水温滞后更大，改善除氧效果的时间更长。2、负荷骤降

负荷骤降的结果：负荷骤降时，随着除氧器压力的下降，除氧水箱内的水由饱和状态变为过饱和状态而发生“闪蒸”现象，除氧效果由于水的再沸腾而更好，水温也因此而下降，但此时与水箱下水管相连的给水泵入口处的水温并没有立即跟着下降，而给水泵入口的压力却随着除氧器压力骤降而下降，当给水泵入口水温所对应的汽化压力大于给水泵内最低压力时，则汽蚀发生，它会严重影响给水泵的安全运行。3、给水泵不汽蚀的条件（1）有效汽蚀余量NPSHa：是指在泵吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量，也即液体所具有的避免泵发生汽化的能量，与吸入系统有关。（2）必须汽蚀余量NPSHr：是表示泵本身的汽蚀性能的一个参数，与泵的吸入系统无关，而与泵的结构、转速、流量有关。（3） 给水泵不汽蚀的条件：是在压力最低部位满足以下条件：4、滑压运行除氧器防止给水泵汽蚀的措施（1）在暂态过程中使泵内最低压头大于泵内水温所对应的汽化压头，水泵就不会发生汽蚀。A：提高除氧器安装高度，也就加大了除氧器防止水泵汽蚀的富裕压头；B：采用低转速前置泵和变速给水泵。C：降低泵吸入口管道的压降，应减少管道上不必要的弯头，管制件，和水平管段长度。所以给水泵布置时通常布置在除氧器正下方不远处。（2）将汽化压头曲线的滞后时间缩短，达到与最低压头曲线不相交。A：提高水泵吸入管内流速；B：加大给水泵流量；C：在给水泵入口注入“冷水”，以降低进入给水泵的水温。（3）减缓暂态过程除氧器压头曲线的下降。A：适当增加除氧器给水箱储水量，当负荷骤降时靠存水“闪蒸”出更多的蒸汽来阻止除氧器压力下降；B：装设在滞后时间内能快速投入的备用汽源，以阻止除氧器压力的下降。四、无除氧器热力系统1、氧化铜的威胁：在凝汽器和表面式加热器的换热管均采用铜管，故在高温有氧的环境下会产生氧化铜，对汽轮机流通部分产生危害。2、解决措施：将表面式加热器换成混合式加热器，取消铜管加热器，同时采用凝汽器及混合式低压加热器的二次除氧，可以使给