电站汽轮机高、低压热管系统布置

电站汽轮机高、低压热管系统布置

1加热器的投运建立故障回热系统可以显著提高装置的工作效率。目前，热能和原子能集团均采用回热循环，回热系统主要由加热装置和辅助设备组成。加热器一般由表面式和混合式组成,其中高压加热器和低压加热器常使用表面式,除氧器采用混合式加热,通过汽轮机抽汽加热锅炉给水,能提高机组效率和安全性。因此随着机组发电功率越来越大,加热器的正常投运对机组的效率和安全性影响也随之增大,不同的汽机容量和参数需要对应不同的加热器布置和结构型式。在不同的发电机组中,影响加热器正常运行的因素有很多。2疏水冷却段的布置对于表面式给水加热器,布置形式上可分为正立式、倒立式和卧式三类;传热区段有过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段的各种组合。现主要讨论给水回热系统的表面式给水加热器,在不同布置形式和各种传热区段组合下的使用特点;不同布置形式的加热器对换热产生的影响。正立式表面给水加热器(见图1),水室在上部,布置上占地面积小,仅仅只有过热蒸汽冷却段和凝结段,传热面积的利用率较高。布置疏水冷却段时,将有一些被凝结水淹没的传热管,因为需形成疏水水位,壳体底部的U形管和部分直管将被淹没,造成无效面积。正立式表面给水加热器的疏水冷却段布置较为困难,首先是部分流量,传热效果较差;其次由于是正立疏水冷却段,疏水要克服静压,对级间压差较小的加热器不适宜;由于采用部分流量,疏水冷却段的通道通常满足不了疏水流量大的情况,放大通道将浪费传热面积。倒置立式表面给水加热器(见图2),水室是在下部,布置上占地面积小。由于过热蒸汽冷却段不能有水进入,过热段出口需放置在疏水水位以上,并要有一定的疏水水位波动裕量,同样也会在加热器中会产生较大的无效面积;如果无过热蒸汽冷却段,为保持疏水冷却段的水位,另一侧将被水淹没,因此也会产生无效面积;当然,如果过热段比疏水冷却段足够大会没有无效面积,但这种布置情况较少。卧式表面给水加热器(见图3),能适应传热区段的各种组合,但占地面积较大。其疏水水位的控制要求较高,水位波动范围小,水位低会引起疏水冷却段汽水混流,引起冲蚀和传热管失效。3汽化凝聚剂的应用给水加热器的各个区段具有不同的功效(见图4)。过热蒸汽冷却段利用从汽轮机抽出的过热蒸汽的一部分显热以提高给水温度;采用过热蒸汽冷却段,可提高加热器出口的给水温度,使它接近或略超过该抽汽压力下的饱和温度。该饱和温度减给出口温度就是给水端差。利用蒸汽冷凝时的潜热加热给水的区段被称为凝结段。疏水冷却段是把离开凝结段的疏水的热量传给进入加热器的给水,而使疏水温度降至饱和温度以下。利用这种传热布置,一方面可提高机组效率,另一方面减少了疏水在疏水管中被汽化的倾向,特别是靠近除氧器布置的高加,向高位布置的除氧器疏水,有过冷度的疏水其疏水的安全性大大提高。疏水出口温度减给水进口温度就是疏水端差。4回热系统设计因素加热器的传热区段一般由过热蒸汽冷却段、蒸汽凝结段和疏水冷却段组成。现就加热器内各传热区段设置时,对需注意的问题进行探讨。过热蒸汽冷却段的设置原则和需要注意的几个问题。据美国热交换器协会HEI给水加热器标准,推荐凝结段的给水端差不宜小于2℉,(1.1℃),太小的端差是不经济和不合理的,按目前典型的300MW和600MW机组的汽机平衡图,对有过热段设置的加热器,一般给水端差温度为0～5℉(0～1.6℃),并且只有当汽轮机抽汽有足够的过热度时,才能设置过热段,过热段为保证一定的传热效果和不产生凝结,蒸汽在过热段中需保持一定的流速,随之而来的是振动和冲蚀问题,另外,一定的蒸汽速度也会造成蒸汽的压降,过热蒸汽冷却段过大的压降会影响整个加热器的传热效果,因此,在回热系统设置时,要考虑这些因素对传热的影响。过热段要承受低负荷,超高温的工况,加热器内传热区段是1个固定的结构,不可能调节,根据设计工况确定的加热器结构,还要适应其它各种工况。在发电厂的回热加热系统中,机组满负荷时,蒸汽的过热度≥83℃,抽汽压力≥1.034MPa,流动阻力≤0.034MPa,加热器端差在0～1.7℃,冷却段出口蒸汽的过热度≥30℃。5加热器的设计影响机组回热系统的热效率主要是加热器的给水端差和疏水端差。端差越小机组热效率越高。因此,为提高机组热效率,要求越来越小的给水端差和疏水端差以提高整个机组的热效率。为满足小的给水端差和疏水端差,加热器就必须设置有过热蒸汽冷却段和疏水冷却段。但对于不同的抽汽参数和布置形式,给水端差和疏水端差是有一个对应值和合理值。对于不同的抽汽参数和加热器布置形式,加热器内过热蒸汽冷却段的设置,对加热器的日常运行与安全影响颇大。一般低压加热器不设置过热蒸汽冷却段,仅由凝结段和疏水冷却段两个区段组成。而高压加热器是否设置过热蒸汽冷却段和确定给水端差的大小,需核查抽汽参数的具体数值。5.1饱和温度的影响早期的125MW机组的系统在靠近除氧器一级的低压加热器采用过热蒸汽冷却段,一些100MW～1000MW机组的汽机系统中,在方案设计阶段时,低压加热器被要求有较小的给水端差,甚至要求在1～0℃之内,这么小的给水端差需要设置过热蒸汽冷却段。而低压加热器是不宜设置过热蒸汽冷却段的。现就低压加热器设置过热段的合理性作一些分析和讨论。早期的125MW机组热平衡图(见图5)。低加抽汽的压力均较低,在此较低的压力下,哪怕有很小的压力降,也会使得蒸汽饱和温度有较大的降低,而在较高压力下则温度下降很小。比如:在2.03MPa下,饱和温度是213.1℃,假设压降为0.03MPa,那么2.00MPa下的饱和温度是212.4℃,相差仅0.7℃;而在0.408MPa下,饱和温度是144.3℃,同样压降为0.03MPa,那么0.378MPa下的饱和温度是141.6℃,相差2.7℃之多。而设置过热冷却段必然产生0.03MPa左右的压降,由此也必然降低了整个加热器内蒸汽的饱和温度达2.7℃,而大部分的换热过程是在凝结段完成的,饱和温度的大幅降低,导致凝结段对数平均温差大大减小,这样传热效果不但没有提高反而降低,达到同样给水端差所需的传热面积加大。再者,低加给水端差为2.8℃,而设置过热段以后,由于过热段产生的压降并没有增加低加的凝结段端差来提高该段的传热。故低压加热器设置过热段,并不提高传热效果,虽然总体换热面积不变,但降低了整个加热器的经济性和安全性。另外,由于低加抽汽的压力及过热度都不高,且比容又大,导致蒸汽在过热段内线速度大大提高,使得蒸汽在过热冷却段内提早冷却到饱和温度以下,形成凝结水,引起汽水两相流,对过热冷却段出口处的传热管造成很大冲击,容易在该处漏管。综上所述,增设过热冷却段并不提高传热效果,却降低了加热器的可靠性。5.2蒸汽冷却段ht7该类系统常为2台高压加热器,4台低压加热器,1台除氧器组成回热系统,根据汽机热平衡图的参数,HTR7(近锅炉)高压加热器采用过热蒸汽冷却段和凝结段组成。由于疏水温度是抽汽压力下的饱和温度,不需要设置疏水冷却段。上端差为-1℃需设置过热蒸汽冷却段,但还要验证抽汽的过热度的能量是否能满足HTP7的给水端差达到-1℃。HTR6高压加热器(近除氧器)采用凝结段和疏水冷却段,疏水冷却段的疏水端差为8℃,疏水过冷度为37.5℃;给水端差为3℃,因此也无需设置过热蒸汽冷却段,仅采用凝结段和疏水冷却段,由于125MW等级机组的高、低压加热器一般采用正立式布置。主要考虑传热和正常疏水,疏水冷却段一般采用狭长结构,疏水的流速较高,阻力增大,疏水冷却段的密封壳体的表面积相对较大,正立式加热器的疏水冷却段的再热面积较大,疏水端差难于达到较小值。所以正立式加热器如果采用疏水冷却段疏水端差一般采用8～10℃。另外,HTR6的高加疏水流往除氧器,除氧器与高压加热器的高差相差较大,疏水有一定的过冷度可保证疏水不产生汽化,从而保证疏水正常和机组的安全运行。5.3低加级间压差如果采用正立式布置形式,低压加热器如果要采用内置式疏水冷却段,由于需要克服静压,在设置疏水冷却段时,一定要清楚低压加热器的级间压差足够克服疏水冷却段的静压和阻力。更要注意低负荷工况,此时低压加热器将无法正常运行。由于低加的抽汽压力较低,又是立式布置,这样如设有疏水冷却段,则低加的疏水出口需布置在低加的上部,因此当疏水流出低加时,需要克服疏冷段内的阻力、疏水爬升的扬程以及疏水管道的阻力。而且低加的级间压差又很小,无法满足低加疏水的要求。所以,压差较小的低压加热器不宜设疏水冷却段。5.4有机溶剂用量某个125MW级的机组的热平衡图(见图6)也是使用二高四低一除氧。但高加的给水端差为0℃和-1.7℃.与300MW和600MW的三高四低一除氧的0℃、0℃和-1.7℃相当的要求,对于125MW级别近锅炉高压加热器给水端差使用-1.7℃需要满足如下的条件:抽汽的过热度:ΔH=(H1-Hsat)抽汽过热度热量:ΔH×XQ=给水从出凝结段温度升到给水出口温度的热量:W(H9-H8)为保证蒸汽出过热蒸汽冷却段有一定的过热度,抽汽过热度热量要留一定的裕度,否则是达不到设计要求的。6不同结构的加热器