引進型300MW機組高壓加熱器

零水位調整與改良

大壩發電廠〔青銅峽

751607〕陳祥

沈建龍

摘要

本文對影響機組高壓加熱器疏水端差的因素及減小措施進行分析，結合運行實際，從理論上對加熱器解列及低水位運行的平安性和經濟性進行分析討論，并進一步對高壓加熱器零水位進行了試驗調整和改良，并重新標定，使回熱系統及設備整體性能和工作條件得到明顯改善，使疏水端差到達了設計值，到達了節能降耗的目地。

關鍵詞

引進型

加熱器

節能降耗

技術改良

零水位

1、前言

寧夏大壩發電廠二期工程2×300MW機組為上海汽輪機廠引進美國西屋公司技術生產的汽輪機組，自一九九七年投產以來，由于高壓加熱器零水位標定不合理，一至存在高加疏水不暢、加熱器疏水端差大、疏水溫度較高使疏水汽化，使加熱器疏水管道振動以及銅管發生泄漏，嚴重時高壓加熱器被迫解列停運，這些不僅影響機組運行的經濟性，而且影響機組運行的平安性。針對上述現象，經過分析計算，認為由于加熱器零水位不合理，使熱工保護、自動調節等電接點水位計的零水位基準調整不當，造成加熱器疏水不暢、疏水端差大、疏水汽化、疏水調節門通流能力降低。

因些，大壩發電廠于2000年5月以來先后對#3、#4機組高壓加熱器的零水位通過試驗，進行重新標定，運行效果說明，高壓加熱器疏水端差根本到達設計值，可控制在5--8℃，使加熱器實現了平安經濟運行。

2、設備及系統簡介

大壩發電廠二期兩臺300MW機組配套的高壓加熱器系上海電站輔機廠生產的全容量、單列、臥式、管板-U型式，其給水系統為小旁路，即每個加熱器都有旁路。三臺加熱器內均設置有過熱蒸汽冷卻段、蒸汽凝結段和疏水冷卻段。每臺加熱器由水室、管系和外殼組成，管系中的管板與水室、殼體焊制而成。

#1、#2、#3高壓加熱器的汽源分別抽自汽輪機高壓缸第八級后、高壓缸排汽和中壓缸第五級后，疏水系統采用逐級自流方式至除氧器，三臺高壓加熱器均設有危急疏水管道。

3、高壓加熱器解列的危害

由熱力試驗計算知，大壩電廠二期機組給水溫度每下降1℃，標準煤耗增加0.112g/KW.h，如果三臺高壓加熱器全部解列使標準煤耗增加11.704g/KW.h。如#1高加解列使標準煤耗增加2.810g/KW.h；如#2高加解列使標準煤耗增加4.274g/KW.h；如#3高加解列使標準煤耗增加4.610g/KW.h。由于燃料量的增加，鍋爐排煙量也增加，鍋爐排煙損失增大，造成鍋爐效率下降；另一方面，當高加解列后，高加的回熱抽汽減少，增加了汽機排汽冷凝損失，使汽輪機熱效率下降。由此可見，高壓加熱器解列對機組經濟性影響很大。從平安角度看，高加如解列，給水溫度下降，造成鍋爐水冷壁超溫、過溫器超溫，必將影響機組出力，假設要維持出力不變，那么汽輪機監視段壓力升高，解列的高加抽汽口以后的各級葉片、隔板及軸向推力可能過負荷。為了保證機組平安，必須降低機組出力。

4、加熱器水位低對平安經濟性的影響

由于二期兩臺機組的高壓加熱器都不同程度地存在著低水位或無水位運行。當高壓加熱器運行水位低，疏水中帶有蒸汽，使疏水溫度增高，造成疏水端差增大、疏水汽化，疏水逐級自流排擠下一級加熱器的低壓抽汽，產生不可逆損失，降低回熱循環效果，從而影響機組的熱經濟性。由文獻〔3〕知，加熱器疏水端差每下降1℃，標準煤耗降低0.068g/KW.h。況且，疏水溫度的升高，還將影響下一級加熱器蒸汽冷卻段的換熱，使下一級加熱器的性能降低。

加熱器無水位運行，使得疏水管中產生汽液兩相流，疏水容積流量增加，流速加快，造成疏水管道振動。由于流速增加，流體將對管道產生很大得沖刷力，嚴重的會使疏水管道彎頭吹損、破裂、危及加熱器及回熱系統的平安。

5、影響加熱器疏水端差的因素

5．1加熱器端差增加的原因：

5．1．1運行方面原因分析：

5．1．1．1由于汽輪機所帶負荷的變化，引起加熱蒸汽壓力及流量的不穩定。

5．1．1．2由于汽輪機抽汽管道上的逆止門卡澀，引起蒸汽節流，造成抽汽量利用率降低。

5．1．1．3加熱器中聚集了空氣，汽側空氣排除不暢，使傳熱系數K減小。

5．1．1．4加熱器受熱面結垢，增大了傳熱熱阻，使管內外溫差增大傳熱惡化。

5．1．1．5加熱器疏水裝置工作不正常，造成加熱器蒸汽凝結水位過高，淹沒受熱面管子，使實際換熱面積A減小。

5．1．1．6加熱器旁路門不嚴密或未關嚴，使傳熱端差增大。

5．1．2設計方面原因分析：

設計時上端差的減小，是以增大換熱面積和投資為代價的，加熱器上端差θ與金屬換熱面積A的關系為：θ

=〔Δt〕/[KA/〔eGCp〕—1]

OC

A

——

金屬換熱面積

m2

K

——

傳熱系數

KJ/〔m2·h·OC〕

Δt——水在加熱器中的溫升

OC

G

——

被加熱水的流量

Kg/h

Cp——

水的定壓比熱

KJ/〔Kg·OC

〕

當被加熱水的流量、水的定壓比熱一定時，端差θ與Δt、K、A的關系：

〔1〕金屬換熱面積A增大，端差減小；

〔2〕傳熱系數K增大，端差減小；

〔3〕水在加熱器中的溫升增大，端差減小。

5．2減小加熱器端差的措施：

5．2．1及時清理加熱器內銅管外表污垢，減小傳熱熱阻。

5．2．2運行中加熱器抽空氣管道上的閥門開度與節流孔應調整合理,閥門開度小,空氣的抽出量受到限制,閥門開度大,高一級加熱器內的蒸汽被抽吸到低一級加熱器中并排擠一局部低壓抽汽產生加熱器排汽帶汽的現象。

5．2．3運行中檢查加熱器出口水溫與相鄰高一級加熱器進口水溫是否相同,假設相鄰高一級加熱器進口水溫低,那么說明旁路漏水。

5．2．4定期檢查疏水裝置,使之正常工作。

5．2．5控制加熱器疏水水位,保證加熱器水位正常。

5．3影響加熱器疏水的因素

影響加熱器疏水的幾個主要因素是：加熱器內漏、管道管徑選擇不合理、管道阻力大、調節閥通流能力缺乏等。加熱器疏水系統的設計一般是依據美國依伯斯公司設計準那么進行，按照此準那么，對上述四個因素分別進行分析，由屢次小修對加熱器檢查結果看，前兩個因素不是主要影響原因，并根據調節閥進口側流速控制在1.22—2.13m/s，出口側流速控制在20.32—101.6m/s的要求，對疏水閥前后疏水管中的流速進行了粗略計算，發現調節閥前管道流速滿足要求，而調節閥后管道流速有些已超過要求。疏水管內流速的加大，不但加劇了管道吹損，而且使管道阻力加大。造成上述結果的原因是疏水調節閥后疏水溫度太高，產生汽液兩相流，疏水比容增大所致。

疏水閥通流能力可用以下公式計算：

CmεAD√2△P/ρ1

(1)

Q=

----------------

√1-m2

C——流出系數

ε—流束膨脹系數

m——調節閥調節面積與管道截面積之比

AD———管道截面積〔m2〕

△

P—調節閥前后壓差（Pa）

ρ1——流體密度〔Kg/m3〕

從上式可以看出，對一個已定的調節閥，影響調節閥通流能力的主要因素是調節閥前后壓差，對加熱器來說，只要機組工況一定，閥前壓力即為一個定值，只有閥后壓力隨加熱器疏水溫度的變化而變化，而加熱器疏水溫度的大小直接決定著加熱器疏水端差的大小。也就是說，加熱器疏水溫度越低即疏水端差越小，壓差△P就越大，而調節閥通流能力就越大。

6、高壓加熱器零水位的調整與改造

在具有疏水冷卻段的高壓加熱器中，利用疏水液位在凝結段和疏水冷卻段進口或加熱器的疏水接管之間形成水封，當液位偏低使水封喪失，這就會造成蒸汽直接流入疏水管路或疏水冷卻段，使過冷卻的有效性降低，同時易引起管道腐蝕與振動。水封的喪失其實質是取消了疏水冷卻段在加熱器中的作用。由于加熱器水位計上下連通管的流動速度不一樣，在無沖擊和摩擦損失下，因伯努利和動量轉換效應關系〔速度較低的蒸汽流有較高的壓力〕，使測得的水位比加熱器中實際的水位要高。因此，為了使高加平安可靠經濟運行，通過試驗找出合理的零〔運行〕水位是必要的。

因此，大壩發電廠組織有關人員對#3、#4機組高壓加熱器零水位進行了重新標定試驗。

試驗前，首先重新校對各加熱器疏水和進水溫度測點，然后由熱工人員開票解除加熱器水位高保護。在試驗過程中，通過人為調整疏水調節閥，緩慢地使加熱器水位升高，隨時觀察加熱器疏水溫度和疏水端差的變化，并密切注意就地水位計的水位和調節閥的流通能力及調節品質的穩定性，使疏水端差到達設計值后，在就地進行零水位標定，熱工的保護、調節等測量筒的零水位也進行相應調整標定。現以#3機組為例，試驗分240MW和300MW兩個工況，根據試驗結果確定出最正確運行零水位，#1、#2、#3高加零水位標高比改前分別提高0mm、0mm、170mm，見表1。

表1：重新標定前、后的壓高加熱器水位計零水位標高

工程

單位

#1高加

#2高加

#3高加

改前零水位標高

mm

910

935

850

改后零水位標高

mm

910

935

1020

標高提高值

mm

0

0

+1707、經濟性及平安性分析

7．1試驗結果

對#3機組高壓加熱器零水位重新標定后的實際運行效果進行了試驗，試驗仍按240MW和300二個工況進行，試驗時#3機組高、低壓加熱器正常投入運行設備系統未做任何調整與隔離，試驗數據匯總見表2。

表2：調整改造前、后試驗數據匯總見表

項

目

單

位

240MW

300MW

改造后

與設計差

改造前

改造后

變化量

設計值

改造前

改造后

變化量

#1

高加

上端差

℃

-3.365

-2.093

1.272

-1.5

-1.300

-1.700

-0.400

-0.200

下端差

℃

5.893

5.201

-0.692

5.6

6.992

6.857

-0.135

1.257

#2

高加

上端差

℃

-1.411

-1.105

0.306

0

0.654

0.494

-0.160

0.494

下端差

℃

5.917

5.741

-0.176

5.6

5.303

4.972

-0.331

-0.628

#3

高加

上端差

℃

-2.103

-1.445

0.658

0

0.602

0.558

-0.344

0.558

下端差

℃

18.926

8.111

-10.815

5.6

21.245

7.029

-14.216

1.429

給水溫度

℃

265.156

267.677

2.521

278.8

278.993

281.772

2.779

2.972

#1

高加

進汽壓力

MPa

4.808

4.821

0.013

6.16

6.007

6.144

0.137

-0.016

進汽溫度

℃

387.896

388.207

0.311

388

399.409

402.051

2.642

14.051

給水溫升

℃

30.987

31.165

0.178

32.7

32.888

33.364

0.476

0.644

#2

高加

進汽壓力

MPa

2.830

2.890

0.070

3.73

3.594

3.614

0.02

-0.116

進汽溫度

℃

320.786

321.914

1.128

318

330.757

332.349

1.592

14.349

給水溫升

℃

37.018

35.966

-1.052

41.9

40.56

39.21

-1.350

-2.69

#3

高加

進汽壓力

MPa

1.362

1.341

-0.021

1.7

1.735

1.692

-0.043

-0.008

進汽溫度

℃

435.873

435.272

-0.601

437

445.741

444.798

-0.943

7.798

給水溫升

℃

30.875

33.266

2.391

29.9

30.187

35.661

5.474

5.761

7．2經濟性及平安性分析

加熱器疏水冷卻段可以使疏水在進入下一級加熱器前先被適當冷卻，使其溫度降低，減小疏水回流的不可逆損失，提高機組的經濟性。加熱器疏水端差的大小反映了疏水的冷卻程度，對熱經濟性影響較大。

沒有疏水冷卻段時，疏水回流是從抽汽壓力下的飽和狀態流至較低壓力的下一級加熱器中，從熱力學講，它是一個節流過程，其結果使熵增加，產生作功能力損失。因此，疏水回流的不可逆損失，其實質是疏水回流產生的節流損失。疏水冷卻是將抽汽壓力下的飽和水沿等壓線繼續冷卻為過冷水，然后才回流到較低壓力的加熱器中，這時疏水節流過程的熵增要小于飽和水節流所產生的熵增，這是水蒸汽性質所決定的，并在焓—熵圖上可以明顯看出，就是說，疏水端差的降低將降低疏水回流的節流損失，降低不可逆損失，因而經濟性得到提高。對300MW試驗數據進行計算，其結果見表3。

表3：#3機組高加試驗后降低標準煤耗匯總表

加熱器

工程

#1加熱器

#2加熱器

#3加熱器

疏水端差下降值〔℃〕

0.135

0.331

14.216

標準煤耗下降值〔g/KW.h〕

0.0092

0.0225

0.9667

給水溫度上升值〔℃〕

2.779

標準煤耗下降值〔g/KW.h〕

0.3112

合計標準煤耗下降值〔g/KW.h〕

1.3096

年節約標準煤〔T〕

1964.4

注：#3機組年運行小時按6000小時，平均負荷250MW〔年發電量按15億度〕計算。

從表2、表3中可看出，對#3機組高壓加熱器水位進行調整改造后,使各加熱器疏水端差降低到5--8℃，#3機組年發電量按15億度計算時，年節約標準煤1964.4噸，假設每噸標準煤按170元計，每年可節約資金33.3948萬元人民幣。

8、結論

8．1實施高壓加熱器零水位重新標定改造后，300MW工況時，#1、#2、#3高壓加熱器疏水端差〔下端差〕比改造前分別下降0.135℃、0.331℃、14.216℃，到達了設計值。給水溫度提高了2.779℃。

8．2改造后，#1、#2、#3高壓加熱器運行平穩，疏水調節閥調節穩定，消除了疏水管道振動。不會再因機組負荷波動，迫使高壓加熱器解列的現象發生，改造至今沒有發生高壓加熱器銅管泄漏，使加熱器的平安可靠性得到了保障。

8．3從改造后的試驗結果看，高壓加熱器上、下疏水端差均根本到達設計值，各加熱器給水溫升分布合理，減少了抽汽對下一級的排擠損失，提高了機組的熱經濟性。

參考文獻：

1．盧亞娟

高壓加熱器說明書

上海電站輔機廠

1984年2月

2．大功率汽輪機組輔機學術年會論文集

中國電機工程學會火電分會汽輪機專委會

云南省電機工程學會

1999年9月

3．陳玉基

火電廠節能工程師培訓教材〔上冊〕

能源部節能司1992年2月

陳祥

寧夏大壩發電廠生技科〔系統

：986354286〕

沈建龍

寧夏大壩發電廠運行分場〔系統

：986354395〕