300MW機組高壓加熱器端差增大的原因及采取措施

1、300MW機組高壓加熱器端差增大的原因及采取措施馬巖昕（黑龍江華電齊齊哈爾熱電有限公司）摘要：針對300MW供熱發(fā)電機機組，高壓加熱器端差高的情況，詳細分析了高壓加熱器端差升高的原因，并認真查找其存在的問題，進而制定了詳細的改進措施。改進措施實施后，高壓加熱器端差顯著降低，機組的熱經(jīng)濟性顯著提高。該方法可給同類型機組，高壓加熱器高問題提供參考。關鍵字：高壓加熱器；端差高；顯著降低 某電廠兩臺機組均為哈爾濱汽輪機廠生產(chǎn)的C250N300-16.7/537/537-73D型亞臨界、一次中間再熱、高中壓合缸、雙缸、雙排汽、單軸、反動、凝汽式汽輪機。八段抽汽分別供給三臺高壓加熱器、一臺除氧器、四臺低壓

2、加熱器作加熱汽源，回熱抽汽與加熱器組成回熱加熱系統(tǒng)，回熱加熱器對鍋爐給水進行逐級加熱的過程，叫熱力循環(huán)。給水回熱加熱的意義在于采用給水回熱以后，一方面，回熱使汽輪機進入凝汽器的排汽量減少了，汽輪機冷源損失降低了；另一方面，加熱提高了鍋爐給水溫度，使工質(zhì)在鍋爐內(nèi)的平均吸熱溫度提高，使鍋爐的傳熱溫差降低，相應的減少了汽輪機的熱耗量，提高汽輪機循環(huán)的熱效率。1 高壓加熱器的工作原理 高壓加熱器的加熱分三個過程：過熱蒸汽冷卻段：由于供給高加的蒸汽一般帶有較高的過熱度，熱交換在過熱蒸汽和給水之間進行時，給水就被加熱到高于或等于蒸汽的飽和溫度，這樣就改進了傳熱效果。過熱蒸汽冷卻段用包殼板、套管和遮熱板將該

3、段管子封閉，內(nèi)設隔板使蒸汽以一定的流速和方向流徑傳熱面達到良好傳熱效果，又避免過熱蒸汽與管板、殼體等直接接觸，降低熱應力，并使蒸汽保留有足夠的過熱度，以保證蒸汽離開該段時呈干燥狀態(tài)，防止?jié)裾羝麤_蝕管子。該段設有高加給水的出口部位。凝結(jié)段：由過熱蒸汽冷卻段來的帶一定過熱度的飽和蒸汽在此段和給水間進行熱交換，通常該段的換熱面積最大。蒸汽凝結(jié)段是用蒸汽凝結(jié)時放出的汽化潛熱加熱給水，帶有一定過熱度的蒸汽從兩側(cè)沿整個管系向心流進整個凝結(jié)段管束。不凝結(jié)氣體由管束中心部位的排氣管排出，排氣管是沿整個凝結(jié)段設置，確保不凝結(jié)氣體及時有效地排出高加，以防止降低傳熱效果。疏水冷卻段：是將由凝結(jié)段來的蒸汽凝結(jié)水繼續(xù)冷

4、卻放出熱量來加熱給水。而使凝結(jié)水的溫度降至飽和溫度以下，繼續(xù)提高機組熱效率，疏水冷卻段同樣是用包殼板、擋板和隔板等將該段的加熱管束全部密封起來。帶疏冷段的加熱器，必須保持一個規(guī)定的液位，避免蒸汽漏到疏水冷卻段中，造成汽水兩相而沖蝕管子，并保證疏水端差滿足設計要求。2 高壓加熱器的熱經(jīng)濟性分析 回熱系統(tǒng)設置高壓加熱器是為了降低汽輪機的熱耗和有利于鍋爐的可靠運行。一旦高壓加熱器解列，將使汽輪機的熱耗增加，并影響鍋爐運行。根據(jù)高壓加熱器出力對機組熱耗率影響的研究，高壓加熱器出口溫度每降低1，將使汽輪機熱耗上升2kJ/（kW·h）左右。此外，由于單列高壓加熱器布管數(shù)量較多，蒸汽在高壓加熱器內(nèi)

5、的流型分布復雜，易出現(xiàn)較大的換熱死區(qū)，從而影響傳熱效果。 回熱加熱器是熱力系統(tǒng)的重要設備之一，對火電機組熱經(jīng)濟性的影響較大，特別是當高壓加熱器停運時，對熱經(jīng)濟性的影響會更大。在汽輪發(fā)電機組實際運行中，高壓回熱加熱器處于給水泵出口，承受的壓力高，且在較高的溫度下工作，運行條件差，發(fā)生故障的機會較多。一旦高壓加熱器發(fā)生故障，或因嚴重泄漏造成殼側(cè)滿水，有可能造成汽、水倒流入汽輪機，危及機組安全，因此必須將高壓加熱器從系統(tǒng)中隔離出來。一般情況下，高壓加熱器停運后，鍋爐的水冷壁管易超溫損壞，發(fā)電煤耗將上升3%-5%。因此，加熱器的安全穩(wěn)定運行將直接影響到發(fā)電機組的出力及整個電廠的經(jīng)濟效益。 加 熱 器項

6、 目單位#1高壓加熱器#2高壓加熱器#3高壓加熱器機組設備臺數(shù)111型式臥式U型管 表面加熱臥式U型管 表面加熱臥式U型管 表面加熱總加熱面積m210501100860給水量t/h960960960給水入口溫度245.1202.2172.6給水出口溫度275.1245.1202.2加熱蒸汽壓力MPa5.8073.6571.627加熱蒸汽溫度383.7329.6430.3蒸汽流量t/h67.1579.1540.01疏水量t/h67.15146.3186.31疏水出口溫度250.6207.7178.1給水出口溫度端差1.700疏水出口端差5.55.55.5管內(nèi)流速（15）m/s1.951.951.

7、95管側(cè)流程數(shù)222給水壓降MPa0.10.0990.082殼側(cè)設計壓力MPa7.54.72.12殼程設計溫度殼側(cè)295260220殼程設計溫度蒸汽入口420360460殼側(cè)水壓試驗壓力MPa11.257.053.18管側(cè)設計壓力MPa27.527.527.5管側(cè)設計溫度315280240管側(cè)水壓試驗壓力MPa41.2541.2541.253 影響高壓加熱器端差大的原因分析3.1 高壓加熱器泄漏堵管，影響高壓加熱器的傳熱效果，導致上、下端差加大。高壓加熱器泄漏堵管的原因有設計制造因素；此外，高壓加熱器啟停時，給水溫度變化率超標也是造成高壓加熱器泄漏堵管的一個原因。3.2 運行參數(shù)偏離設計參數(shù)較

8、大。由于機組設計和制造缺陷，以及運行調(diào)整和系統(tǒng)泄漏的原因，機組運行的熱力性能指標達不到設計值，使得機組有偏離設計值較大的工況下運行。3.3 加熱器水位的影響。高壓加熱器在“基準”水位運行是保證加熱器性能的最基本條件，當水位降低到一定程度時，疏水冷卻段水封喪失，蒸汽和疏水一起進入疏水冷卻段，疏水得不到有效冷卻，經(jīng)濟性降低；同時，水位過低易造成疏水帶汽，使本級疏水的汽液兩相流大量竄入下一級加熱器，排擠了下一級加熱器的抽汽量，使高能級抽汽變?yōu)榈湍芗壥褂?，造成機組的經(jīng)濟性大幅度降低。3.4 管束表面污垢。加熱器長期運行后，會在管子內(nèi)外表面形成以氧化鐵為主的污垢，降低了傳熱效果，增加壓力損失，使高壓加熱

9、器出口溫度降低，造成高壓加熱器給水端差大。3.5 空氣積聚使傳熱效率降低。加熱器中不凝結(jié)氣體的來源是加熱器停用、檢修時滯留在加熱器殼側(cè)和水側(cè)的空氣，以及抽汽或疏水帶入或析出的不凝結(jié)氣體。不凝結(jié)氣體的存在降低了傳熱效果，增大了加熱器的端差。高壓加熱器的參數(shù)如下表：14高壓加熱器水位的熱經(jīng)濟性分析4.1 在電廠生產(chǎn)中，對加熱器水位偏高都很重視，因為加熱器高水位運行可能引起汽輪機進水事故。且因部分管束被淹，有效傳熱面積減少，會使加熱器性能下降，給水溫度降低，運行經(jīng)濟性降低。運行人員往往過多地從安全角度考慮，水位一定不能高，盡量在低水位運行。高壓加熱器運行水位偏低的情況，很多人員沒有充分認識到高壓加熱

10、器水位合理的重要性，且部分機組高壓加熱器正常水位的定值就不是很科學，忽視了高壓加熱器低水位運行的危害。4.2 機組經(jīng)濟性降低。汽輪機組的高壓加熱器如果疏水水位過低或無水位，蒸汽經(jīng)疏水管竄入相鄰較低的一級加熱器，雖然蒸汽和熱量沒有出系統(tǒng)，沒有發(fā)生明顯的熱量和工質(zhì)損失，但是蒸汽的品位能級卻由高變低，能量發(fā)生了貶值，即蒸汽從上一級加熱器竄入下一級加熱器，大量排擠低壓抽汽，因而熱經(jīng)濟性降低。4.3 造成高壓加熱器管束沖刷，影響壽命。高壓加熱器水位偏低，水封喪失，疏水段水中帶汽，管子受高速汽流沖刷，易引起管子振動和疲勞破壞，并可能使下一級加熱器汽側(cè)超壓，損害嚴重處多集中在水封進口底層的管排上。4.4 造

11、成疏水管系振動、沖刷。高壓加熱器水位偏低，疏水段水中帶汽，疏水冷卻不充分，基本上為飽和水，甚至為汽液共流。疏水經(jīng)調(diào)節(jié)閥后，壓力下降，疏水部分汽化，使容積流量增加，流速加快，導致管道及閥門、法蘭等產(chǎn)生振動，沖刷加劇，極易磨損，在管束彎頭處更重。4.5 造成水位波動、疏水不暢。高壓加熱器水位低時，疏水可能汽化及汽水共流，疏水容積流量增大，有效疏水流量減少，有可能出現(xiàn)疏水流動不暢現(xiàn)象，易造成水位波動。這種情況在高參數(shù)、大容量機組上更易出現(xiàn)，工況變化時，危急疏水閥有可能頻繁動作。5 根據(jù)熱平衡圖知 原始設計資料：額定功率：PN = 300MW，額定壓力：Pms = 16.67MPa，額定溫度：tms

12、= 537，主蒸汽流量：Gms = 892.43t/h，給水溫度：270.5。 加熱器端差：是指加熱蒸汽的飽和溫度與加熱器出口水溫度之差。端差的存在和變化，雖然沒有發(fā)生直接的熱損失，但是增加了熱交換的不可逆性，產(chǎn)生了額外的冷源損失，降低了裝置的熱經(jīng)濟性。 當加熱器i現(xiàn)出端差（ts - tw），對應熱量損失為（hs - hw），也可以認為是i級加熱器在運行中出現(xiàn)的給水加熱不足，顯然這個加熱不足或端差將使下級 i + 1 加熱器的抽汽量增加（hs hw ）。該抽汽量的增加將使新蒸汽的做功損失掉 （hs hw ）× i + 1；與此同時，i級加熱器的抽汽量相應減少（hs - hw），使新蒸

13、汽的做功增加（hs - hw）× i。因此端差（ts - tw）使新蒸汽等效焓降降低： h = （hs hw ）（i + 1 - i） 由此引起裝置效率的相對降低為： 計算出三臺高壓加熱器（#1到#3）裝置效率的相對降低分別為0.074%、0.325%和0.019%。6 高壓加熱器低水位運行對機組經(jīng)濟性影響實例對某廠300MW機組三臺高壓加熱器低水位運行進行了熱經(jīng)濟性定量計算:假設低水位運行使各加熱器抽汽竄入下一級的份額均為0.25，按照等效熱降分析理論，因三臺高壓加熱器運行水位過低，根據(jù)上面計算的結(jié)果：高壓加熱器（#1到#3）裝置效率的相對降低分別為0.074%、0.325%和0.

14、019%?？傃b置效率相對降低：0.074% + 0.325% + 0.019% = 0.418%，即使機組煤耗降低 0.418%，若機組年發(fā)電量為14億kW·h，則三臺高壓加熱器低水位運行一年將多耗煤1796.8t。7 加熱器端差對機組熱經(jīng)濟性影響分析實例若加熱器的端差在增大，將造成該加熱器的出口水溫度降低，造成給水吸熱量減少，相應的抽汽量減少，同時下一級（壓力更高）加熱器的進口水溫度降低，抽汽量增加，使高品位的抽汽量增加，機組的熱經(jīng)濟性下降。因此，在運行中，應注意監(jiān)視加熱器的端差。某300MW機組高壓加熱器的數(shù)據(jù)：序號項目單位#1高壓加熱器#2高壓加熱器#3高壓加熱器設計值試驗值設

15、計值試驗值設計值試驗值1機組負荷MW300301.5300301.5300301.52給水流量t/h9509509503給水進口 溫度237.8224.1196.3196.7167.91774給水出口 溫度266.3257.8237.8224.1196.3196.75進汽壓力MPa4.965.9373.124.1461.341.7266進汽壓力下飽和溫度264.7274.86237.8252.46196.3205.07進汽流量t/h69.5370.7941.668加熱器端差（上端差）-1.7009加熱器端差（下端差）5.55.55.510給水溫升28.541.528.48 高壓加熱器端差大的解

16、決措施 在機組實際運行中，根據(jù)高壓加熱器端差大的具體表現(xiàn)形式，具體分析原因，提出詳細的處理措施。一般應對以下幾個方面進行處理：8.1 高壓加熱器管系或管板泄漏是高壓加熱器運行中比較大的缺陷，應該作停機處理，制定詳細的措施、步驟和工藝。對加熱器進行查漏、堵管、焊接，對泄漏嚴重、堵塞率超過設計值的加熱器，應更換最新設計的加熱器或銅管。8.2 檢查高壓加熱器水位和疏水調(diào)節(jié)閥是否正常，調(diào)整加熱器水位在正常范圍，更換泄漏的疏水調(diào)節(jié)閥。8.3 有效地排放不凝結(jié)氣體。在高壓加熱器投入前，全部打開高壓加熱器上的排空氣門，等高壓加熱器運行正常后再關閉的空氣門，保留排汽到除氧器的空氣門。運行中要保證放空氣管路系統(tǒng)

17、的暢通。為保證排氣節(jié)流孔前后壓差，不宜將各排汽管并聯(lián)接到除氧器，應分別將各加熱器排汽管接到除氧器。8.4 嚴格按溫升及溫降速率啟、停高壓加熱器，防止熱沖擊。高壓加熱器的溫升率不宜大于3/min，溫降率不宜大于1.7/min。8.5 避免嚴重過負荷工況運行。過負荷運行時，高壓加熱器進汽量加大，蒸汽在過熱蒸汽冷卻段中速度增大很多，激發(fā)局部管束振動，造成局部管束疲勞損壞。8.6 嚴格控制給水PH值和含氧量，減少管束表面的腐蝕。#3高壓加熱器水位調(diào)整前、后的相關數(shù)據(jù)項目#3高壓加熱器調(diào)整前水位（DAS，mm）175調(diào)整后水位（DAS，mm）350抽汽壓力（MPa）1.697抽汽流量（t/h）41.66

18、給水出口溫度（）270.5#3高壓加熱器疏水調(diào)節(jié)閥開度（%）水位調(diào)整前：15mm，水位調(diào)整后：45mm。主蒸汽流量（t/h）810熱耗率kJ/（kW·h）8642真空（MPa）-0.095將#3高壓加熱器水位抬后，在其他參數(shù)基本不變的情況下，抽汽流量降低，疏水溫度也明顯降低。降低了7t/h，這不僅減少了高品質(zhì)蒸汽的能量貶值，也減少了對除氧器進汽的排擠，提高了回熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性，而且使得第三段抽汽至除氧器蒸汽能正常投運。9 高壓加熱器無水位運行原因分析及改進措施9.1 不能對水位自動調(diào)整，水位不便于監(jiān)視，運行人員為求方便省事，維持加熱器低水位運行。要加強運行監(jiān)視，需經(jīng)常檢查維護水位自動裝

19、置，保持設備完好。運行人員要加強責任感，注意水位調(diào)整和監(jiān)視，使高壓加熱器的疏水調(diào)整維持在正常水位，水位既不能太高，也不能太低，使高壓加熱器安全經(jīng)濟地運行。9.2 疏水設備落后、老化，疏水調(diào)整門磨損，泄漏量大，造成加熱器低水位運行。建議采用汽液兩相流原理的疏水自調(diào)節(jié)液位控制裝置取代目前仍普遍采用的由機械運動部件和電氣控制部件組成的液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)。該裝置具有水位穩(wěn)定、無卡澀、無泄漏、運行維護簡單等優(yōu)點。9.3 部分機組高壓加熱器正常水位的定值不是很科學，偏低。現(xiàn)各高壓加熱器水位一般都按照制造廠設計控制水位的零點定，制造廠規(guī)定的控制水位是按靜態(tài)設計的。在運行時，加熱器筒體內(nèi)實際水位和水位計顯示的水位可能并不相同，由于部分型號的高壓加熱器結(jié)構(gòu)特點，疏水在靠近管板的疏水口疏出，造成疏水冷卻段進口水封處水位最低，離水封越遠，水位越高；水位計一般裝在水封附近，而該處蒸汽流速較大，水位計汽平衡管進口處由于抽吸作用，使水位計顯示水位比筒內(nèi)實際水位高；水封進口易產(chǎn)生渦流，使得水位虛假升高（約影響65mm），故按靜態(tài)確定的控制水位偏低，易破壞水封