加热器端差

一、加热器端差(一)加热器端差的定义表面式加热器的端差，有时也称为上端差(出口端差)，若不特别注明，通常都是指加热器汽侧出口疏水温度(饱和温度)与水侧出口温度之差。图3-1所示，加热蒸汽以过热状态1进入加热器筒体，放热过程中温度下降、冷凝至汽侧压力P′j下对应的饱和状态2，以疏水温度tsj离开加热器，而给水或凝结水则以温度为twj+1的状态点a进入加热器水侧，吸热升温后以温度为twj的状态点b离开。由于金属管壁传热热阻的存在及结构布置的原因，普通的表面式回热加热器的twj比tsj要小，通常用θ=tsj-twj代表加热器的端差。显然，端差θ越小，热经济性就越好。我们可以从两个方面来理解：一方面，如果加热器出口水温twj不变，端差减小意味着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;另一方面，如果加热蒸汽压力不变，tsj不变，端差θ减小意味着出口水温twj升高，其结果是减小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。例如一台大型机组全部高压加热器的端差降低1℃，机组热耗率就可降低约0.06%。加热器端差究竟如何选择?从图3-1可看出，随着换热面积A的增加，θ是减小的，它们有如下关系式中A——金属换热面积，m2;Δt——水出、进口的温度差，℃;K——传热系数，kJ/(m2·h·℃);G——水的流量，kg/h;cp——水的定压比热容，kJ/(kg·℃)。因此，减小端差θ是以付出金属耗量和投资为代价的。我国某制造厂为节省成本，将端差增加1℃，金属换热面减少了4m2。各国根据自己钢材、燃料比价的国情，通过技术经济比较确定相对合理的端差。我国的加热器端差，一般当无过热蒸汽冷却段时，θ=3～6℃;有过热蒸汽冷却段时，θ=-1～2℃。机组容量越大，θ减小的效益越好，θ应选较小值。例如ABB公司600MW超临界燃煤机组，四台低压加热器端差均为2.8℃;东芝350MW机组的四台低压加热器端差也为2.8℃;国产优化引进型300MW机组最后三台低压热器均为2.7℃。图3-2疏水冷却器的设置(二)疏水冷却段(器)及其热经济性为了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，又避免采用疏水泵方式带来其他问题，可采用疏水冷却段(器)，如图3-2所示。由于在普通加热器中疏水出口水温为蒸汽侧压力下对应的饱和水温，若将该水温降低后再排至压力较低的j+1级加热器中，则会减少对低压抽汽的排挤，同时本级也因更多地利用了疏水热能而产生高压抽汽减少、低压抽汽增加的效果，因此采用疏水冷却段(器)可以减小疏水逐级自流带来的负面效果。疏水冷却装置分内置式和外置式两种。内置式是在加热器内隔离出一部分加热面积，使汽侧疏水先流经该段加热面，降低疏水温度和焓值后再自流到较低压力的加热器中，通常将之称为疏水冷却段。外置式疏水冷却器实际上是一个独立的水-水换热器，如图3-2所示。借用主水流管道上孔板造成的压差，使部分主水流流入疏水冷却器吸收疏水的热量。疏水的温度和焓值降低后流入下一级加热器中。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称为下端差(入口端差，疏水端差，一般用符号表示)，sj-twj+1，如图3-2所示。下端差一般推荐～10℃。例如国产优化引进型300MW机组7台表面式加热器下端差均为5.5℃;石洞口二厂600MW超临界机组7台表面式加热器从高到低的下端差依次为：5.8、5.7、5.7、5.7、5.8、5.7、5.7℃;国内设计及建设的1000MW超超临界机组，三台高压加热器的下端差均为5.6℃。设置疏水冷却段(器)没有像过热蒸汽冷却段那样的限制条件，因此目前600MW机组的所有加热器都设置了疏水冷却段。设置疏水冷却段除了能提高热经济性外，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。对于高压加热器而言，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。近几年来，一些大型机组，如国产优化引进型300MW机组、600MW机组、进口机组完全采用疏水逐级自流方式，且疏水最后汇于热经济性略好的热井中，此时应以确保凝结水泵安全运行来校核热井中净压水头高度是否满足要求。这些机组首要考虑的就是系统简单、安全可靠。更有的将最低压力的低压加热器的疏水冷却段也取消了，如北仓港电厂2号机压力最低的两台低压加热器就只有冷凝段，没有疏水冷却段。因为此处的抽汽压力较低，疏水的温度与主凝结水的温度差已比较小，设置疏水冷却段的实际意义已不大。(三)加热器端差对机组热经济性影响分析实例若加热器的端差在增大，将造成该加热器的出口水温度降低，造成给水吸热量减少，相应的抽汽量减少，同时下一级(压力更高)加热器的进口水温度降低，抽汽量增加，使高品位的抽汽量增加，机组的热经济性下降。因此，在运行中，应注意监视加热器的端差。以下通过实例计算对加热器端差对机组热经济性的影响作定量分析。1.300MW机组高压加热器端差分析高压加热器端差过大对机组的热耗影响很大，直接影响到机组的发电煤耗。国内很多机组，如125MW机组、200MW机组、300MW机组都存在加热器端差过大的问题。以山东省某电厂N300MW/16.67/537/537机组为例，分析高压加热器端差对机组热经济性的影响。图3-3N300MW/16.67/537/537热力系统1—1号高压加热器;2—2号高压加热器;3—3号高压加热器;4—除氧器;5—5号低压加热器;6—6号低压加热器;7—7号低压加热器;8—8号低压加热器(1)端差对热经济性的影响。该机组的原则性热力系统如图3-3所示。机组高压加热器的设计数据及运行数据见表3-1。由表3-1可知，该机组三台高压加热器端差、疏水端差、加热器温升都与设计值偏离较大，导致机组的经济性下降。表3-1某300MW机组高压加热器的数据按照等效热降的分析理论，对三台高压加热器的端差偏离设计值的热经济性进行了加工，结果见表3-2。表3-2某300MW机组高压加热器端差对热经济性的影响由表3-2可知，该机组三台高压加热器的性能均达不到设计要求，而且与设计值偏差较大，高压加热器堵管数量多，均超过或接近允许堵管率，导致上下端差大，疏水温度高。在高压加热器正常投运中，由于高压加热器性能差距的影响，较之设计工况，热耗率上升了0.868%，发电煤耗上升了3.366g/(kW·h)。(2)影响端差的原因分析。造成该机组端差大的原因有以下几个方面：1)高压加热器泄漏堵管，影响高压加热器的传热效果，导致上、下端差加大。高压加热器泄漏堵管的原因有设计制造因素;此外，高压加热器启停时，给水温度变化率超标也是造成高压加热器泄漏堵管的一个原因。2)运行参数偏离设计参数较大。由于机组设计和制造缺陷，以及运行调整和系统泄漏的原因，机组运行的热力性能指标达不到设计值，使得机组在偏离设计值较大的工况下运行。3)加热器水位的影响。高压加热器在“基准”水位运行是保证加热器性能的最基本条件，当水位降低到一定程度时，疏水冷却段水封丧失，蒸汽和疏水一起进入疏水冷却段，疏水得不到有效冷却，经济性降低;同时，水位过低易造成疏水带汽，使本级疏水的汽液两相流大量窜入下一级加热器，排挤了下一级加热器的抽汽量，使高能级抽汽变为低能级使用，造成机组的经济性大幅度降低。4)管束表面污垢。加热器长期运行后，会在管子内外表面形成以氧化铁为主的污垢，降低了传热效果，增加压力损失，使高压加热器出口温度降低，造成高压加热器给水端差大。5)空气积聚使传热效率降低。加热器中不凝结气体的来源是加热器停用、检修时滞留在加热器壳侧和水侧的空气，以及抽汽或疏水带入或析出的不凝结气体。不凝结气体的存在降低了传热效果，增大了加热器的端差。2.600MW超临界机组加热器端差的热经济性分析某N600-24.2/566/566型超临界机组，回热系统配置三台高压加热器、四台低压加热器和一台除氧器。加热器端差对热经济性的影响分析如下：各个加热器都有其端差设计值，考虑第j级加热器，当其运行端差偏离设计值Δt时，该变化造成的影响可以认为是第j级加热器在运行中出现的给水加热不足Δτj。按照等效热降的分析理论，当第一级高压加热器(即抽汽压力最高的加热器)出现加热不足Δτ1时，会减少本段的抽汽量，使新蒸汽的做功增加Δτ1η1，同时由于给水加热终温降低，循环吸热量增加Δτ1，此时加热器端差与装置效率的相对变化率(也即煤耗相对变化率)为式中ηi——变化前汽轮机装置的效率;η1——1号高压加热器的抽汽效率;H——变化前新蒸汽等效热降。其他各加热器由于端差造成加热不足Δτj，引起的煤耗相对变化率的计算按式(2-60)计算。按照上述等效热降理论计算的该超临界机组加热器上、下端差与煤耗率相对变化量之间的关系见图3-4和图3-5。图中，加热器按抽汽压力从高到低编号。由图3-4和图3-5可知，在各个加热器端差偏离设计值的改变值相同的情况下，煤耗值的改变有大有小，显示了对煤耗影响的各不相同，因此，根据实际情况对不同加热器选择不同的加热器端差，在实际的应用中是非常必要的，也是提高运行管理水平的一个方面。(四)高压加热器端差大的解决措施在机组实际运行中，根据高压加热器端差大的具体表现形式，具体分析原因，提出详细的处理措施。一般应对以下几个方面进行处理：(1)高压加热器管系或管板泄漏是高压加热器运行中比较大的缺陷，应该作停机处理，制定详细的措施、步骤和工艺。对加热器进行查漏、堵管、焊接，对泄漏严重、堵管率超过设计值的加热器，应更换最新设计的加热器或铜管。(2)检查高压加热器水位和疏水调节阀是否正常，调整加热器水位在正常范围，更换泄漏的疏水调节阀。图3-4某600MW机组加热器上端差上升量与煤耗率相对变化修正曲线图3-5某600MW机组加热器下端差上升量与煤耗率相对变化修正曲线(3)有效地排放不凝结气体。在高压加热器投入前，全部打开高压加热器上的排空气门，等高压加热器运行正常后再关闭应关闭的空气门，保留排汽到除氧器的空气门。运行中要保证放空气管路系统的畅通。为保证排气节流孔前后压差，不宜将各排汽管并联接到除氧器，应分别将各加热器排汽管接到除氧器。(4)严格按温升及温降速率启、停高压加热器，防止热冲击。高压加热器的温升率不宜大于3℃/min，温降率不宜大于1.7℃/min。(5)避免严重过负荷工况运行。过负荷运行时，高压加热器进汽量加大，蒸汽在过热蒸汽冷却段中速度增大很多，激发局部管束振动，造成局部管束疲劳损坏。(6)严格控制给水pH值和含氧量，减少管束表面的腐蚀。4586字知识来源：中国电力企业联合会科技服务中心,华中科技大学能源与动力工程学院编.热力系统节能...中国电力企业联合相关文章-期刊杂志相关文章-报纸相关文章-硕士学位论文相关文章-博士学位论文相关文章-会议论文相关文章-年鉴