給水加熱器疏水冷卻段的設(shè)計(jì)優(yōu)化探討

2015-12-25 08:30:30張?jiān)录t劉杰

機(jī)械工程師 2015年2期

張?jiān)录t，劉杰

（哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

0 引言

高壓給水加熱器和低壓給水加熱器（以下簡(jiǎn)稱(chēng)高加、低加）是電站回?zé)嵯到y(tǒng)的重要輔機(jī)設(shè)備之一，其用途是采用汽輪機(jī)抽汽加熱凝結(jié)水和給水，減少汽輪機(jī)排汽的熱損失，從而使蒸汽熱能得到充分利用，提高發(fā)電機(jī)組熱效率。

高、低加均為表面式換熱器，特點(diǎn)是加熱工質(zhì)（蒸汽）與被加熱工質(zhì)（凝結(jié)水）不混合，通過(guò)管壁來(lái)傳遞熱量。蒸汽由汽相變?yōu)轱柡退?，同時(shí)放出汽化潛熱的過(guò)程是在凝結(jié)段里完成的。這是給水加熱器的主要換熱區(qū)段，具有凝結(jié)段的加熱器是電廠(chǎng)用給水加熱器的基本型式。

為進(jìn)一步降低熱耗并使疏水安全、順利地排入下一級(jí)低壓換熱器，有的加熱器還設(shè)置疏水冷卻段（以下簡(jiǎn)稱(chēng)疏冷段）。凝結(jié)段內(nèi)加熱蒸汽冷凝成疏水的溫度等于蒸汽壓力下相應(yīng)的飽和溫度，它一般能比給水進(jìn)口溫度高出約30℃左右。設(shè)置疏冷段的目的在于利用這個(gè)溫差加熱主給水，可提高熱經(jīng)濟(jì)性約0.06%左右。此外，由于疏水被冷卻為過(guò)冷疏水，使疏冷段出口疏水具有過(guò)冷度，在疏水管道內(nèi)不易汽化，可避免或大大減輕汽、水兩相流動(dòng)對(duì)疏水管道和彎頭的沖刷腐蝕，因此在300 MW及以上大型機(jī)組臥式低加的結(jié)構(gòu)上都盡可能裝設(shè)有疏冷段，而立式低加一般不裝設(shè)疏冷段。圖1是60萬(wàn)kW機(jī)組，7#低加的介質(zhì)溫度變化示例圖。本文探討的是疏冷段的不同型式，以及針對(duì)其優(yōu)劣進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)的思考。

圖160萬(wàn)k W機(jī)組7#低加介質(zhì)溫度變化圖

1 疏冷段型式及特點(diǎn)

疏冷段結(jié)構(gòu)一般有虹吸式和淹沒(méi)式（也稱(chēng)為浸沒(méi)式）兩種形式。細(xì)分下來(lái)，有4種回?zé)崞?，以三門(mén)百萬(wàn)核電回?zé)嵯到y(tǒng)高、低加為例：

虹吸式：up-down type（上下折流型）——6#、7#高加；Side by side type（左右折流型）——2#、4#低加；無(wú)疏冷段——3#低加。

淹沒(méi)式：1#低加。

以上疏冷段的型式各有特點(diǎn)：1）6#、7#高加級(jí)間壓差較大，疏水在疏冷段內(nèi)上下流動(dòng)，流速稍低。這種形式的設(shè)置使得段內(nèi)壓損相對(duì)比較低，但換熱效率相對(duì)也低。2）2#、4#低加級(jí)間壓差較小，疏水在疏冷段內(nèi)左右流動(dòng)，流速稍高。這種形式的設(shè)置使得段內(nèi)阻力大，但換熱效率很好。3）1#末級(jí)低加本身抽汽壓力就非常低，并且為了降低疏冷段內(nèi)的阻力，采用了長(zhǎng)型的結(jié)構(gòu)，以及通過(guò)設(shè)置折流板使疏水左右平緩折流。

不同型式的疏冷段的原理見(jiàn)圖2。

圖2 疏冷段的原理簡(jiǎn)圖

2 注意事項(xiàng)

重要的是應(yīng)確保疏水水位不致過(guò)低，水位高度足以在疏冷段入口處保持水封。如水位降低而讓汽、水混合物進(jìn)入疏冷段，則破壞了水封，令疏冷段失效。疏水管道尺寸不當(dāng)、疏水閥調(diào)節(jié)和水位整定值不合適等都會(huì)導(dǎo)致失去水封的作用而引起疏水不暢。

值得注意的是，在虹吸式疏冷段，若蒸汽穿過(guò)末端板（內(nèi)管板）管孔間隙或穿過(guò)包殼漏入疏冷段，則會(huì)損壞管子并降低冷卻效果，甚至破壞虹吸而使疏冷段失去作用。所以末端板必須有足夠厚度以保證密封及流進(jìn)管孔間隙的蒸汽全部凝結(jié)，末端板厚度不得小于50 mm，推薦其值為70～75 mm。疏冷段包殼必須密封，并且疏冷段疏水入口和橫掠過(guò)第一個(gè)疏水流程的疏水流速必須很低，可在0.3～0.46 m/s范圍內(nèi)，低速能使疏水在引起汽化的任何壓力損失發(fā)生之前就冷卻到低于飽和溫度。

由于低壓加熱器的蒸汽壓力低，級(jí)間的壓差也很小，對(duì)疏水流動(dòng)不利，為此以采用浸沒(méi)式疏水冷卻段為宜，因浸沒(méi)式疏水冷卻段僅有較小的壓頭損失。特別是對(duì)后幾級(jí)級(jí)間壓差小的低加更為適宜，對(duì)前幾級(jí)級(jí)間壓差較大的低加采用虹吸式和浸沒(méi)式均可。

總之，虹吸式疏冷段適合級(jí)間壓差大的低加，浸沒(méi)式疏水冷卻段適合級(jí)間壓差小的低加同時(shí)也適合級(jí)間壓差大的低加。

注：按額定工況設(shè)計(jì)的低加，其殼側(cè)總壓力損失不應(yīng)超過(guò)加熱器級(jí)間壓差的30%，且加熱器任何區(qū)段的壓力損失不超過(guò)35.4 kPa。

3 問(wèn)題及優(yōu)化措施

對(duì)于虹吸式疏冷段來(lái)說(shuō)，由于虹吸作用，疏水入口處液面偏低；另外還有一種情況是當(dāng)抽汽口離疏水入口較近，蒸汽進(jìn)入后吹低液面，因此造成水位有坡度，當(dāng)液位測(cè)點(diǎn)離疏水入口較遠(yuǎn)時(shí)檢測(cè)到的水位值存在誤差，導(dǎo)致疏冷段內(nèi)進(jìn)入混合氣體并積存在疏冷段上側(cè)的角部。積存的混合氣體不斷地被擠壓會(huì)使加熱器產(chǎn)生振動(dòng)。

解決辦法：液位測(cè)量的儀表管離疏水入口要近；疏水入口附近設(shè)置擋板，以遮擋一部分蒸汽。尤其是高加抽汽壓力高，蒸汽沖擊力量大，必須防止蒸汽進(jìn)入虹吸式疏冷段。參見(jiàn)圖3。

圖3 示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)上述分析，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)級(jí)間壓差、計(jì)算的疏冷段面積以及布管方向，選用不同型式的疏冷段，也可以自行組合。如淹沒(méi)式低加折流板也可以設(shè)計(jì)成side by side左右折流式。不同的疏冷段形式各有優(yōu)缺點(diǎn)，究竟哪一種形式、哪一種組合結(jié)構(gòu)較好，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)計(jì)算、整體設(shè)計(jì)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合上述分析，進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化后考慮決定。