第六章回热加热系统及设备.docx
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第六章回热加热系统及设备
第六章回热加热系统及设备
第一节概述
原则性热力系统是汽轮机主要系统之一，由下列各局部热力系统组成：
连接锅炉、汽轮机的主、再热蒸汽管道；抽汽回热系统；主凝结水系统；除氧器和给水泵的连接系统；补充水系统等。
对抽汽回热系统而言，习惯上，以除氧器为分界，把除氧器范围内的输入输出系统称为除氧器系统；除氧器以后，至进入锅炉省煤器的高压回热加热系统称为给水系统；凝汽器输出至除氧器的低压回热加热系统，称为凝结水系统。
一般原则性热力系统图见图６－1。
图６－1原则性热力系统
回热抽汽系统是原则性热力系统中主要组成部分，即采用作过一部分功的蒸汽来加热进入锅炉的给水，采用抽汽加热锅炉给水的目的在于减少冷源损失，一定抽汽量的蒸汽作了部分功后不再至凝汽器中向冷却水放热，既避免了蒸汽的热量被循环冷却水带走，使蒸汽热量得到充分利用，热耗率下降。
同时由于利用了在汽轮机作过部分功的蒸汽来加热给水，提高了给水温度，减少了锅炉受热面的传热温差，从而减少了给水加热过程的不可逆损失，在锅炉中的吸热量也相应减少。
综合以上原因说明抽汽回热系统提高了机组循环热效率，因此抽汽回热系统的正常投运对提高机组的热经济性具有决定性的影响。
从理论上讲，采用回热抽汽的级数越多，循环热效率就越高。
但在实际中，由于投资费用和场地的限制，抽汽的级数受到限制。
合理的给水温度、抽汽级数和参数应该根据汽轮机参数、加热器的形式、性能、疏水方式等情况综合加以优化。
总的原则是：
尽量采用低焓、高熵的蒸汽，少采用高焓、低熵的抽汽。
荥阳电厂600MW超临界汽轮机有8级非调整抽汽，分别为3高、4低、1除氧。
其额定负荷时各级抽汽参数如表６-1。
表６-1额定负荷（THA工况）时各级抽汽参数
级数
流量
T/h
压力
MPa（a）
温度
℃
抽汽点位置
第一级（至1号高加）
93．58999
5.974
353.7
第8级后
第二级（至2号高加）
116.16
4.106
307.9
第10级后
第三级（至3号高加）
68.16
2.13
474.4
第13级后
第四级（至除氧器）
79.72
1.008
370
第16级后
第四级（至给水泵
汽轮机）
79.94
1.061
370
第16级后
第五级（至5号低加）
85.24
0.4036
252
#1低压缸左右第2级后
第六级（至6号低加）
40.9
0.1161
127.2
#2低压缸左右第4级后
第七级（至7号低加）
41.94
0.05638
84.4
两个低压缸左右第五级后
第八级（至8号低加）
54.03
0.0238
63.9
两个低压缸左右第六级后
抽汽系统是引起汽轮机超速和进水的主要原因。
因此，除位于排汽装置喉部的低加抽汽管外，其余抽汽管道上均设有气动止回阀和电动隔离阀，气动止回阀在前，电动隔离阀在后，均靠进汽轮机抽汽口布置。
电动隔离阀作为防止汽轮机进水的一级保护，气动止回阀作为防止汽机超速并兼作防止汽轮机进水的二级保护。
8段抽汽由低压缸抽汽口直接进入8号低压加热器，管道不设阀门。
汽轮机的中压缸排汽即四段抽汽，用汽点多，流量大，贮存的能量大，引起汽轮机超速的危险最大，若蒸汽倒流入汽轮机内将引起汽轮机超速，造成严重后果，故四段抽汽管设有两个气动止回阀，在去除氧器和辅助蒸汽系统的供汽分支管上也分别设有止回阀，以防机超速。
在汽轮机跳闸时，这些抽汽管中的蒸汽将会倒灌入汽轮机本体，使汽轮机意外超速；在汽轮机低负荷运行或某一加热器水位太高，或管道疏水不畅时，就会发生水灌入汽轮机本体的危险。
这几种情况都是不允许的，一旦有这种趋势，抽汽逆止门应立即自动关闭，隔离阀靠自动或手动关闭，这就要求各阀门开关灵活、可靠、严密。
止回阀应进行定期试验。
在止回阀前后，隔离阀后，设有疏水管路。
机组启动前，所有的抽汽隔离阀全关，而各路疏水阀全开，当机组带负荷10％额定负荷时，从低压到高压依次开启8、7、6、5、3、2、1段抽汽隔离阀，各加热器的汽侧投入运行。
机组负荷到15％额定负荷时，除氧器的汽源也由辅助蒸汽切换至四段抽汽，除氧器开始滑压运行，在抽汽隔离阀开启至10％开度时，阀门自动停开5min，以满足加热器暖管的需要，然后再继续开启至100％开度。
在抽汽隔离阀和抽汽止回阀全开之后，相应的抽汽隔离阀、止回阀前后疏水阀自动关闭。
当加热器水位高故障时，相应的抽汽隔离阀、止回阀关闭疏水阀开启。
机组负荷降至10％额定负荷以下时，各抽汽隔离阀自动关闭，疏水阀开启。
在回热系统中，采用的加热器有两种热交换方式，一种是表面式加热器，一种是混合加热器，无论采用何种加热器，其设计应按尽可能缩小蒸汽与给水之间的温差来进行。
这样可最大限度用蒸汽的汽化潜热。
提高热交换效率。
为了减小端差，提高表面式加热器的热经济性，现代大型机组的高压加热器和少量低压加热器采用了联合式表面加热器。
此类加热器一般由以下三部分组成（如图6-2）：
图6-2三段式高加结构示意图
1）过热蒸汽冷却段
当抽汽过热度较高时，导致回热器的换热温差加大，不可逆换热损失也随之增大，为此在高压加热器和部分低压加热器装设了过热蒸汽冷却段，只利用抽汽蒸汽的过热度，蒸汽的过热度降低后，再引至凝结段，以减小总的不可逆换热损失。
在该冷却段中，不允许加热蒸汽被冷却到饱和温度，因为达到该温度时，管外壁会形成水膜，使该加热段蒸汽的过热度被水膜吸附而消失，没有被给水利用，因此在此段的蒸汽都保留有剩余的过热度。
在该段中，被加热水的出口温度接近或略低于抽汽蒸汽压力下的饱和温度。
2）凝结段
加热蒸汽在此段中是凝结放热，其出口的凝结水温是加热蒸汽压力下的饱和温度，因此被加热水的出口温度，低于该饱和温度。
3）疏水冷却段
设置该冷却段的作用是使凝结段来的疏水进一步冷却，使进入凝结段前的被加热水温得到提高，其结果一方面使本级抽汽量有所减少，另一方面，由于流入下一级的疏水温度降低，从而降低本级疏水对下级抽汽的排挤，提高了系统的热经济性。
实现疏水冷却的基本条件是被冷却水必须浸泡在换热面中，是一种水－水热交换器，该加热段出口的疏水温度，低于加热蒸汽压力下的饱和温度。
采用过热段是有条件的。
必须在机组满负荷时，蒸汽的过热度超过50℃～70℃时，采用过热蒸汽冷却段比较有利，因此低压加热器采用过热蒸汽冷却段的很少。
只采用了凝结段和疏水冷却段的加热器，其端差较大。
在加热器的疏水设计中，一般采用疏水逐级自流的方式，即从抽汽压力高的加热器流到抽汽压力低的加热器中。
但经过加热器换热之后的凝结水，比进入加热器的给水温度高，故在加热器中设疏水冷却段。
这样，就可以充分利用抽汽的能力，使加热器进出口的端差尽量减小，有利于提高整个回热系统的效率。
在疏水冷却段内，由于疏水温度高于进水温度，故在换热过程中是疏水温度降低，主给水吸热温度升高。
疏水温度低，可导致相邻压力较低的加热器抽汽量增大；进水温度升高则导致本级抽汽的减少。
其结果是：
高品位的蒸汽少抽，低品位的蒸汽多抽，这对提高回热系统的效率很有好处。
另外在未经冷却的疏水是饱和水，在流向下一级时，经节流减压。
就会产生蒸汽而两相流动，使管道和加热器产生冲击、振动。
但经疏水冷却段后，疏水温度就会低于饱和温度，经节流也不会产生汽体，也不会使管道和加热器产生冲击。
从#5低加的疏水有两路，正常时经调整门至#6低加，当#6低加检修或水位高时，可直接排到排汽装置。
同样#6、#7低加的疏水正常时，排到下一个低加，非正常情况下排到排汽装置；#8低加分别为A、B两个，分两路排入排汽装置中。
对于高压加热器来说，其疏水最后都是自流到除氧器的。
由于设置了疏水冷却段，有力的保证了除氧器的抽汽量，也防止了疏水产生自沸腾的情况。
#1、#2、#3高加的疏水分别设置危急疏水至疏扩，用于高加检修或水位高时排放。
另外每台高加汽侧还接有两路放水到有压母管。
此用于高加水位高时，其设备检修疏水的排放。
在每台高加的水侧，接有化学清洗接口，用于高加结垢的化学酸洗与水洗。
第二节凝结水系统
凝结水系统的主要功能是为除氧器及给水系统提供凝结水，并完成凝结水的低压段回热，同时为低压缸排汽、三级减温减压器、辅汽、低旁等提供减温水以及为给水泵提供密封水。
为了保证系统安全可靠运行、提高循环热效率和保证水质，在输送过程中，对凝结水系统进行流量控制及除盐、加热、加药等一系列处理。
凝结水系统为单元制中压凝结水系统，每台机组设置一台300m³凝补水箱、一台凝结水补水泵、两台100％容量凝结水泵、一台轴封加热器、四台低压加热器。
（见系统图）。
正常运行时，借助凝汽器真空抽吸作用，给热井补水，当热井水位高到一定值时补水阀关闭，若水位继续上升则通过凝结水排放阀把水排到凝结水贮水箱。
两台100％容量的凝结水泵布置在机房零米，正常运行期间，一用一备。
凝泵密封水采用自密封系统，正常运行时，密封水取自凝泵出口，经减压后供至两台凝泵轴端。
启动时密封水来自凝结水补水系统。
为防止凝结水泵发生汽蚀，在轴封加热器后设一路凝结水再循环管至凝汽器，在启动和低负荷时投用。
凝结水的最小流量应大于凝泵和轴封加热器所要求的安全流量500t/h，以实现冷却机组启动及低负荷时轴封溢流汽和门杆漏汽，并保证凝结水泵不汽蚀的功能。
在凝结水泵入口管路上设有规格为40目的T型滤网，以滤去凝结水中的机械杂质。
为了确保凝结水水质合格，每台机配一套凝结水精处理装置，布置在机房零米。
凝结水精处理装置设有进出口闸阀及旁路闸阀，机组启动或精处理故障时由旁路向系统供水。
系统亦设有氧、氨和联胺加药点。
轴封加热器位于机房6.9米，其汽侧借助轴封风机维持微负压状态，利于轴封乏汽的回收，防止蒸汽外漏。
轴封加热器按100％额定流量设计，不设旁路管道，利用凝结水再循环管保证机组低负荷时亦有足够的冷却水。
其疏水经水封自流至凝汽器，为了保证水封管的连续运行，水封管内不通过蒸汽，水封管高度应大于两侧压差的两倍。
凝结水系统设有四台低压加热器，即5、6、7、8号低压加热器。
7、8号低压加热器为合体布置，安装在两个凝汽器的喉部；5、6号低压加热器安装在机房6.9米层。
7、8号低加采用大旁路系统；5、6号低加采用小旁路。
当加热器需切除时，凝结水可经旁路运行。
低压加热器采用疏水逐级自流方式回收至凝汽器，并设有事故疏水直排凝汽器。
一、低压加热器
1．低压加热器结构
5号～8号低加采用卧式壳管表面式、U型加热器，管材采用不锈钢。
低压加热器与高压加热器的基本结构相同，主要区别在于没有过热蒸汽冷却区，只有凝结段和疏冷段。
因其压力较低，故其结构比高加简单一些，管板和壳体的厚度也薄一些。
管材均采用不锈钢材料，在所有加热器的疏水、蒸汽进口设有保护管子的不锈钢缓冲挡板。
低压加热器结构见图6-3。
其中7A号和8A号低压加热器合并而成一个同壳加热器安装在高压凝汽器的颈部，7B号和8B号低压加热器合并而成一个同壳加热器安装在低压凝汽器的颈部，该低压加热器由壳体、管系、水室等部分组成，低压加热器壳体内设有一垂直的大分隔板将低压加热器分隔为左右互不相通的两个腔室，7A/B号、8A/B号低压加热器的管系就分别装在这两个腔室内。
管系分别由支撑板支撑，并引导蒸汽沿管系流动，各管系内的疏水冷却段由包壳密封，以保证疏水畅通流动，凝结水从8号低加水室进口进入管系进行加热后，流入出口水室，在水室转向后进入7号低加管系，经7号低加管系的升温后再进入水室，最后从水侧出口管离开低压加热器到上一级低压加热器。
图6-4为7号、8号同壳加热器侧视图。
1、凝结水入口2、人孔3、给水出口4、事故疏水、5、水室6、管板7、蒸汽入口8、防冲板9、凝结段
10、管束11、上级疏水入口、12、管子支撑板13、疏水段14、疏水冷却段密封件15、疏水出口
图6-3低压加热器的结构
1、8号低加2、8号低加疏水出口3、凝结水进口4、8号低加抽空气出口5、8号低加蒸汽进口
6、8号低加汽侧放气门7、8号低加汽侧放水门8、7号低加9、7号低加疏水出口10、7号低加抽空气口
11、凝结水出口12、7号低加蒸汽进口13、7号低加汽侧放气门14、7号低加汽侧放水门15、中间隔板
图6-47号、8号同壳加热器侧视图
装设在凝汽器颈部是因为该两段抽汽流量大，压力低，蒸汽的比容很大，如果加热器布置在凝汽器外面，需要引出很大的抽汽管，在管道布置、保温层的铺设、安装上都存在难度，而布置在凝汽器喉部，则可节省空间、利于布置。
同时由于以上原因且蒸汽压力较低，该两段抽汽出口没装逆止阀和截止阀，为防止蒸汽倒入汽机，在加热器蒸汽入口设有防闪蒸的挡板，当汽机跳闸时，可防止过多的蒸汽倒入汽轮机。
凝结水旁路采用大小旁路相结合的方式：
其中5号、6号低压加热器采用小旁路，5号、6号低压加热器可单独解列；合体低压加热器（7A号、8A号）与合体低压加热器（7B号、8B号）共用一个大旁路，7A号、8A号或7B号、8B号合体低压加热器能单独解列。
低压加热器正常疏水采用逐级自流的方式，即5号低压加热器疏水流到6号低压加热器，然后进入7号低压加热器，再进入8号低压加热器，最后疏水经8号低压加热器进入凝汽器。
每个低压加热器均设置事故疏水管路，在事故情况或低负荷工况时，疏水可直接进入凝汽器。
每个低压加热器配有2个双室平衡容器，低压加热器水位的变化由平衡容器输出，经差压变送器转变为4～20mA的电信号进DCS，在操作台显示出低压加热器的实时液位，并且由DCS控制低压加热器疏水调节阀的开度，以控制低压加热器的水位在正常的水位波动范围内。
另外，每个低压加热器配一个磁翻板就地液位显示器，此类磁式液位显示器的测量筒内装有磁浮球，测量筒通过上、下平衡连通管与低加相连，磁浮球随被测容器内液面的变化而上、下浮动，吸引显示支架内的磁式翻板翻转，红色一面翻出表示有液位，红色面的上边缘指示液位，明亮金属色翻出表示无液位。
在磁式液位显示器的适当位置配有数个磁动开关，可作为低加水位的远传联锁和报警信号用。
图6-5为低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图。
图6-5低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图
2．低压加热器技术参数
表6-2低压加热器参数表（加热器的编号按汽机抽汽压力由高到低排列）
序号
项目
#5低加
#6低加
#7低加
#8低加
备注
1
压力降
管侧压力降（MPa）
0.1
0.1
0.1
0.1
壳体压力降（MPa）
0.0345
0.0345
0.0345
0.015
壳体每段压力降（MPa）
2
设计管内流速（m/s）
2.1
2.1
2.1
2.1
管内最大流速（m/s）
2.2
2.2
2.2
2.2
3
有效表面积（m2）
1418
1106
640×2
825×2
每段有效表面积（m2）
130/1288
142/964
120/520
215/610
4
换热率（kJ/hr.℃.m2）
5
总换热系数（kJ/hr.℃.m2）
13155.97
12691.1
12288.10
11735.64
6
给水端差（℃）
2.8
2.8
2.8
2.8
7
疏水端差（℃）
5.6
5.6
5.6
5.6
8
加热器壳侧
设计压力（MPa）
0.6
0.6
0.6
0.6
设计温度（℃）
3
试验压力（MPa）
0.985
0.985
0.985
0.985
壳侧压力降（MPa）
0.0345
0.0345
0.0345
0.015
9
加热器管侧
设计压力（MPa）
4.0
4.0
4.0
4.0
设计温度（℃）
170
160
150
150
试验压力（MPa）
5.0
5.0
5.0
5.0
管侧压力降（MPa）
0.1
0.1
0.1
0.1
10
净重（kg）
3
217
壳体净重（kg）
11
5
管束与管板净重（kg）
8800/2024
6900/1930
9385/4331
运行荷重（kg）
42
00
充水荷重（kg）
623
0
二、凝结水泵
1）凝结水泵结构及性能
凝结水泵的型式为立式筒袋式多级离心泵，其型号为10LDTN-6PJ。
采用抽芯式结构，泵的部件可拆装更换。
泵壳设计成全真空型。
凝结水泵主要由外壳体、出水接管、泵轴、6级叶轮、联轴器、密封部件、泵座等部件构成。
凝结水由吸入管经外壳体进入喇叭状吸入口，水流通过首级叶轮两侧的导流器被吸进首级叶轮，首级叶轮的排水由环形导叶通道引入后5级叶轮，经升压后由出水管排出。
凝结水泵将凝汽器热井中的凝结水输送到除氧器。
其工作环境恶劣，抽吸的是处于真空和饱和状态的凝结水，容易引起汽蚀，因此要求叶轮有良好的轴端密封和抗汽蚀性能，本机组凝结水泵的性能特点如下：
A、泵体立式安装，降低了泵的吸入口高度，提高有效汽蚀余量，改善了泵的吸入性能；
B、首级叶轮采用双吸叶轮，降低了泵的必须汽蚀余量，其材料采用具有良好抗汽蚀性能的材料ZG1Cr13Ni，保证汽蚀余量均大于必须汽蚀余量；
C、泵经常运行工况点处在泵的特性曲线的最高效率区。
在此工况点，流量、扬程、效率不允许有负偏差；汽蚀余量不允许正偏差。
泵组的最大工况点为泵的能力工况点，此运行点的流量、扬程不允许有负偏差；必须汽蚀余量不允许正偏差。
凝结水泵的容量还留有适量裕度，并考虑磨损引起的流量﹑扬程下降。
D、凝结水泵的流量与扬程的性能曲线（Q-H曲线）应当变化平缓，从额定流量（正常运行点）到关闭点的扬程升高值不超过额定流量时扬程的20％。
E、泵组能在出口阀关闭的情况下启动，而后开启出口阀门；
F、在事故状况下，泵与其联接的电动机能承受反转。
G、泵的轴向推力由泵本身自行承受，泵本体设有推力装置和平衡机构，泵产生的轴向力有95%以上被平衡鼓平衡掉，剩下的残余轴向力由泵上的推力轴承承受，泵与电机采用扰性联轴器联结，减少了泵和电机振动的相互影响，使泵组的结构更加合理，运转更加平稳可靠。
凝泵的进出口设有放空气口﹑泵壳疏水、放气口等，还在进出口管路上预留压力测量接口。
凝结水泵的轴端密封采用机械密封形式，密封性能良好。
2）凝结水泵驱动电机
凝结水泵的驱动电机采用防潮、全封闭、配有电加热器的异步电动机，电动机防护等级为IP54，电动机具有F级及以上的绝缘，温升不超过B级绝缘的温升值。
电动机的额定电压为6KV，频率为50Hz，电动机的功率因数为0.8以上，效率93%。
电动机在热态下能承受150%额定电流，过电流时间大于30秒。
在额定电压下，电动机的最大启动电流小于其额定电流的6.5倍。
电动机冷态下可连续启动二次，热态下只允许启动一次。
正常运行中，要求凝结水泵电动机轴承温度不超过80℃，各轴承座处的振动幅值小于0.05mm。
凝结水泵电机停运时，应将电机空间加热器投运，防止线圈受潮。
凝结水泵电机技术参数见表6-3。
表6-3凝结水泵驱动电机技术参数表
项目
单位
数据
型号
YKKL630-4
额定功率
kW
2000
额定电压
kV
6
同步转速
r/min
1480
频率
Hz
50
主要特性
效率
％
94
功率因数
0.88
堵转转矩
（倍）
0.8
堵转电流
（倍）
6.5
最大转矩
（倍）
1.8
绝缘等级
F
重量
kg
10350
冷却方式
空-空
3）联轴器
凝结水泵和电机通过挠性联轴器联接，可有效的避免电动机和泵的轴向尺寸积累误差与轴向推力的相互干扰而引起的主推力轴承超负荷而烧瓦的事故。
与刚性联轴器相比，最大限度的避免了因联接定值精度的原因引起的立式泵横向振动。
4）凝结水泵的技术性能
表6-4凝结水泵参数性能汇总表
序号
参数名称
单位
最大运行工况
经常运行工况
备注
1
流量
t/h
1633
1280
2
扬程
m
355
382
3
转速
rpm
1480
1480
4
首级叶轮中心线处需要吸入净正压头（NPSHr）
m
4.6
4.3
5
泵的效率
%
85
84.5
6
运行水温
℃
31.8
31.8
7
泵体设计压力/试验压力
MPa
5/7
8
最小流量
t/h
380
9
最小流量下的扬程
m
430
10
关闭压头
m
440
11
轴承座处振动保证值
（双振幅值）
mm
0.051
C、凝结水泵主要运行参数
表6-5主要工况参数（凝结水泵组;表中数据对应的是热态工况数据）
项目名称
单位
机组运行工况
最大工况点
经常运行点
TMCR负荷
100%THA负荷
75%THA（滑压）
50%THA（滑压）
40%THA（滑压）
凝汽器运行压力（平均背压）*
KPa（a）
4.6
4.6
4.6
4.6
4.6
4.6
凝结水泵进口水温
℃
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
31.8
进口压力*
KPa（g）
9.5
9.6
9.5
9.5
9.5
9.5
进口密度
kg/m3
1004.7
1004.7
1004.7
1004.7
1004.7
1004.7
进口流量
t/h
1633
128
512
出口压力
MPa（g）
3.48
3.75
3.48
4.0
4.2
4.25
必须汽蚀余量
m
0.3
0
0
0.2
0.2
0.3
效率
%
85
84.5
84.5
72
55
45
轴功率
KW
1857
0
1360
1340
三、凝结水系统运行
1．凝结水系统投入前准备
⑴确认补水系统、凝结水系统检修工作全部结束，所有电动门、气动门动力电源、控制电源、控制气源已送上，并传动合格。
⑵按照系统操作标准准备系统，各表计齐全，表门打开；确认循环水系统，闭冷水系统已投运，所有电动机绝缘合格后送电，有关联锁、保护试验合格，并按要求投入。
⑶化学除盐水系统正常，用除盐水向凝结水储水箱补水，水质合格后，补至正常水位，补水门投自动。
⑷检查凝结水精处理装置退出系统，其旁路门全开。
⑸启动凝结水补水泵向凝结水系统充水放空气。
⑹充水正常后进行系统冲洗，建议采用：
凝结水补水泵→凝结水系统（包括低加、汽封冷却器水侧）→除氧器→凝汽器→地沟；也可以采用启动凝结泵或凝结水补水泵通过#5低加出口排至无压放水的方法冲洗：
凝结水补水泵→凝汽器→凝结水系统（包括低加、汽封冷却器水侧）→#5低加出口排至无压放水，直到水质合格。
⑺水质合格后，用凝汽器补水门向凝汽器补水至正常，投入补水自动。
⑻检查凝结泵进口门开启，出口门关闭；开凝结水最小流量调节阀。
⑼投入凝结水补水泵供凝结泵密封水，调整密封水压力正常；打开凝泵空气门。
⑽检查凝结泵电机上轴承油位在1/2-2
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