加热器端差对经济性影响的分析.docx

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加热器端差对经济性影响的分析

加热器端差对经济性影响的分析

在关于汽轮机组的经济性问题上人们往往把目光放在汽轮机的初终参数上，认为它们的变化对机组的经济性影响较大，这无疑是正确的。

但分析整台机组的经济性仅限于此也是不全面的，还应关注汽轮机的回热系统，因为汽轮机的回热系统也有相当的节能潜力，现代热力发电厂的汽轮机组都无例外的采用了给水回热加热，回热系统既是汽轮机热力系统的基础，也是全厂热力系统的核心，它对机组和电厂的热经济性起着决定性的作用。

一、给水回热加热系统及其优点

给水回热加热指在蒸汽热力循环中从汽轮机数个中间级抽出一部分蒸汽，送到给水加热器中用于锅炉给水的加热，提高工质在锅炉内吸热过程的平均温度，以提高机组的热经济性。

给水回热加热系统是原则性热力系统最基本的组成部分，采用蒸汽加热锅炉给水的目的在于减少冷源损失，一定量的蒸汽作了部分功后不再至凝汽器中向空气放热，即避免了蒸汽的热量被空气带走，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加热给水，提高了给水温度，减小了锅炉受热面的传热温差，从而减少了给水加热过程中的不可逆损失，在锅炉中的吸热量也相应减少。

综合以上原因说明给水回热加热系统提高了机组循环热效率，因此，汽轮机采用回热加热系统对提高机组运行经济性有决定性的作用，而回热加热系统的运行可靠性和运行性能的优劣，将直接影响整套机组的运行经济性。

采用回热加热循环的优点

（1）提高热效率。

由于抽汽的原因，排至凝汽器的蒸汽量减少，冷源损失减少，所以循环热效率提高。

（2）对于锅炉来说，因给水温度提高，锅炉热负荷降低，因此炉内换热面积减少，节约了钢材用量。

（3）由于中间抽汽，使汽轮机末几级的蒸汽流量减少，减少了汽轮机末几级的流通面积，使末级叶片的长度减少，解决了汽轮机末级叶片设计、制造的难题。

（4）由于进入凝汽器的蒸汽量的减少，凝汽器的热负荷减少，换热面积也减少，减少了钢材用量，节省了投资。

二、给水回热加热器

2.1给水回热加热器的分类和结构

2.1.1加热器的分类

回热加热器是指从汽轮机的某些中间级抽出部分蒸汽来加热凝结水或锅炉给水，以提高热经济性的换热设备。

按传热方式的不同，回热加热器可分为混合式和表面式两种。

混合式加热器是通过蒸汽和被加热的水直接接触、混合进行传热的，因此混合式加热器可以将水加热到该加热器蒸汽压力下的饱和水温度；表面式加热器是通过金属受热面将蒸汽的凝结放热量传给管束内的被加热水，因此存在热阻，一般不能将水加热到该加热器蒸汽压力下的饱和温度。

给水加热器按传热面配置方式，又可以分为一段式、两段式和三段式加热器。

而根据水侧的布置和流动方向的不同，表面式加热器又可分为立式和卧式两种，其中立式加热器又可分为顺置式与倒置式。

卧式加热器内给水沿水平方向流动，立式加热器内给水沿垂直方向流动；立式加热器便于检修，占地面积小，可使厂房布置紧凑。

卧式加热器传热效果好，结构上便于布置蒸汽冷却段和疏水冷却段，因而在现代大容量机组上得到了广泛应用。

在整个回热系统中，按给水压力分，一般将除氧器之后经给水泵升压后的回热加热器称为高压加热器，这些加热器要承受很高的给水压力；而将除氧器之前仅受凝结水泵较低压力的回热加热器称为低压加热器；此外还有回收主汽门、调速汽门门杆溢汽及轴封漏汽来加热凝结水的加热器，称为轴封加热器。

为了提高回热效率，更有效地利用抽汽的过热度，加强对疏水的冷却，高参数大容量机组的高压加热器，甚至部分低压加热器又把传热面分为蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段三部分。

蒸汽冷却段又称为内置式蒸汽冷却器，它利用蒸汽的过热度，在蒸汽状态不变的条件下加热给水，使离开过热段时的出水温度接近于、或等于、甚至超过该抽汽压力下的饱和温度，以减小加热器内的换热端差，提高热效率。

疏水冷却段又称为内置式疏水冷却器，它是利用刚进入加热器的低温水来冷却疏水，既可以减少本级抽汽量，又防止了本级疏水在通往下一级加热器的管道内发生汽化，排挤下一级抽汽，增加冷源损失。

随着加热器容量的发展，还有的机组将蒸汽冷却段或疏水冷却段布置于该级加热器壳体之外，形成单独的热交换器，称为外置式蒸汽冷却器或外置式疏水冷却器。

2.1.2混合式加热器和表面式加热器的优缺点比较

混合式加热器的优点:

可将水直接加热到蒸汽压力下的饱和温度，无端差，热经济性高，它没有金属受热面，结构简单，造价低，而且便于汇集不同温度的汽水，并能除去水中含有的气体。

但是，混合式加热器也有其缺点：

每台加热器的出口必须配置升压水泵，有的水泵还需要在高温下工作。

增加了设备和投资，还使系统复杂化。

（3）当汽轮机变工况运行时，升压泵的入口还容易发生汽蚀。

（4）如果单独由混合式加热器组成回热系统投入实际运行，其厂用电量将大大增加，经济性反而降低。

因此，火力发电厂一般只将其作为除氧器。

表面式加热器的缺点：

由于金属受热面存在热阻，给水不可能加热到对应压力下的饱和温度，不可避免地存在着端差，因此，与混合式加热器相比，其热经济性低，金属耗量大，造价高，而且还要增加与之相配套的疏水装置。

优点：

由于表面式加热器组成的回热系统比混合式的回热系统简单，且运行可靠，因而得到了广泛的应用。

常用的表面式加热器为管壳式加热器。

2.2回热加热器的运行

加热器是发电厂的重要辅机，加热器的正常投运与否对电厂的安全经济运行及满发影响很大。

机组实际运行的热经济性，主要决定于设计和制造，但和运行也有很大关系。

2.2.1低压加热器的运行

加热器运行中要注意监视加热器进、出口水温，加热器汽侧压力、温度，被加热水的流量，疏水水位，加热器的端差等。

加热器运行中应保持正常水位。

水位过高会淹没受热面，影响换热，同时这些凝结的饱和水，在机组负荷突降时，由于抽汽压力的下降会使一部分饱和水汽化，变为湿饱和蒸汽，于是夹带着小水珠的湿饱和蒸汽就有可能倒流入汽轮机内，使叶片受到冲蚀，严重时还会导致机组水冲击。

水位过低或无水位运行，蒸汽将通过疏水管流入下一级，排挤下一级的抽汽，造成整个机组回热经济性下降，同时高速汽流冲刷疏水管还会加速管道的损坏。

发生这种现象后，在相邻的两个加热器中，汽侧压力低的加热气出口水温比正常时高，这时应检查疏水调整门是否正常，以便及时处理。

为防止蒸汽从空气管进入下一级加热器，在空气管上均装有适当的节流垫。

加热器受热面结垢后，将直接影响传热效果。

结垢的原因往往是凝汽器铜管泄漏，循环水进入凝结水侧，使凝结水硬度增加，而排污或化学处理又不彻底，使蒸汽品质和凝结水品质下降，造成加热器结垢。

因此，运行中必须监视凝结水的硬度。

加热器内积存空气，同样会影响传热效果，因为这些空气会在管束表面形成气膜，使热阻增大，严重的阻碍了加热器的热传导，降低了加热器的换热效率。

特别是工作压力低于1个绝对大气压的加热器，由于管道、阀门等不严密处，可能漏入空气，应通过真空系统水压试验找出泄漏处，并予以消除。

另外加热器长期停运也容易积聚大量的空气。

加热器运行中还要注意监视其端差，差值越小说明加热器的工作情况就越好。

运行中发现加热器端差增大时，可以从以下几个方面分析：

（1）加热器受热面结垢，使传热恶化。

（2）加热器内积聚空气，增大了传热热阻。

（3）水位过高，淹没了部分管束，减少了换热面积。

（4）抽汽门或止回阀未全开或卡涩，造成抽汽量不够，抽汽压力低。

（5）旁路门漏水或水室隔板不严使水短路。

2.2.2低压加热器的停运

低压加热器的停运有正常运行中的停运和紧急故障停运。

正常停运后，如果停运的低压加热器处于饱和湿蒸汽区，将有可能使抽汽口处气缸积聚疏水，造成后级动叶的水冲蚀甚至损坏；如果停运的低压加热器处于高压轴封溢汽的回收点，则加热器停运后，轴封漏汽将进入低压缸，会对低压缸的运行工况造成影响。

另外，加热器的停运还会影响机组的出力，若不减小汽轮机的进汽量，则相应加热器抽汽口以及各级的通汽量将增大，特别是末级隔板和动叶的受力情况将有较大的增加，严重时会造成末级叶片的损坏。

因此，各汽轮机制造厂家对回热系统停运后的汽轮机组的带负荷情况均有明确的限制，机组运行中必须按其要求严格控制负荷，以确保机组的安全运行。

而低压加热器的紧急故障停运是指低压加热器发生满水现象时，端差增大，出口水温降低，情况严重时汽侧压力的摆动或升高造成抽汽管道和加热器本体冲击、振动，需要紧急切除加热器运行。

2.2.3高压加热器的运行

高压加热器可以随机投运，也可以在一定负荷下热态投运。

因为在随机投运中，负荷低，高压加热器疏水无法送入除氧器回收，疏水水位调整困难，而直排疏水又造成大量的汽水和热量的损失，因此大型机组一般在启动中达到一定负荷时才投入高压加热器。

高压加热器正常运行中，要保持水位正常，严禁无水位和高水位运行，水位自动调节装置应正常。

高压加热器无水位运行时：

（1）蒸汽通过疏水管进入下一级高压加热器，从而减少下一级的抽汽量，影响回热经济性。

（2）由于疏水的两相流动使疏水调节阀、疏水管发生严重的冲蚀，直接影响了高压加热器的安全运行。

（3）高压加热器无水位运行时，蒸汽带着被凝结的水珠流经加热器管束尾部，造成该部位管束的冲刷，尤其是对有疏水冷却器的高压加热器，无水位运行将使管束侵蚀成孔洞，从而发生泄漏现象。

高压加热器水位过高，使管束换热面积减小，给水温度下降，影响回热经济性；容易造成保护动作，而且一旦保护失灵，汽轮机将有进水的可能。

因此，在高压加热器运行中严禁无水位或高水位运行，对高压加热器水位要进行严密监视。

高压加热器汽侧排空门在高压加热器运行当中应一直保持全开，将汽侧空气排至除氧器。

因为空气聚集在换热面上，不仅影响着高压加热器的传热效果，同时还会引起高压加热器的腐蚀。

定期记录高压加热器的出入口温度和抽汽压力。

如发现给水温度降低，应及时查明原因。

比如检查高压加热器水位是否过高，汽侧排空门是否误关，高压加热器旁路门（三通门）是否不严，出入口门是否未全开，高压加热器进汽门、抽汽止回阀是否未全开等。

对给水温度降低这一情况可以根据汽轮机抽汽口压力与加热器汽侧压力之差的变化来分析。

如果发现两者的压力差增加，则说明进汽被节流；如汽侧压力等于或高于抽汽压力，则说明水位过高。

要注意发电机组负荷与高压加热器疏水自动调节阀的开度关系。

当负荷未变，调节阀开度增加时，高压加热器管束可能出现泄漏，这时要立即确证高压加热器是否内漏，如泄漏，应立即停止高压加热器运行。

此外，还要对高压加热器的保护、自动调节装置要进行定期试验，保证其动作可靠；要对高压加热器的水侧、汽侧安全门进行定期校验，同时如有可能应进行定期活动试验；应对高压加热器的水质进行定期化验；要严密监视高压加热器的运行状况，当汽轮机汽耗量过大，给水流量大于设计值，抽汽量增加及单个高压加热器的汽侧停运使后一级加热器入口温度降低，抽汽量增加发生时，即可认为高压加热器超负荷运行。

2.2.4高压加热器的停运

高压加热器的停运可分为随机停运，带负荷停运和事故停运。

具备随机滑参数停运条件的高压加热器，应随机组的停运而停运加热器。

当需要带负荷停运时，应严格控制温降率，按操作规程对其停运。

和低加相比，高压加热器发生事故较多，若高压加热器不投入运行将会使机组的煤耗增加，而高压加热器的停运，将使给水温度降低，造成超高参数直流炉的水冷壁超温及汽包炉的过热汽温升高。

因此，停用某加热器时，为保证相应抽汽段以后汽轮机的各级不过负荷，应该根据机组的具体情况减少负荷。

2.2.5除氧器的运行

锅炉给水除氧是由除氧器来实现和完成的。

除氧器是回热系统中的一个混合式加热器，是用汽轮机的抽汽来加热需除氧的锅炉给水的。

其作用有两方面：

一是提高给水品质，除去给水中的溶氧和其他气体，防止设备腐蚀；二是提高给水温度，并汇集排汽、余汽、疏水、回水等，以减少汽水损失。

而在机组投运后，由于各种原因，除氧器的抽汽点参数有时偏离设计值，甚至比设计值低得多。

除氧器的低压运行，对除氧器本身来说，可能影响不大，但却对高加的运行造成了