05第五章 汽轮机抽汽系统.docx
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05第五章汽轮机抽汽系统
第1章汽轮机抽汽回热系统
1.1.概述
在蒸汽热力循环中，通常要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（即抽汽回热系统）以及用于各种厂用汽如给水泵汽轮机用汽等。
抽汽回热系统是原则性热力系统最基本的组成部分，采用抽汽加热锅炉给水的目的在于减少冷源损失，即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。
综合以上原因，抽汽回热系统提高了循环热效率，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。
理论上抽汽回热的级数越多，汽轮机的热循环过程就越接近卡诺循环，汽热循环效率就越高。
但回热抽汽的级数受投资和场地的制约，不可能设置的很多，而随着级数的增加，热效率的相对增长随之减少，相对得益不多，因此，600MW机组的加热级数一般为7～8级。
给水回热总加热量在各级中的分配是在一定的给水温度和一定级数的条件下，使循环热效率最高为原则，由此对应的各级抽汽回热参数，即为最有利分配的参数，抽汽参数的安排应当是：
高品味（高焓、低熵）处的蒸汽少抽，而低品味（低焓、高熵）处的蒸汽则尽可能多抽。
确定了分配方式，也就确定了汽轮机的抽汽点，通常，用于高压加热器和除氧器的抽汽由高、中压缸或它们的排汽管引出，而用于低压加热器的抽汽由低压缸引出。
对于加热器的性能要求，可归结为尽可能地缩小进入加热器的蒸汽饱和温度与加热器出口给水（凝结水）温度之间的差值，我们称之为给水（凝结水）端差，为实现这一目的，目前主要通过两种途径。
一种途径是采用混合式加热器，从汽轮机抽来的蒸汽在加热器内和进入加热器的给水（凝结水）直接混合，蒸汽凝结成水，其汽化潜热释放到水中，压力温度相同，端差为0，但这种方式需设置水泵为给水（凝结水）提供压力，使其与相应段的抽汽压力一致，这就会消耗一定的能源，除氧器即是一种混合式加热器。
另一种途径是采用表面式加热器，在结构上采取必要措施，尽量提高加热器的效果。
抽汽回热系统是原则性热力系统最基本的组成部分，我公司的原则性热力系统主要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给水加热系统称为高压回热加热系统；凝汽器输出至除氧器的凝结水系统，称为低压回热加热系统。
我公司原则性热力系统图见图5－1
1.2.抽汽系统组成
汽轮机共设八段非调整抽汽，第一段抽汽引自高压缸，在全机第6级后，供#1高加；第二段抽汽引自高压缸排汽，即全机第8级后，供给#2高加、给水泵汽轮机及辅汽系统的备用汽源，第三段抽汽引自中压缸，在全机第11级后，供给#3高加；第四段抽汽引自中压缸排汽，在全机第14级后，供给除氧器、给水泵汽轮机、辅汽系统；第五至第八段抽汽均引自低压缸A和低压缸B，第五段抽汽引自全机第16级后，供给#5号低加；第六段抽汽引自全机第17级后，供给#6低加；第七段抽汽引自全机第18级后，引自低压缸A的抽汽供给#7A低加，引自低压缸B的抽汽供给#7B低加；第八段抽汽引自全机第19级后，引自低压缸A的抽汽供给供给#8A，引自低压缸B的抽汽供给#8B低加。
表5－1不同工况下各级抽汽参数
抽汽级数
项目
VWO
TMCR
TRL
THA
30%THA（定压）
50%THA（定压）
75%THA（定压）
第一级
（至#1高加）
流量kg/h
138380
128369
132685
116081
22710
39725
72215
压力MPa
7.473
7.129
7.090
6.689
2.158
3.290
4.926
温度℃
359.6
354.1
353.5
347.1
280.7
293.2
320.6
第二级
（至#2高加）
流量kg/h
172883
162364
167650
149044
34685
57242
98173
压力MPa
5.023
4.807
4.767
4.527
1.485
2.283
3.378
温度℃
307.0
302.5
301.6
296.6
237.9
250.3
274.0
第三级
（至#3高加）
流量kg/h
78873
74170
77467
68235
10178
25664
45438
压力MPa
2.422
2.312
2.289
2.186
0.717
1.112
1.639
温度℃
468.6
469.1
468.3
469.4
438.0
471.8
470.6
第四级
（至除氧器）
流量kg/h
99324
93844
96377
86791
20835
35866
59442
压力MPa
1.219
1.168
1.138
1.102
0.330
0.559
0.928
温度℃
367.6
368.1
365.8
368.7
330.0
371.3
370.5
第四级
（至给水泵汽轮机）
流量kg/h
104307
99773
114454
93694
83254
57240
71781
压力MPa
1.219
1.168
1.138
1.102
0.330
0.559
0.928
温度℃
367.6
368.1
365.8
368.7
330.0
371.3
370.5
第四级
（至厂用汽）
流量kg/h
50000
压力MPa
温度℃
第五级
（至#5低加）
流量kg/h
53449
50587
51903
46919
12549
20206
32629
压力MPa
0.424
0.406
0.395
0.384
0.115
0.196
0.289
温度℃
236.3
236.8
234.6
237.4
206.2
240.5
239.4
第六级
（至#6低加）
流量kg/h
52690
49973
51118
46548
12860
21033
33028
压力MPa
0.230
0.220
0.214
0.208
0.063
0.107
0.157
温度℃
170.8
171.2
169.1
171.7
144.1
174.5
173.5
第七级
（至#7低加）
流量kg/h
59082
5596.3
55413
51959
13906
22374
36223
压力MPa
0.114
0.109
0.106
0.103
0.031
0.052
0.077
温度℃
105.2
105.4
103.7
105.8
81.7
106.4
106.6
第八级
（至#8低加）
流量kg/h
83184
77701
44590
70775
6563
22034
44342
压力MPa
0.045
0.043
0.043
0.040
0.013
0.021
0.031
温度℃
78.5
77.5
77.6
76.2
51.1
61.4
69.8
除第七、八段抽汽外，各抽汽管道均装设有气动逆止阀和电动截止阀，前者作为防止汽轮机超速的一级保护，同时也作为防止汽轮机进水的辅助保护措施；后者是作为防止汽轮机进水的隔离措施。
由于四抽连接到辅汽联箱、除氧器和给水泵汽轮机等，用户多且管道容积大，管道上设置两道逆止阀。
四段抽汽各用汽点的管道上亦设置了一个气动逆止阀和电动截止阀。
抽汽在表面式加热器中放热后的疏水，采用逐级自流方式。
#1高加疏水借压力差自流入#2高加，#2高加的疏水自流入#3高加，#3高加的疏水流向除氧器。
低压加热器逐级自流后，最后由#8低加流向凝汽器。
由于各级加热器均设有疏水冷却段，可将抽汽的凝结水在疏水冷却段内进一步冷却，使疏水的温度低于其饱和温度，防止疏水的汽化对下级加热器抽汽的排挤。
为防止因加热器故障或失效引起事故扩大，每一加热器均设有保护系统，其基本任务是防止因加热器原因引起的汽轮机进水、加热器爆破和锅炉断水事故。
具有异常水位保护、超压保护和给水旁路联动操作的功能。
加热器的保护装置一般有如下几个：
水位计，事故疏水门，给水自动旁路，抽汽电动截止门、抽汽逆止门联动关闭装置，汽侧及水侧安全门等。
对于#7、#8低加，蒸汽入口处设置防闪蒸的挡板。
此外，轴封漏汽、门杆漏汽进入轴封冷却器，其疏水排入凝汽器。
1.2.1.高压加热器
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。
该加热器由三部分组成：
（1）过热蒸汽冷却段只利用加热蒸汽的过热度，在该加热器中，不允许加热蒸汽被冷却到饱和温度，因为达到该温度时，管外壁回形成水膜，使加热器的过热度被水膜吸附而消失，能位得不到利用，在此段的蒸汽都保留有剩余的过热度，被加热水的出口温度接近或略低于加热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器的作用，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，由于流入下一级得疏水温度降低，从而降低本级疏水对下降抽汽的排挤，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受热面中，是一种水－水热交换器，该段加热器出口的疏水温度，低于加热蒸汽压力下的饱和温度。
一个加热器中含有上面三部分中的两段或全部。
一般认为蒸汽的过热度超过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，只有后两段的加热器，其端差则较大。
我公司选用上海动力设备有限公司提供的JG-2490-1-3、JG-2460-1-2和JG-1520-1-1型高压加热器。
为卧式表面凝结、U型换热器，采用三台高压加热器大旁路配置。
高压加热器的基本结构如图5-2所示
由钢管组成的U型管束放在圆筒形加热器壳体内，并以专门的骨架固定。
管子胀接在管板上。
被加热的水经连接管进入水室一侧，经U形管束之后，从水室另一侧的管口流出。
加热蒸汽从外壳上部管口进入加热器的汽侧。
借导流板的作用，汽流曲折流动，与管子的外壁接触，经凝结放热加热管内的给水。
为防止蒸汽进入加热器时冲刷损坏管束，在其进口处设置有防冲板。
加热蒸汽的凝结水（疏水）汇集于加热器的底部，采用疏水器及时排走。
三台高加均配有疏水冷却段、凝结段，蒸汽冷却段。
高压给水加热器内有合适的水容积，用于疏水水位的控制，并确保在所有运行工况下，疏水冷却段的管束均淹没在疏水中。
同时在适当控制疏水水量的前提下，使加热器内积水的表面积暴露最小，以便减少在汽机甩负荷时疏水扩容后倒入汽机。
在启动过程和机组连续运行工况中，为去除集聚在蒸汽死区的非凝结气体，在加热器内装有排气接管和内部挡板，其排气量按进入加热器汽量的0.5%设计，管内径足够大，满足排气要求。
启动排气接管与连续运行所需的排气接管分开布置。
高压给水加热器装有自密封型的人孔盖。
自密封装置有密封座、密封环、均压四合圈组成，当水室充高压水后，该结构能使密封座紧紧压在水室槽内的均压四合环上，完全达到了自密封的效果，压力愈高，密封性能愈好。
高压加热器汽侧和水侧均装设泄压阀，汽侧泄压阀的最小排放容量为10％的给水流量。
用于连续水位测量配供单室平衡容器，就地指示水位表采用磁翻转式，并配有磁动开关。
表5－2高压加热器主要技术规范
单位
#1高加
#2高加
#3高加
型式
卧式、U形管
型号
JG-2490-1-3
JG-2460-1-2
JG-1520-1-1
数量
台
1
1
1
旁路型式
大旁路
有效表面积
蒸汽冷却段
m2
288
248.3
127.6
凝结段
2058.6
1851.7
1057.7
疏水冷却段
143.4
360
334.7
管侧压力降
MPa
0.079
0.084
0.061
加热器壳侧
设计压力
MPa
8.22
5.55
2.80
设计温度
℃
400/325
350/300
510/258
试验压力
MPa
12.33
8.325
4.2
加热器管侧
设计压力
MPa
34
34
34
设计温度
℃
325
300
258
试验压力
MPa
51
51
51
给水端差
℃
-1.7
0
0
疏水端差
℃
5.6
5.6
5.6
净重
kg
127464
108300
76944
运行荷重
kg
135636
116328
83632
充水荷重
kg
148200
132395
91117
管子数量
根
2906
2788
2673
管子尺寸/壁厚
mm
Φ16×2.5
Φ16×2.5
Φ16×2.5
加热器管侧流程
双流程
壳体最大外径及壁厚
mm
Φ2280×90
Φ2220×60
Φ2180×40
最大总长
m
～11.43
～12.93
～9.25
管子与管板的连接方式
焊接胀接
水室与管板的连接方式
焊接
在汽机最大连续出力（T-MCR）工况下
给水
流量
t/h
1859.25
1859.25
1859.25
进口压力
MPa
～29.7
～29.7
～29.7
进口温度
℃
259.6
218.4
190.4
进口热焓
KJ/kg
1132.9
946.6
824.4
出口温度
℃
286.7
259.6
218.4
出口热焓
KJ/kg
1261.9
1132.9
946.6
抽汽
流量
t/h
128.369
162.364
74.17
进口压力
MPa
6.915
4.663
2.249
进口温度
℃
354.1
302.5
469.1
进口热焓
KJ/kg
3027.9
2940.7
3395.6
进入加热器的疏水
疏水来源
1号高加
2号高加
流量
t/h
128.369
290.734
温度
℃
265.2
224.0
热焓
KJ/kg
1160.4
962.8
排出加热器的疏水
流量
t/h
128.369
290.734
364.904
温度
℃
265.2
224.0
196.0
热焓
KJ/kg
1160.4
962.8
834.9
1.2.2.低压加热器
#5～#8号低加采用东方汽轮机厂生产的卧式壳管表面式、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，故其结构比高压加热器简单一些，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。
下图为低压加热器的结构示意图
其中#7A和#8A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和#8B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、#8A/B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低加管系，经＃7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。
下图为#7、#8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#、6#低压加热器采用小旁路，5#、6#低压加热器可单独解列；合体低压加热器（＃7A、＃8A）与合体低压加热器（＃7B、＃8B）共用一个大旁路，＃7A、＃8A或＃7B、＃8B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低压加热器疏水流到＃6低压加热器，然后进入＃7低压加热器，再进入＃8低压加热器，最后疏水经8#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，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，同时每个低压加热器配一个磁翻板液位计，可就地显示低加水位变化，并配有磁动开关，输出4～20mA的电信号供远传，可作为报警信号用。
下图为低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图
图5-5低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图
表5－3低压加热器主要技术规范
项目
单位
#5低加
#6低加
#7低加
#8低加
加热器数量
1
1
2
2
型号
JD-1100-Ⅳ
JD-1100-III
JD-1650-I、JD-1650-II
加热器型式
卧式U型
加热器布置
单列
双列
壳体最大外径及壁厚
mm
φ1632x16
φ1832x16
最大总长
m
11.35
11.6
16.5
加热器管侧流程
双流程
管子与管板的连接方式
胀焊
管板与水室连接方式
焊接
管子数量
根
1269
730
管子尺寸/壁厚*
mm
φ16x0.9
有效表面积（凝结/疏冷段）
m2
1030/70
1000/100
2×580/100
2×754/216
压力降
管侧压力降
MPa
0.08
0.08
0.08
0.1
壳体压力降
MPa
0.008
0.008
0.01
0.013
加热器壳侧
设计压力
MPa
0.6
设计温度
℃
265
200
150
试验压力
MPa
0.93
0.81
0.75
加热器管侧
设计压力
MPa
4.0
设计温度
℃
170
150
试验压力
MPa
5.0
给水端差
℃
2.8
疏水端差
℃
5.6
净重
kg
25000
25200
46900
运行荷重
kg
33000
55000
*每只加热器的外围管束（正对蒸汽流的）采用更厚一些的管子。
1.3.系统运行和维护
抽汽回热系统的正常投运与否，对电厂的安全、负荷率、经济性影响很大。
在实际运行中，必须进行严格的管理，正确的操作方法和维护方法对保证该系统的正常运行起重要作用。
1.3.1.启动
高、低加可采用随机启停，也可在一定负荷时启停。
低加的投入一般采用随机启动的方式，而高加的正常疏水回到除氧器，若随机启动，则可能会因为负荷低导致疏水无法送入除氧器，此时应注意事故疏水阀的是否正常工作。
启动时先投水侧，再投汽侧，并注意预暖加热器；加热器启动还需注意控制加热器进汽量，控制出口水的温升速度。
若因故不能随机启动，而是在机组达到某负荷后逐个投入，应按由低到高的顺序依次投入，抽汽管道应预先进行疏水暖管。
启动前必须先投入加热器水位保护，打开汽侧、水侧放水阀，放尽积水，然后关闭放水阀。
开启所有水侧、汽侧放气阀。
各抽汽管道上各疏水阀处于开启状态。
先对水侧注水，待给水缓慢地充满加热器以后，将所有放气门和启动排气门关闭，然后缓慢投入蒸汽，同时开启连续排气阀，疏水品质经检验合格后可排回凝汽器（除氧器）。
应该注意的是，在加热器刚启动时参数低，不能克服疏水系统阻力（包括疏水冷却段的阻力、上下级加热器的级间压差、管道阻力等），此时若打开正常疏水门进行疏水逐级自流是困难的，故建议当机组低负荷运行时用事故疏水门来疏水，以保证疏水的畅通。
基本操作过程如下：
1）、启动前的检查和操作已完成。
2）、关闭加热器的所有放水门，打开水侧所有排气门。
3）、投入加热器的水位保护（疏水调门投自动），缓慢打开水侧进口阀向加热器注水。
注水的目的，一是排净水室侧的空气，二是使加热器温度缓慢加热到水温。
注水速度取决于水温和限定的升温率（≤3℃）。
由于进入低压加热器的水来自凝结水泵的低温水，因此启动时可直接投入低压加热器的水侧，但仍须缓慢投入，以免造成较大的冲击，损坏换热管。
4）、当所有的气体从水侧排尽后，关闭水侧的排气门，完全打开给水进口阀。
待压力升高稳定后观察汽侧水位是否上升，以判断水侧与汽侧间是否存在泄漏。
5）、打开抽汽管道的疏水门，打开抽汽逆止阀，稍开抽汽电动阀，蒸汽逐渐进入管道和加热器，这时应进行充分的暖管、疏水；逐渐开启抽汽电动阀，注意升温率在限制范围内。
启动后，为了防止U形管腐蚀，保证加热器的传热效果，须打开蒸汽侧的连续排气门，连续不断将不凝结气体抽出。
6）、当水位上升后，加热器的正常疏水阀和紧急疏水阀动作情况应正常。
1.3.2.运行
正常运行中运行人员须随时对设备上的人孔法兰、管道法兰的密封状况及设备外观和阀门等进行检查，如发现泄漏、变形、异常声响等现象，须立即采取措施或检修。
同时还应监视加热器、除氧器系统的各项参数，如除氧器的水位、工作水温及压力是否正常；加热器的水位、进出水温度和流量、蒸汽压力、端差、疏水阀自动控制是否正常，通过与相同负荷下运行工况的比较，判断加热器内部管束是否存在泄漏或其他缺陷，尽早发现问题，及时处理。
加热器水位应维持在正常水位运行，当机组工况发生变化时，抽汽的压力和流量也会发生变化，加热器水位就会上升或下降，水位太高或太低都不利于正常运行。
加热器水位太低，会使疏水冷却段的吸水口露出水面，蒸汽进入该段，这将破坏该段的虹吸作用，造成疏水端差变化和蒸汽热量损失，而且蒸汽还会冲击该冷却段的U形管束，发生振动。
加热器水位太高，将使部分管子浸在水中，从而减小换热面积，导致加热器性能下降；其次，加热器在过高水位下运行，一旦操作稍有失误或处理不及时，就有可能造成蒸汽管道发生水击，甚至汽轮机进水。
水位的调节通过正常疏水阀和事故疏水阀实现。
表5－4高、低加水位设定值（mm）
低水-Ⅱ位报警
低水-Ⅰ位报警
正常工作水位
高-Ⅰ水位报警
高-Ⅱ事故放水水位
高-Ⅲ事故水位
#1高加
#2高加
#3高加
#5低加
580
#6低加
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