汽轮机抽汽回热系统培训教材.doc
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1、 汽轮机抽汽回热系统培训教材7.1 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。抽汽回热系统作用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,一定抽汽量的蒸汽作了部分功后不再至凝汽器放热,既避免了蒸汽的热量被空冷器带走,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
2、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。影响抽汽回热系统经济性的主要参数影响给水回热加热热经济性的主要参数为回热加热分配、相应的最佳给水温度和回热级数,三者紧密联系,互有影响。在求解最佳回热分配的计算分析中,以Z级理想回热循环的循环效率最大值求其最佳回热分配,(所谓理想回热循环,即假定为混合式加热器,端差为零,不计新蒸汽、抽汽压损和泵功,忽略散热损失)求得理想回热循环的最佳回热分配通式后,根据需要忽略一些次要因素,进一步简化,即可获得其它近似的最佳回热分配通式。如“焓降分配法”,这种分配方法是将每一级加热器的焓升取作等于前一级至本级的蒸汽在汽轮机中的焓
3、降;又如“平均分配法”,这种回热分配方法的原则是每一级加热器的焓升相等;其它还有“等焓降分配法”等。可见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。提高系统循环热效率的措施将给水加热到多少温度,才能使循环热效率达到最高值?以单级抽汽回热为例,回热时给水温度t从汽轮机排汽压力下的饱和温度开始逐渐增加,热效率也逐渐增加,热效率达最大值时的给水温度称为最佳给水温度。再提高给水加热温度时,热效率反会减小,热经济性就降低,这是因为给水加热温度提高后,相应的抽汽压力也提高,对该部分抽汽而言,每千克蒸汽在汽轮机
4、中热变功的量减少了,若发电量不变,则需要增加进入汽轮机的新蒸汽量,以弥补因抽汽而减少的发电量。抽汽压力愈高,增加的新蒸汽量就愈多,因而汽耗率也愈大,相应地排向排向低温热源的热量也就越大。锅炉加热量的数值虽不断降低,但汽耗率增加较快,以致使热耗率相应增大,从而使循环热效率降低。理论上,加热级数愈多,最佳给水温度愈高。在实际应用中,给水温度并非加热到最佳给水温度,这是因为还必须要全盘考虑技术经济性,一方面,给水温度的提高,使排烟温度增高、锅炉效率降低,或需增大锅炉尾部受热面,使锅炉投资增加;另一方面,由于回热使得锅炉的蒸发量和汽轮机高压端的通流量都要相应增加,而汽轮机低压端的通流量相应减少和空冷岛
5、面积可以减小,因而不同程度地影响锅炉、汽轮机以及各相关辅助系统的投资、折旧费和厂用电。通过技术经济比较确定的最佳给水温度,称为经济最佳给水温度。理论上,给水回热的级数越多,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,但加热级数增加时,热效率的增长逐渐放慢,相对得益不多,运行也更加复杂,同时回热抽汽的级数受投资和场地的制约,因此不可能设置的很多。在实用中,600MW机组的加热级数一般为78级。加热器的性能要求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温度之间的差值,我们称之为加热器端差。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
6、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。原则性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
7、氧器的凝结水系统,称为低压回热加热系统。7.2 抽汽系统组成二期机组汽轮机共设7段非调整抽汽(一期机组抽汽为8段)。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,在全机第8级后,供给#2高加;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、辅汽系统;第五至第七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低加;第六段抽汽引自全机第17级后,供#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。除第七段抽汽外,各抽汽管道均装设
8、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、小机等,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#7低加流向汽轮机本体疏水扩容器。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,故可以防止疏水
9、的汽化对下级加热器抽汽的排挤。为防止因加热器故障引起事故扩大,每一加热器均设有保护系统,其基本功能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号低加,蒸汽入口处设置防闪蒸的挡板。各级设计抽汽参数抽汽项目THA工况T-MCR工况抽汽级数流量kg/h压力MPa温度流量kg/h压力MPa温度第一级(至1号高加)1396867.217380.81538667.675388.2第二级(至2号高加)1654
10、194.703324.31794364.982330.5第三级(至3号高加)780732.291470.8845642.424470.5第四级(至除氧器)946421.127367.01020081.191366.5第四级(至小机)958181.127367.01012361.191366.5第五级(至5号低加)526680.404247566260.427246.5第六级(至6号低加)523100.222183.8561300.235183.2第七级(至7号低加)992990.110117.51088640.1161177.3 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
11、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: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。凝结段加热蒸汽在此段中是凝结放热,其出口的凝结水温
12、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。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。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5070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,
13、其端差较大。二期工程选用上海电气电站设备有限公司提供的卧式、表面凝结、U型高压加热器。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下图所示。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
14、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,以防止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时,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。自密封装置由密封座、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
15、。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TMCR工况下的给水流量。水侧泄压阀用于防止当加热器进水门、出水门均关闭,且汽侧存由抽汽时,保护加热器不会因热膨胀而超压。每台高压给水加热器均配有双室平衡容器,水位的变化由平衡容器输出,经差压变送器转变为420mA的电信号进DCS,用于连续水位测量。就地指示水位表采用磁翻转式,并配有磁动水位开关,用于水位信号的报警。当高加在冷态启动或加热器运行工况发生变化时,其温度变化率限制在55/h,当总的温度变化率69/h时热冲击不会造成设备损坏,但是随着温度变化的加剧,设备可能出现的故障越多。高加温度变化率最高不能超过110/h,否则高
16、加寿命成倍减少。三台卧式高压加热器采用电动三通大旁路保护系统,#3高加入口为三通阀结构,(右图为高加入口三通阀示意图)#1高加出口为串联电动门结构,高加旁路能够保证高压加热器在高水位时,在30秒内打开电动三通旁路阀。高压加热器技术参数项 目单位#1高加#2高加#3高加给水流量t/h207820782078入口压力MPa303030入口温度261.8219.6191.1入口焓kJ/Kg1143951.1826.0出口温度291.6261.8219.6出口焓kJ/kg1286.81143951.1抽汽流量t/h153.866179.43684.564入口压力Mpa7.6754.9822.424入口
17、温度388.2330.5470.5入口焓kJ/kg3112.83016.73397.9进入加热器的疏水流量t/h/153.866333.303压力Mpa/267.4225.2焓kJ/kg/1171.4968.4离开加热器的疏水流量t/h153.866333.303417.867温度267.4225.2196.7焓kJ/kg1171.4968.4837.7压降管侧Mpa0.0930.0980.076壳体Mpa0.0300.0650.044设计管内流速m/s2.032.132.26有效换热积m2252024601520蒸汽冷却区m2245229124凝结区m2202318791033疏水冷却区m2
18、252352363换热率:蒸汽冷却区/凝结区/疏水冷却区kJ/h40532538/244051378/1825619528031926/316691231/5757960939277854/178832841/42746086总换热系数kJ/h.m22903/14800/88103005/14800/100161881/14779/10180对数平均温差47.8/9.44/12.838.3/12.2/16.1126/10.6/12.2加热器给水端差-1.600加热器疏水端差5.65.65.6高压加热器结构特性项 目单位#1高加#2高加#3高加型号JG-2520JG-2460JG-1520加热器
19、型式卧式卧式卧式加热器布置方式大旁路大旁路大旁路壳体支撑方式固定和滑动固定和滑动固定和滑动加热器壳体壳体最大外径mm216080212060212060壳体总长mm11.57112.859.71加热器高度mm3.303.303.30壳体材料SA516Gr70SA516Gr70SA516Gr70设计压力MPa8.75.72.8设计温度409/295351/270510/258管束管子流程222与管板的连接方式焊接+胀接焊接+胀接焊接+胀接型式:弯管或直管弯管弯管弯管数量根280926732524材料SA556GrC2SA556GrC2SA556GrC2外径与壁厚mm162.32/162.5162
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