热力发电厂第4章给水回热加热系统.doc

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1、第四章给水回热加热系统本章先介绍回热加热器的类型、结构特点及其连接方 式；着重定性分析影响电厂热经济的一些回热系统的损失。 然后介绍回热原则热力系统的常规计算原理、方法、步骤, 说明常规的串联法和电算并联法热力计算。最后说明有关 回热加热器运行的基本知识。第四章给水回热加热系统第一节热力系统的概念及分类本章提要第二节回热（机组）原则性热力系统第三节 回热（机组）原则性热力系统的计算第四节回热热加热器的运行第一节热力系统的概念及分类rjk热力系统是火电厂实现热功转换热力部分的工艺系统。它通过 热力管道及阀门将各主、辅热力设备有机地联系起来，以在各 种工况下能安全、经济、连续地将燃料的能量转换成机

2、械能最 终转变为电能。用图来反映火电厂热力系统，称热力系统图。热力系统图广泛 用于设计研究和运行管理。按范围划分全厂性主要热力设备系统J锅炉本体 汽轮机本体主蒸汽系统给水系统热力系统局部性主凝结水系统各种局部功能系统回热系统对外供热系统 抽空气系统 冷却水系统按用途划分原则性：原理性图全面性：实际热力系统的反映第二节回热（机组）原则性热力系统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。回热原则性热力系统的热经济性用机组的热耗率q。来表征。现代 大型汽轮机组的 、较高，均为99%左右。由式（1-30a） 机组热耗率qo = 3600/mg

3、可知，如视巾、为定值，则Qo= f（巾）0所以本书在定性分析各局部原则性热力系统的热经济性时，都用汽轮机绝对内效率（即实际循环热效率）7；/来说明。、回热加热器的类型及其结构-混合式加热器：汽水直接接触换热类型表面式加热器：汽水不接触，通过金属面换热。”立式加热器按布置分“卧式加热器(a)全混合式加热器回热系统(b) 全表面式加热器热系统0/I01/高、低加热器为表面式的系统#实际电厂釆用的加热器类型9#带有两组重力布置方式的混合式加热器回热系统#PlP2#(e)带有部分混合式低压加热器的热力系统#（一）混合式与表面式加热器比较混合式加热器因无端差，热经济性高；便于汇集汽水和除氧；全由混合式加

4、热器组成的系统，每级混合式加热器的水泵应有 正的吸入水头，而且需要有备用泵，反而使系统复杂化，又不 安全；面式加热器有端差，热经济性差；面式加热器组成的系统却全较为混合式的简单，而且可靠；现在电厂只设一个混合式的作为除氧器，其余的皆为表面式的。（二）面式加热器的类型及其结构特点电厂广泛采用的面式加热器有立式和卧式两种。卧式换热效果好，热经济性高于立式（在同样凝结放热条件下，由 于横管面上积存的凝结水膜薄，单根横管放热系数为竖管的1.7倍）， 结构上易于布置蒸汽过热段和疏水冷却段，布置上可利用放置的高 低来解决低负荷时疏水逐级自流压差动力减小的问题等，所以一般 大容量机组的低压和部分高压加热器多

5、采用卧式。立式占地面积小，便于安装和检修，为中、小机组和部分大机组广 泛采用。加热器的结构加热器由筒体、管板或联箱、U型或螺纹形管束和隔板等主要部件 和附件构成。©图4 44 5为管板一U形管束式加热器O图46为联箱一折形管束©图4 7为联箱一螺纹形管束O图48为卧式混合式O图49为立式混合式管板7彩管束立式低压加热雅（a）面式加热器图例（上部）及其结构示意图；（b）结构图外形及其剖面1一水室；2拉紧螺栓；3水室法兰；4一筒体法兰；5管板；6U型管束；7支架； 8导流板；9抽空气管；10、11上级加热器来的疏水入口管；12疏水器；13疏水 器浮子；14进汽管；15护板；16

6、、17进岀水管；18上级疏水器来的空气入口； 19手柄；20排疏水管；21水位计#15#團45管板"楊管束卧式高压加热器1筒体；2管板；3过热段包壳；4过热段外包壳；5不锈钢防冲板；6导流板；7支撑板；8拉杆；9一防冲板；10疏水段包壳；11一疏水段端板；12疏水段入口 ； 13疏水出口； 14水室分隔板；15人孔#图必联箱一折形管柬立式离压却热畧（带内置式过热蒸汽冷却段和疏水冷却 段）1给水入口联箱；2正常水位； 3上级疏水入口； 4给水出口联箱； 5凝结段；6人孔；7安全阀接口； 8过热蒸汽冷却段；9蒸汽入口； 10疏水出口； 11疏水冷却段；12 放水口A1213A A 血水f

7、tn*中 的诡动tw况II<3)5 £ 二三151讹用里巴分配、汇集管東立式 <方压加热器1 进水总管弯头；2进 水总管；3进水配水管；4出水总 管；5出水配水管；6双层螺旋管; 7进汽管；8蒸汽导管；9导流板; 10抽空气管；11、12连接管； 13排水管；14导轮；15配水管 内隔板*（三）混合式低压加热器结构目的：为使水在加热时能与蒸汽充分接触，水最后可被加热到接近 蒸汽压力下的饱和温度（一般欠热1 °C左右）结构：一般采用1 淋水盘的细流式，2压力喷雾的水滴式，3水膜 式等。若需要满足热除氧加热到饱和温度的要求，可加上鼓泡装置（利用在 水中引入比加热器压

8、力高的疏水或其他汽源），其机理详见第五章。 加热和凝结过程分离出的不凝结气体和部分余汽被引至凝汽器。采用重力式的混合式低压加热器，其加热水出口可不设集水室。对于后接中继水泵的混合式低压加热器，为保证泵的可靠运行，应 设一定容积的集水室。(a)(b)图4七gem设汁的（a）1号混合式加热器结构示意图；（b）该1号混合式加热内凝结水细流加热示意图;1 外壳；2多孔淋水盘组；3凝结水入口；牛凝结水出口； 5汽气混合物引出口;6事故时凝结水到CP2进口联箱的引出口 ； 7加热蒸汽进口 ；8事故时凝结水往凝汽器的引出口。A汽气混合物出口 ；B凝结水出口（示意）；C加热蒸汽入口（示意）；D凝结水出口。18

9、图4£ BTW设计的立贰淑 含武加热器绪构示意图1-加蒸汽进口； Z凝结水进口； 3-轴封来汽；4-除氧器 余气；5三号加热器和热 网加热器的余气；6-热网 加热器来疏水；7-三号加 热器疏水；8排在凝汽器 的事故溢水管；9-凝结水 出口； 10-来自电动、气动 给水泵轴封的水；门逆 门的排水；12-汽气混合物 出口； 13 水联箱；14-配 水管；15-淋水盘；16-水 平隔板；17-逆止门；18- 平衡管。（四）面式加热器的疏水设备 面式加热器的疏水设备主要有以下几种：1. 水封管：利用U型管中水柱高度来平衡加热器间压差，实现自动 排水并在壳侧内维持一定水位。2. 浮子式疏水器：

10、系由浮子、滑阀及其相连接的一套转动连杆机构 组成，所示。浮子随加热器壳钏水位上下浮动，通过传动连杆启 闭疏水阀，实现水位调节。3. 疏水调节阀：大机组的高压加热器多采用疏水调节阀，它的动作 由一套水位控制操作系统来操纵，常用的有电动、气动控制系统。新型水位控制器20二、蒸汽冷却器的类型蒸汽冷却器有内置和外置两种（一）内置式蒸汽冷却器图牟12带内置武蒸汽冷却段和噱水冷却段的面式加热器（a）汽水连接方式；（b） FA图is却毀疏水冷却段（二）外置式蒸汽冷却器的连接方式Mh2*-mn(a)(b)(d)图牟13外置式蒸汽冷却辭的连接浙式=» （a）单级并联；（b）单级串联；（c）与主水流分流

11、两级并联；（d）与主水流串联两级并联；（e）先j+1级，后j级 的两级串联；（f）先j级，后j+1级的两级串联23（三）蒸汽冷却器及其热经济性分析1、蒸汽冷却器作用回热加热器内汽水换热的不可逆损失1加热器出口水温f ,换热温差,热经济性f2、蒸汽冷却器类型内置式蒸汽冷却器（过热蒸汽冷却段）：与加热器本体合成一体（蒸汽凝结部分）；外置式蒸汽冷却器：具有独立的加热器外壳，布置灵活;(1) 内置式蒸汽冷却器(过热蒸汽冷却段)优点：简单，投资小;缺点：冷却段面积小，只能提高本级岀口水温，热经济性改善小,提高0 15% 0. 20%；(2) 外置式蒸汽冷却器优点：减少本级端差，提高最终给口水温度；换热面

12、积大，热经济性 可提高0.3% - 0.5%；布置方式灵活；缺点：造价高。3、蒸汽冷却器的连接方式水侧连接方式:(1) 内置式蒸汽冷却器:串联连接(顺序连接)(2) 外置式蒸汽冷却器:串联连接：全部给水流经冷却器并联连接：只有一部分给水进入冷却器4、外置式蒸汽冷却器连接方式比较(1)串联连接优点：进水温度高，换热温差小，火用损小;缺点：给水全部流经冷却器，给水系统阻力大，泵功消耗多(2)并联连接优点：给水系统阻力小，泵功消耗少 缺点：进水温度小，换热温差大，火用损大;回热抽汽做功少，热经济性稍差25三、回热系统的损失及回热系统的优化（一）面式加热器的疏水方式1、疏水收集方式将面式加热器汽侧疏水

13、收集并汇集于系统的主水流（圭给氷或主凝结忒）中；（1）疏水逐级自流方式利用汽侧压差，将压力较高的疏水自流到压力较低的加热器中，逐级自流直至与主水流汇合;疏水逐级| JiL Jj式（2）疏水泵方式 由于表面式加热器汽侧压力远小于水侧压力（特别是高压 加热器），借助疏水泵将疏水与水侧的主水流汇合，汇入点常为 该加热器的岀口水流中；叽iD- iA" 1g tDt - /DDi a- ic,f®-_j对 > -i a图4*4面武加热辭嚴的不岡掩水收集方武(a)疏水逐级自流；(b)疏水逐级自流加外置式疏水冷却器；(c)采用疏水泵;(d)加疏水冷却器对j级换热的影响；(e)加疏水

14、冷却器对在j+1级发生压降的影 响2两种疏水方式的热经济性分析热量法：考虑对高一级与低一级抽汽量的影响；做功能力法：考虑换热温差和相应的火用损变化；(1) 疏水泵方式疏水与主水流混合后，换热温差,热经济性t(2) 疏水逐级自流方式高一级抽汽量t ,低一级抽汽量!,热经济性!显然，不同毓水收集方武的热经济性髙低、系统复朵程度、投资大小及运行维修费用是各不柑同的293、疏水冷却器的设置目的：(1)减少疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷源热损失或因疏水压力降产生热能贬值带来的火用损；(2)降低疏水经节流后产生蒸汽形成两相流的可能性；布置方式：外置式、内置式P)竹+1hj如知j'WJ+l#

15、4.实际系统疏水方式的选择技术经济比较：对热经济性影响约为0. 5%0. 15%(1) 疏水逐级自流方式：简单、可靠、费用少 应用：高压加热器、低压加热器(2) 疏水泵方式：系统复杂，投资大应用：大、中型机组的最后一、二级低压加热器-N600MW机组：全疏水逐级自流方式-N300MW机组：全疏水逐级自流方式或第3台低加采用疏水泵方式5. 回热系统基本连接方式：(1) 一台混合式加热器作为除氧器，将回热加热器分为高压加热器 组和低压加热器组；(2) 高压加热器疏水逐级自流进入除氧器；(3) 低压加热器疏水逐级自流方式进入凝汽器热井或在末级或次末 级加热器采用疏水泵将疏水打入加热器出口水管道中。回

16、热抽汽过热度较小时不宜采用蒸汽冷却器；小机组不宜采用蒸汽冷却器和疏水冷却器。（二）回热系统的损失热经济性的影响因素1蒸汽循环参数Po、Pr/7 、Jh 、Pc ；2回热循环主要参数 Z 、 P 、-；3.回热系统有密切的关系，诸如上面提及的疏水收集方式，疏水冷 却器、蒸汽冷却器的应用等，以及下面要分析的四项损失有关， 即与抽汽管道压降、面式加热器的端差、回热系统的配置、实际 给水焙升分配有关。351 抽汽管道压降力0损失影响因素（1）回热做功比的变化当当机组做内功量+W时，X,只决定于回热做内功 量的变化。当机组初、终参数，回热抽汽参数（z、Pj、hj） 一定时，大 小仅决定于各级抽汽量Dj的

17、变化趋势。（2）对dPi影响最大的是抽汽管的介质流速（或管径）和局部阻力 （即装设的阀门多少和阀门类型等）。#2. 面式加热器的端差上端差-面式加热器端差都是指出口端差0 （加热器汽侧压力下的饱和水 温t与岀口水温t .之间的差值，e=t t .），又称上端差。sjwj9 LSJ LWJ下端差（入口端差）-以后将提到的疏水冷却器端差则是指入口端差，它是指离开疏水 冷却器的疏水温度 与进口水温 间的差值，又称下端差。t*sjtwj+1i9=t* t 4SJ wj+1布置损失理想回热循环及其系统全为混合式加热器。由于采用面式加热器以 及在它回热系统中所排列位置的不同，引起的热耗率损失，称为布置损失

18、。義4 一狂级回热系统十种方案的布置损失编号回热加热器的配置布置损失，1F51.5411.092F4D10.6773&5卜10.5804F3C1D10.5655F2C30.4336F2D1C1F10.3647F2D1C1D10.3408F2C1D20.2029F1D2C20.15710D3CQ1394.实际回热焙升分配损失实际的回热分配偏离理论上最佳回热分配导致热经济性降低，称为实 际回热焙升分配损失。影响因素t循环参数、热参数、汽机相对内效率、回热级数、回热加热器的世式等©（三）热系统的优化回热的热经济性与回热参数、回热系统连接方式、A pr 布 置损失等有关，并与汽轮机组

19、的有关设计方案、参数密不可分;因此，应综合统筹考虑进行优化，有成百的方案，要通过计算 机来进行优化；现代大型汽轮机，设计制造部门都是经过优化来确定，不仅要 考虑热经济（节能）还要考虑钢一煤比价或成本，可靠性和对 环保的影响等因素。#第三节 回热（机组）原则性热力系统计算C=-回热原则性热力系统计算又称（汽轮）机组原则性热力系统计算。一计算目的1 确定某工况时机组的热经济指标和各部分汽水流量；2. 根据最大工况时的各项汽水流量，选择有关的辅助设备及汽水管道;3. 确定某些工况下汽轮机的功率或新汽耗量；4. 新机组本体热力系统定型设计。二计算公式对于上述任何计算目的，如确定热经济指标巾，定流量时求

20、Pe=f（D。）,或定功率时求D°=f （ P °）时，需用热经济指标公式:a =wt/Qo =叫/么3600P匕叫g应用勒率榊武z 3600(=叫Z = 2叫乙zZ=以。+乞 DjYj1叱=+ Drhqrh X D”j1乙叱=码 + aMrh - 52 ajhJ ac hc1Dc=D。乞Dp1乙a。= 1 无勺计算肉容 通过加热器热平衡式来求各抽汽量（工卩或工勺）; 通过物质平衡式求凝汽量（p.或y.）； 通过汽轮机功率方程式求Pe （定流量计算时）或Do （定功率计算时）。回热原则性热力系统计算的三个基本公式1 热平衡式2物质平衡式3 汽轮机的功率方程式三、计算方法和步

21、骤1 计算方法以热力学第一定律为主的方法有: 代数运算法 矩阵分析法 偏微分分析法以热力学第二定律为基础的分析法：以!W分析法为代表回热（机组）原则性热力系统计算方法: 有传统的常规计算法 等效*含降法 循环函数法等2计算步骤（详细内容见教材）整理原始资料，整理成该机组回热系统的汽水参数表;“由高到低”进行各级回热抽汽量D.（或的计算;凝汽系数J或新汽耗量必的计算,或汽轮机功率计算; 对计算结果进行校核； 机组经济指标和各处汽水流量计算。.热平衡式的拟定 热平衡式一般有两种写法：1 吸热量=放热量X%，%为加热器的效率；2工流入热量=1流岀热量；其中流入热量中的蒸汽部分应乘以蒸 汽焰的利用系数

22、。为了在同一个系统计算中采用相同的标准，应统一采用Z 或,故热平衡式的写法,在同一热力系统计算中也采用同一 方式乞拟定热平衡式时，最好根据需要与简便的原则，选择最合适的 热平衡范围勺47(a)(b)caU(a)疏水流入热井的系统* <b)带疏水泵的系统广义的冷源热损失若以凝汽器和加热器为热平衡对象，则有2 =凝汽流量造成的冷源热损失+疏水进入凝汽器造成的冷源损失 +各加热器散热造成的附加（额外）冷源热损失若以整个回热系统（包括凝汽器和所有加热器）为平衡对象，则有Q.=工流入热量一返回锅炉热量=52 Djhi + Dchc - Dohfw kj/hIz或 Zc =艺ajh / +乞力厂仏k

23、j/kg49(b)(a)(c)#图4Q0回热加热器的疏水类型 放流式加热器；Cb) > (e)汇集式加热器#4“.-7加热器常规法分两种情况计算疏水放流式加热器如图4-20(a)所示:q j =hJ-kj/kgPj =h、vj - 久7 + 1kj/kg>rJ =%力；kj/kg丿汇集式加热器如图420 (b)、(c)所示2幻=hj-h .H7+kj/kgPj =h、vj -Pl t ny + lkj/kg>rJ =Zz twy+lkj/kg两类加热器的G计算都是一样的；汇集式加热器的如、ri均以进水恰hjg为基准的。五、回热（机组）原则性热力系统的并联计算常规的传统热力系统

24、的计算“由高到低”串联进行的；矩阵方程计算仍是系统的热力系统计算，都是并联进行；并联计算特点是一次能计算几十个未知参数的热平衡方程，同时求 得Y勺。东方汽轮机厂由引进技术生产的DH_60(M0*H型亚临界参数 汽轮机图417国产600MW亚临界机组回热原则性热力系统#(_)并联法解矩阵方程现以图牛17所示的国产引进型600'MW机组汽轮机的回热系统为例,用相对量计算，经整理写成：aiqi s 二 0ar2 + a2q2 -r2 =0+ a2r3 + a3q3 - t3 = 0% + g + ©3心+勺如方4二0%5 + F + 咛5 + %5 + 勺么方5 = °

25、“6 + a伙 + ccg + 农6 + 心 + %条一珂=°ayr1 + a1r1 + a1r1 + <z4r7 + a5 + a6ry + aq -r7 = 0+ 也万 s + 勺方8 + ai + %侬G = °,写成矩阵方程a x=tX=A - T其中A矩阵的排列规律参考教材P177,X =% %a.J,T =JJ%5s_#（二）热经济指标计算1 汽轮机汽耗量:3600尺（力。仏 + 务）久（i-s«7）=1839.9157 t/h_ 3600尸,° vv ?7 门，2.功率校核：'1kg新汽比内功”,为:5&5&w

26、 =人）+ %心 据此可得发电机的功率为:cXjhj + oechcJ1210.328 lkJ/kg5&Pc = qw%/36OO=6OOO263MW3. 1kg新汽的比热耗q。= % +心甘兹才Av = 2610.5979kJ/kg4 汽轮机的绝对内效率久=竺=46.3621%5. 汽轮发电机组绝对电效率neZ =7% 二.9712%6. 汽轮发电机组热耗率qq = £2=8005. n6137kJ/(kWLh)7汽轮发电机组汽耗率dd =生=3.06639 kg/(kWOi) q。5&第四节回热加热器的运行、回热系统正常运行的重要性1. 机组回热系统构成：回热加热

27、器的抽汽（加热蒸汽）、疏水、 抽空气系统和主凝水、主给水、除氧器等系统。2. 重要性：对锅炉、汽轮机、给水泵的安全可靠运行，和热经济 性的影响很大。如h给水回热加热器的完好率、高压加热器的投运率、低压加热器投运情况，都会影响机组的热经济性；还会影响机组的出力,使推力轴承受到的应力超出设计值，危及设备安全。二、加热器的投运和停用方式1. 加热器的投运和停用方式规定：我国温升率为W5°C/min ,温降 率为W2°C/min。而美国FOSTER WHEEL(FW)公司规定的温 升率、温降率均为1.85°C/min。汽轮机组和加热器的状态不同，加热器的投入和停用方式也不

28、同, 如表45所示。57<4-5投入和停用方式特点因机组 启停而投 入或停用 加热器随机投入 或停用1.操作简便，强度冲击小；2要有完备的疏水通道，以适应各工况的疏水；3.注意加热器抽汽对机组启动过程胀差的影响；在一定负 荷时投入 或停用1 疏水系统较简单；2由系统、机组情况决定投入使用时的负荷；3.温度冲击较大；机组运行 中投入或 停用加热 器¥ 加障再1 与机组启动时在一定负荷时投入的情况相同；2机组负荷可提高，温度冲击大，操作要慎重；釧为用 护人停 保或急不允许只停水侧而不停用汽侧运“加热器水位（加热器汽侧水位过高、过低，不仅影响回热经济性娄还威胁机组的安金运行Q）（1）

29、水位过高，将淹没部分传热面积引起汽压摆动或升高，水可 能从抽汽管倒流入汽轮机造成水击，使抽汽管，加热器壳体产生 振动。（2）水位过低或无水位，蒸汽经疏水管流进相邻压力较低一级加 热器，排挤该低压抽汽，降低热经济性，并可能使该级加热器汽 侧超压、尾部管束受到冲蚀（对内置式疏冷器危害尤甚），同时 加速对疏水管、阀门的冲刷和汽蚀。2.加热器出口水温(加热器出口水温应维持设计值,若低于设计值将使髙压抽汽增加”低压抽汽减少*回热的热经济性下降 )出口水温降低的主要原因为:III(1)端差增大 其原因可能是加热器的受热面结垢、汽侧主要抽空 气不良、使传热系数值减小，水位过高淹没受热面，或水侧旁路 门漏水引起的。(2)抽汽管压降增大如进汽阀或逆止阀开度不足或卡涩等原因造 成。(3) 保护装置失灵所以：应定期进行抽汽逆止阀的严密性试验，高压加热器自动保 护装置的试验。61