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热电厂高加出水温度不达标原因分析及改进

发表时间：2020/3/3 来源：《电力设备》2019年第20期作者：张龙胡杨

[导读] 摘要：热电厂现有8台汽轮机，共有12台高压加热器，自投产以来，高加给水温度长期偏低，这对电厂总体热效率有很大影响，不利机炉的安全运行，同时直接影响锅炉的排烟温度和脱硫的效果，阻碍安全环保达标工作。

        (中国石油辽阳石化分公司热电厂辽宁省辽阳市 111003)
        摘要：热电厂现有8台汽轮机，共有12台高压加热器，自投产以来，高加给水温度长期偏低，这对电厂总体热效率有很大影响，不利机炉的安全运行，同时直接影响锅炉的排烟温度和脱硫的效果，阻碍安全环保达标工作。本文讨论了高加出口温度偏低的原因，并提出了解决措施并在机组上实施，取得了一定的经济效益。
        关键词：高压加热器泄漏温度分析措施
        1   前言
        高压加热器可以简称高加，是火电厂生产流程中的关键设备之一，给水温度直接影响锅炉的平稳运行，高加的频繁启停不仅难以完成厂里的经济指标，而且会缩短高加的使用寿命，同时直接影响锅炉的排烟温度和脱硫的效果，阻碍安全环保达标工作，因此如何提高高压加热器的给水温度成为了必须攻克的难题。
        2   高加给水系统简介
        2.1 高压加热器的主要作用
        高压加热器的主要作用就是将锅炉给水泵出来的水经高压加热器，利用机组抽汽加热后送入锅炉炉膛，提高机组的效率和给水温度，减少给水和炉膛的温差，减少温差换热损失，提高热效率。
        2.2 高压加热器的结构特点
        2.2.1高压加热器的总体上分为壳侧工作空间和管侧工作空间，即壳程和管程。壳程是蒸汽工作的空间，被隔板分析三个区域“过热蒸汽加热段”“饱和蒸汽冷凝段”“疏水冷却段”，其间通道为“S”型，以加强扰动和换热。
        2.2.2管程是水的工作空间，由进水室，“U”型管和出水室组成，并且在水室的顶部设有供检修使用的人孔门。
        2.2.3加热器配有正常及事故疏水自动调节装置，加热器正常疏水采用逐级自流方式，事故疏水直接至凝汽器疏水扩容器或其他设备回收。
        2.2.4在加热器的壳程即汽侧设计装有安全阀，用来保护加热器
        2.2.5加热器还设有磁浮式和电接点式水位计，用于水位观察、报警和联关抽汽逆止阀。
        2.3高压加热器的工作原理
        由汽机抽汽来的高压过热蒸汽首先进入加热器的“过热蒸汽加热段”沿“S”型通道流动，并对“U”型管内的给水进行对流换热，被冷却后的蒸汽再进入“饱和蒸汽冷凝段”继续与给水进行对冷凝换热，最后进入“疏水冷却段”换热后逐渐成为疏水，其温度大为降低，热量大部分用来加热给水，给水在“U”型管中被加热后经出水室进入下级加热器或省煤器，正常疏水通过逐级自流的方式流至下一级加热器最后回收至除氧器，事故疏水则直接流至凝汽器疏水扩容器或其他设备回收，对应的正常和事故疏水调节装置能自动维持加热器的水位正常。
        3 高压加热器给水温度偏低的原因分析
        3.1高加疏水管道频繁泄漏，经常被迫停运
        高加疏水对管道的直管和弯头、三通等管件冲刷、侵蚀严重，尤其在高加水位不在正常范围内时，高加疏水含有大量蒸汽，从而造成疏水的两项流动，加剧管件的损伤，管壁减薄、破裂。经实际统计，一只普通碳钢δ=5mm的弯头使用寿命只有3-4个月，这给高加的长周期运行和维修保养带来很大的难度。
        3.2高加内漏，加热面积变小
        高加内漏的原因主要有以下几个方面：（1）1、管子存在原始缺陷，蒸汽对管束冲刷，管子减薄泄漏；（2）与给水系统相连的上游系统作业中产生的杂质进入高加系统，对管子冲击造成外伤；（3）管束胀口焊接存在气孔等缺陷，致使胀口泄漏和高加启停过程中，管束胀口受热膨胀不均匀泄漏；（4）水位控制、两相流调节不当，对高加启停、监控、维护、调整缺少系统指导和管理；（5）水质原因，结垢导致的管束局部过热，材质发生球磨化而致使强度降低管束漏泄；（6）机炉运行方式原因，冬季大负荷给水运行方式，导致高加长期运行在接近过负荷的状态，同样的通流面积，给水量增加，势必增大给水流速，加大水流对管道的冲刷、磨损。
        管束泄漏后只是采用堵管的方法进行检修，这样就会减少高加的有效加热面积和通流面积，影响高加的换热效果。
        3.3高加水位不在正常范围内
        高加水位变化通常是由于抽汽压力变化引起的，机组负荷变化抽汽压力相应变化，就会造成加热器水位波动。

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汽液两相流调节器在经过多年使用，内部发生冲蚀和磨损，偏离原设计值，造成高加水位调节滞后和调节过当，水位频繁波动。加热器超负荷运行，加热蒸汽凝结水量增大，超过原设计值，疏水不能正常流至下一级加热器和除氧器，造成高加水位超高。
        3.4高加负荷分配不合理
        在六炉四机运行的工况下，给水总量在1260t/h，如果一台机的高加故障停运，那么其他三台机的高加给水流量就在420 t/h左右，就会使高加超负荷运行，高加出水温度必然达不到设计值，同时会加快加热器管束的磨损和疲劳，减少加热器的使用性能和寿命。
        3.5高加联成阀小旁路泄漏
        高加联成阀小旁路泄漏导致部分给水不经高加直接由旁路进入供水系统，与高加出口热水相混合，致使高加出口温度低于设计温度。
        取汽轮机设计工况进行计算，相关参数取自《CC50-90/42/12-1型汽轮机热力特性数据》。高加出口水温计算公式采用混合热交换器计算式，进行热平衡计算，计算公式如下：
        q1×G1+q2×G2=q×(G1+G2)
        其中：q1----小旁路泄漏流体的热密度
        q2----进入高加后流体的热密度
        q ----高加出口门后流体的热密度
        G1----小旁路泄漏流量
        G2----经过高加加热的流量
        小旁路的泄漏量是根据阀门的泄漏间隙来选择，取为管路总量的15%，给水总量取汽轮机设计工况为375t/h，则=375×15%=56.25 t/h。由此可知，当泄漏量为15%时，高加出口水温会由设计值217.9℃降至204.8℃。
        4 解决高压加热器给水温度偏低措施
        4.1更换高加疏水管道并对材质升级
        自2012年开始，对高加疏水管线直管段和管件及部分阀门陆续升级为白钢材质，材质升级后的高加疏水管线还未发生过一次泄漏，效果显著。
        4.2完善检修工艺，加强对检修单位检修质量控制
        高加内漏主要的检修方式为用丝堵将换热器的U形管两端封死、焊接，通过反复研究，分析，改进了丝堵的形式，在丝堵中部加工一非穿透的孔，在堵漏焊接时能有有效的消除焊接时产生的热应力，避免故障的管子因焊接应力问题二次泄漏。
        4.3更换高压加热器和配套疏水调节器
        由于设备运行多年，部分高加管束堵管已超过10%以上，影响热交换率和通流面积这一现状，我们陆续更换了#3、5机的4台高压加热器及两相流疏水调节器，确保高加的换热面积，同时，新的两相流疏水调节器也能够有效、合理调节高加水位，确保高加水位在正常范围内。
        4.4优化高加负荷分配方式
        根据锅炉负荷情况，合理安排给水系统的运行方式，在必要的情况增加一路给水，确保每台机高加流量在390t/h以下，各参数在设计值允许情况下运行。
        4.5改善给水品质
        给水氧含量超标会造成高、低压加热器等换热设备管束腐蚀，缩短设备和管道的使用寿命，2015年厂成立科技攻关小组，采取一系列改进措施，除氧器溶解氧合格率由不足10%提高到80%以上，有效降低了给水含氧量。
        4.6改进操作维护规程
        总结高加在启停、运行监控、维护调整、试验等方面的经验和规律，制定详细而明确的操作维护规程，通过培训学习加强岗位人员对高加运行规律的掌握，严格按照工艺要求控制高加温升温降率，及时调整，保证高加的安全平稳运行。
        5 结论
        通过上述措施，使热电厂全年平均高加给水温度由190℃提高到209℃，全年高加投入率由90.3%提高到98.54%，极大地提高了全厂的热经济效益，为机炉的安全运行和脱硫脱硝的安全环保达标工作提供了保证。
        参考文献:
        ［1］《CC50-90/42/15-1型工业抽汽汽轮机热力特性数据》上海汽轮机厂 83年10月
        ［2］《热力发电厂》中国电力出版社 2010年8月