某電廠2×1000MW級(jí)機(jī)組工程熱力系統(tǒng)之高壓加熱器選型

王麗花

廣東省電力設(shè)計(jì)研究院機(jī)務(wù)環(huán)保部

概 述

隨著主機(jī)參數(shù)和容量的提高，機(jī)組配套輔機(jī)的參數(shù)、容量將有不同程度的提升。與常規(guī)亞臨界或超臨界600MW機(jī)組的配套輔機(jī)相比，1000MW超超臨界機(jī)組輔機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)較前者具有更高參數(shù)和更大容量的特點(diǎn)，其設(shè)備結(jié)構(gòu)、配置方式和布置形式均有所不同。在保證機(jī)組運(yùn)行安全可靠的前提下，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化，力求簡單實(shí)用、合理減少備用設(shè)備和容量，降低投資及設(shè)備的國產(chǎn)化，貫徹項(xiàng)目建設(shè)的優(yōu)化要求，是本論文研究的重點(diǎn)。

1 高壓加熱器的選擇

高壓加熱器是電廠回?zé)嵯到y(tǒng)的重要輔機(jī)之一，布置在給水泵和鍋爐之間，利用汽輪機(jī)高中壓缸的抽汽加熱給水，提高機(jī)組熱效率并滿足鍋爐各種工況下省煤器進(jìn)口溫度參數(shù)要求。

高壓加熱器按布置形式劃分，可分為立式和臥式兩種。臥式具有結(jié)構(gòu)簡單、布置合理、檢修維護(hù)方便和疏水容積大的優(yōu)點(diǎn)，且解決了順置立式加熱器傳熱管內(nèi)積水無法排出和抽芯不方便；倒置立式加熱器疏水容積較小，水位控制較困難的問題。因此，國內(nèi)300MW以上機(jī)組高壓加熱器多采用臥式加熱器。

根據(jù)國內(nèi)設(shè)備廠的設(shè)計(jì)和加工水平分析，一般來講，容量為600MW及以下的機(jī)組，其高壓加熱器采用單列配置。而對(duì)于大容量的百萬千瓦級(jí)機(jī)組，目前國內(nèi)有雙列形式(2×50%容量)和單列形式(100%容量)兩種配置方式。對(duì)于采用單列100%容量的高加，雖然隨著設(shè)計(jì)壓力的提高和設(shè)備筒體直徑的增大，與600MW超臨界機(jī)組高壓加熱器相比，1000MW超超臨界機(jī)組高壓加熱器制造工藝要求更高，特別是高加的球形水室、管板厚度隨機(jī)組參數(shù)和容量的提高而加大、加厚，但是隨著近年國內(nèi)制造廠設(shè)計(jì)加工能力的不斷提高，有一些制造廠也已經(jīng)具備了生產(chǎn)能力，如上海動(dòng)力設(shè)備有限公司已經(jīng)取得百萬機(jī)組項(xiàng)目運(yùn)行業(yè)績(外高橋三期項(xiàng)目),而且高加管側(cè)設(shè)計(jì)參數(shù)39MPa/310℃，殼側(cè)設(shè)計(jì)參數(shù)9.39MPa/444℃，完全涵蓋了國內(nèi)三大動(dòng)力設(shè)備制造集團(tuán)提供的百萬機(jī)組熱平衡圖中高加的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。

為簡化高壓給水系統(tǒng)，更有利系統(tǒng)的安全運(yùn)行，目前，高加一般都采用大旁路系統(tǒng)。隨著國內(nèi)制造廠對(duì)于大容量、高參數(shù)加熱器生產(chǎn)能力的進(jìn)一步提高，單列型式的優(yōu)勢表現(xiàn)得越來越明顯，采用單列高加，對(duì)于高壓給水系統(tǒng)而言，簡化了原百萬等級(jí)高加雙列系統(tǒng)的布置，各種儀表和高加配套件的數(shù)量減少了一半，減少了給水管道的數(shù)量，減少了管路阻力損失和設(shè)備維護(hù)工作量，節(jié)省電廠的廠房用地，且運(yùn)行操作方便、廠房投資顯著下降，而且有利于其他輔助設(shè)備的靈活布置（例如給水泵組等）。

在國內(nèi)已經(jīng)進(jìn)行設(shè)備招標(biāo)、建設(shè)、運(yùn)行的十幾個(gè)1000MW超超臨界項(xiàng)目中，雖多采用雙列高加的配置方式，但近來有越來越多的項(xiàng)目開始采用單列高加，而且歐洲600MW級(jí)以上的超臨界和超超臨界機(jī)組大多配置單臺(tái)容量為100%（單列）高加。

經(jīng)過咨詢，采用單列形式與雙列形式的設(shè)備投資價(jià)格相差不多，采用單列高加，由于管徑加大，給水大旁路投資費(fèi)用較高(比雙列高加2套給水大旁路投資總價(jià)增加8%～12%)，與節(jié)省一定數(shù)量的高壓給水管道的費(fèi)用差不多，因此，單列形式與雙列形式系統(tǒng)總投資差不多，但單列形式明顯減少了主廠房用地。

上海動(dòng)力設(shè)備有限公司根據(jù)上海汽輪機(jī)廠典型熱平衡參數(shù)，設(shè)計(jì)的雙列(2×50%容量)和單列(100%容量)高壓加熱器的參數(shù)如下表：

表1 雙列(2×50%容量)高壓加熱器參數(shù)表

表2 單列(100%容量)高壓加熱器參數(shù)表

對(duì)于目前常規(guī)的主廠房方案的布置尺寸，雙列形式(2×50%容量)和單列形式(100%容量)均能合理布置。

綜合上述因素，推薦采用單列形式(1×100%容量)的高壓加熱器。

2 高壓加熱器水側(cè)旁路的選擇

高壓加熱器水側(cè)旁路是在加熱器發(fā)生故障或嚴(yán)重泄漏而發(fā)生殼側(cè)滿水時(shí)，必須將加熱器從系統(tǒng)中隔離出來，且保證機(jī)組正常供水。

高壓加熱器水側(cè)旁路分小旁路和大旁路兩種。小旁路是指為每一臺(tái)加熱器設(shè)置一個(gè)專用旁路。當(dāng)某一臺(tái)高壓加熱器因故障從系統(tǒng)中隔離后，給水可經(jīng)旁路通過，其他加熱器仍能正常工作，因而對(duì)機(jī)、爐的運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性影響不大，其缺點(diǎn)是除旁路管道外，還要為每臺(tái)加熱器配至少3只隔離閥門，設(shè)備投資大，系統(tǒng)復(fù)雜。大旁路指一組加熱器(2臺(tái)或以上)設(shè)置1個(gè)公用的旁路。當(dāng)有一臺(tái)加熱器發(fā)生故障時(shí)，其他幾臺(tái)加熱器需一起從系統(tǒng)中隔離，相應(yīng)的汽輪機(jī)抽汽全部停用，鍋爐給水溫度大幅度下降，因而對(duì)機(jī)、爐運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性有重大影響。其優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)簡單、隔離閥門少，投資節(jié)省。特別對(duì)于1000MW超超臨界機(jī)組，由于容量大，參數(shù)高，要求隔離閥門的口徑大，單個(gè)閥門費(fèi)用很高。

高壓加熱器采用大旁路還是小旁路，主要取決于高壓加熱器的可靠性。可靠性高，則使用旁路的機(jī)會(huì)少。根據(jù)設(shè)備制造廠的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及電廠實(shí)際運(yùn)行結(jié)果，高壓加熱器一般運(yùn)行10年以上才有可能進(jìn)行大修(換管)。從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度考慮，采用大旁路是合算的。從“經(jīng)濟(jì)適用、系統(tǒng)簡單、安全可靠”的設(shè)計(jì)原則出發(fā)，推薦高壓加熱器水側(cè)采用大旁路，即3臺(tái)全容量高加設(shè)置一個(gè)可快速切換的100%給水旁路。