600MW亞臨界機(jī)組高壓加熱器端差問題分析與研究

楊樂樂

摘 要：目前，高參數(shù)大容量的火電機(jī)組大多采用7～8級的給水回?zé)嵫h(huán)以提高機(jī)組的循環(huán)熱效率，高壓加熱器作為回?zé)嵫h(huán)的重要組成部分，其運(yùn)行工況關(guān)系著整臺機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，因此高壓加熱器的在運(yùn)行中存在的問題也逐漸受到重視。機(jī)組隨著投產(chǎn)時間的增長逐漸老化，高壓加熱器在運(yùn)行過程中端差大、溫升小、內(nèi)部泄露及安全運(yùn)行等問題會日漸凸顯，影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和安全性。本文將針對600MW亞臨界空冷機(jī)組高壓加熱器的端差問題進(jìn)行分析和研究。

關(guān)鍵詞：亞臨界空冷機(jī)組 高壓加熱器 端差問題

中圖分類號：TK263 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0018-02

國華錦界能源有限責(zé)任公司（簡稱“國華錦能”）一、二期4臺汽輪機(jī)組均為上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的N600-16.7/537/537型汽輪機(jī)，該汽輪機(jī)為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機(jī)，機(jī)組配置了由上海動力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的3臺管板-U形管束臥式高壓加熱器（簡稱“高加”），內(nèi)置三段式表面換熱器，#1高加汽源為高壓缸第6級后的一段抽汽，#2高加汽源為冷再來的二段抽汽。

1 高加運(yùn)行存在的問題

1.1 高加疏水端差“兩極化”

國華錦能四臺機(jī)組高加在在運(yùn)行過程中存在不同程度的疏水端差兩極化問題，在滿負(fù)荷600MW工況下，3號機(jī)組#1、#3高加的疏水端差分別達(dá)到13℃和11.7℃，遠(yuǎn)高于設(shè)計值5.6℃，而#2高加的疏水端差卻只有3.5℃，3臺高加的疏水端差向著不同的方向偏離設(shè)計值。

1.2 #2高加給水端差大、溫升小

在表2中可以看到，#2高加在滿負(fù)荷600MW時，#2高加入口給水溫度為219.7℃，設(shè)計值為220℃，但給水端差為2.96℃，高加出口溫度低于高加殼側(cè)進(jìn)口蒸汽壓力下的飽和溫度，高加蒸汽冷卻段轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝Y(jié)段，可見#2高加內(nèi)部總的換熱量已明顯低于設(shè)計值。據(jù)資料介紹：在機(jī)組滿負(fù)荷時，若抽汽壓力大于等于1.034MPa，同時離開蒸汽冷卻段時還有42℃的富余過熱度，并保證過熱段內(nèi)壁是干燥的，而蒸汽在過熱段內(nèi)流動阻力又小于等于0.034MPa，同時在設(shè)計時加熱器的給水端差在-1.7℃～0℃，滿足上述條件，蒸汽過熱段的設(shè)置才是合理的[1]。

同時，在滿負(fù)荷時，#2高加的給水溫升為26.5℃，在325MW負(fù)荷時，#2高加的給水溫升僅有21.1℃，與#1、#3高加給水溫升偏差很大，#2高加給水溫升明顯低于設(shè)計值。

2 影響高加端差的因素

2.1 高加內(nèi)部積存不凝結(jié)氣體

抽汽在高加內(nèi)部不斷凝結(jié)的過程中，不凝結(jié)氣體不斷析出，在正常運(yùn)行中，不凝結(jié)氣體會通過運(yùn)行排氣管排放至除氧器，但隨著機(jī)組運(yùn)行時間加長，排空氣管道可能由于結(jié)垢等原因堵塞，造成排氣不暢，不凝結(jié)氣體不斷積聚，導(dǎo)致傳熱惡化，高加換熱效率降低，進(jìn)而使得高加端差增大。

2.2 高加內(nèi)部管道結(jié)垢

高加內(nèi)部管道在長期運(yùn)行過程中難免積鹽、結(jié)垢，如果高加汽、水側(cè)管道不進(jìn)行化學(xué)清洗，必然使得傳熱系數(shù)降低，影響高加的換熱效果，造成端差增大。

2.3 高加水位的過低

高加在“基準(zhǔn)”水位運(yùn)行是保證加熱器性能的最基本條件，“基準(zhǔn)”水位在設(shè)計上是高于加熱器疏水冷卻段的進(jìn)水口的，當(dāng)水位降低到一定水位時，疏水冷卻段水封喪失，蒸汽和水一起進(jìn)入疏水冷卻段，并進(jìn)入下一級高加，出現(xiàn)汽水混流，致使加熱器疏水端差急劇增大。

2.4 高加抽汽壓力、溫度偏離設(shè)計值

抽汽壓力和溫度偏離設(shè)計值，抽汽壓力偏高的高加會排擠上一級疏水，致使上級高加抽汽量減少，疏水不暢，各臺高加的運(yùn)行工況偏離設(shè)計值，高加端差必然受到影響。

2.5 汽水品質(zhì)差

亞臨界汽包爐的汽水品質(zhì)要求低，給水含鹽、溶氧偏高。另外，空冷機(jī)組背壓波動大，主汽壓力和汽包水位也會隨背壓而波動，使得蒸汽攜帶的鹽類等雜質(zhì)增加，高加在長期運(yùn)行過程中汽水側(cè)管束表面均會積鹽、結(jié)垢，管子表面會形成以氧化鐵為主的積鹽，影響換熱效果，增加抽汽壓損，降低高加效率，使高加出口給水溫度降低[2]。

3 高加運(yùn)行工況分析

3號機(jī)組#1、#3高加在滿負(fù)荷工況運(yùn)行過程中，疏水端差分別達(dá)到13℃和11.7℃，嚴(yán)重高于設(shè)計值，而疏水端差大于11.1℃時，高加液位可能過低，使高加疏水冷卻段吸水口露出水面，蒸汽進(jìn)入疏水冷卻段，疏水段極有可能出現(xiàn)汽水混流，這將破壞使疏水流經(jīng)該段的虹吸作用。汽水混流一方面使得高能級蒸汽作為低能級蒸汽使用，降低了汽輪機(jī)效率；另一方面還會造成疏水端差的上升，同時汽水混流會對高加疏水冷卻段管束有沖蝕危害，導(dǎo)致管束損壞，降低高加壽命。針對高加水位過低造成高加疏水端差大，華電蒙能包頭分公司對600MW機(jī)組該型號高加進(jìn)行水位優(yōu)化試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)確定#1、#2、#3高加最佳水位（DCS顯示值）分別為500mm、560mm、550mm[3]。3號機(jī)組同樣對#1、#3高加的水位控制進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)，通過試驗(yàn)證明，隨著高加水位的調(diào)高，疏水端差有明顯的下降趨勢，將#1、#3高加的水位分別提高40mm、60mm，其疏水端差可以降至10℃以內(nèi)。

3號機(jī)組的高加在正常運(yùn)行中，不僅存在疏水端差大的問題，同時還存在#2高加溫升小、給水端差偏大、疏水端差異常偏小等問題，下面將以3號機(jī)組為例，對高加系統(tǒng)進(jìn)行熱力計算，分析研究#2高加的問題根源。

忽略高加運(yùn)行排氣量，換熱效率取0.98，進(jìn)行熱力計算，數(shù)據(jù)計算3臺高加的抽汽量和疏水量。在設(shè)計上，#2高加的換熱面積和抽汽量時最大的，但在實(shí)際運(yùn)行過程中#2高加的抽汽量減少了1/3，#3高加的抽汽量增加了一倍，已經(jīng)偏離設(shè)計工況，從正常疏水調(diào)門的開度也能夠證實(shí)這一情況。對比高加的設(shè)計參數(shù)，三段抽汽過高的壓力會導(dǎo)致#3高加過負(fù)荷運(yùn)行，強(qiáng)化本級疏水的虹吸效應(yīng)，更加容易出現(xiàn)汽水混流，同時導(dǎo)致#2高加疏水不暢，排擠#2高加的抽汽，二段抽汽量減少，汽側(cè)蒸汽釋放的熱量不足，這也是造成#2高加疏水端差小、溫升小的根本原因。

4 結(jié)語

（1）高加抽汽壓力偏差大和水位控制過低是導(dǎo)致高加疏水端差大的主要因素，在實(shí)際運(yùn)行過程中，要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整高加的水位，保證基準(zhǔn)水位，防止出現(xiàn)汽水混流的現(xiàn)象。

（2）在滿負(fù)荷工況時，三段抽汽的蒸汽焓值為3417.4kJ/kg，二段抽汽的蒸汽焓值為3071.4kJ/kg，高能級抽汽量增加，低能級抽汽量減少，必然導(dǎo)致機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的降低。

（3）#3高加在設(shè)計上殼側(cè)與管側(cè)換熱溫差最大，運(yùn)行工況最危險，三抽抽汽壓力偏高導(dǎo)致#3高加長期超負(fù)荷運(yùn)行，隨著機(jī)組投產(chǎn)時間的延長，高加泄露的風(fēng)險會越來越高，危及機(jī)組的安全運(yùn)行，高加檢修需要機(jī)組停運(yùn)一周以上，必然也會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，所以，在計劃檢修期間應(yīng)進(jìn)行探傷檢查，及時排查高加內(nèi)部管束、隔板是否存在裂紋等隱患。

（4）高加的給水端差在運(yùn)行過程中應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)視，如果出現(xiàn)給水端差異常增大的情況要引起重視，高加內(nèi)部可能出現(xiàn)水側(cè)短路的情況，水側(cè)隔板有裂紋是高加比較常見的故障。

綜上所述，對三段抽汽進(jìn)行改造以降低其壓力不僅可以提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，同時還可以延長高加的運(yùn)行壽命，保證機(jī)組的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 任象清.加熱器設(shè)計中若干問題的探討[J].電站輔機(jī)，1990（1）：63-66.

[2] 張曉麗.200MW機(jī)組高壓加熱器端差大原因分析及預(yù)防措施[J].東北電力技術(shù)，2014（2）：61-62.

[3] 趙則飛.600MW汽輪機(jī)高壓加熱器水位運(yùn)行優(yōu)化[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù)，2017，35（3）：54-60.