1 000 MW超超臨界機組高壓加熱器疏水端差調整研究

陳正飛，任宏偉，賀 莉

(神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

1 000 MW超超臨界機組高壓加熱器疏水端差調整研究

陳正飛，任宏偉，賀 莉

(神華國華綏中發(fā)電有限責任公司，遼寧 葫蘆島 125222)

在發(fā)電機組運行中降低加熱器端差有利于提高機組熱經濟性和電廠節(jié)能運行。以神華國華綏中發(fā)電有限責任公司(綏電)二期工程1 000 MW超超臨界機組為例，介紹高壓加熱器端差調整過程。

高壓加熱器;端差;上端差;下端差

加熱蒸汽壓力下的飽和蒸汽溫度與加熱器出水溫度的差值稱為上端差。加熱器疏水溫度與加熱器進水溫度的差值稱為下端差。運行中要求加熱器端差盡量減小，一般表面式加熱器端差不超過3～7℃。目前國內設計的1 000 MW超超臨界機組均配3臺高壓加熱器，其上端差設計值分別為-1.7℃、0℃、0℃，下端差設計值均為5.6℃。

1 端差與機組經濟性［1-2］

1.1 綏電1 000 MW機組高壓加熱器介紹

高壓加熱器 (高加)是火力發(fā)電廠回熱系統(tǒng)中的重要設備，它是利用汽輪機的抽汽來加熱鍋爐給水，使其達到所要求的給水溫度，從而提高電廠的熱效率并保證機組出力，節(jié)省燃料，本機組高加采用2系列 (系列A和系列B)3級布置，每一系列單獨設有大旁路系統(tǒng)，高加為U型管表面式換熱器，每一系列有3臺高加 (從鍋爐的方向依次稱為1號、2號、3號高加)及附件組成。即A系列JG-1550-1A高加，JG-1650-2A高加，JG-1300-3A高加和附件;B系列JG-150-1B高加，JG-1650-2B高加，JG-1300-3B高加和附件。1號、2號、3號高加加熱汽源來自汽輪機的第1、2、3級抽汽。

高加解列保護條件:任1臺高加高Ⅱ與高Ⅲ液位高開關量同時存在;或任1臺高加水位 (模擬量綜合值)達到高Ⅲ值 (1號高加+254 mm);或1列高加 (3臺)進汽電動門全關;該列高加解列。

高加解列后機組保護:高加解列，機組給水流量減小當前流量的5%(停1列高加)，機組負荷按當前設置速率減至900 MW以下。如機組負荷＞1 000 MW，高調門迅速關小至950 MW負荷下的閥門開度 (加熱器參數見表1)。

1.2 高加換熱原理

過熱蒸汽冷卻段設在高加給水的出口部位。給水在此段被有較高過熱度的抽汽加熱，其出口濕度可達到高于或等于蒸汽側飽和溫度，改進了傳熱效果。用包殼板、套管和遮熱板將過熱蒸汽冷卻段管子封閉，內設隔板使蒸汽以一定流速和方向流經傳熱面，使其達到良好傳熱效果，又避免過熱蒸汽與管板、殼體等直接接觸，降低熱應力，同時還可使蒸汽保留有足夠的過熱度來保證蒸汽離開該段時呈干燥狀態(tài)，防止?jié)裾羝麤_蝕管子。帶有過熱段蒸汽冷卻的高壓加熱器，可以充分利用加熱蒸汽的過熱度，使出水溫度接近或超過該級抽汽壓力下的飽和溫度，上端差為負值，提高了熱經濟性。

表1 綏中發(fā)電有限責任公司1 000 MW機組高壓加熱器技術參數

該傳熱段的換熱面積最大，蒸汽在凝結段通過凝結時放出的汽化潛熱加熱給水。加熱蒸汽在過熱蒸汽冷卻段放熱后在進入凝結段時仍有一定過熱度，蒸汽從兩側沿整個管系向心流進蒸汽凝結段管束。不凝結氣體由管束中心部位的排氣管排出，排氣管是沿整個凝結段設置，確保不凝結氣體及時有效地排出高壓加熱器，以防止降低傳熱效果。

疏水冷卻段端板與U型管采用開槽迷宮密封結構，保證疏冷段的密封性，防止飽和蒸汽進入疏冷段，以確保高加下端差達到要求，疏冷段密封性良好以保證疏冷段與下一級設備的壓差不被破壞，以保證高加在多種運行工況下疏水能順利排放(高壓加熱器結構如圖1)。

圖1 高壓加熱器結構圖

1.3 1 000 MW機組高加疏水原理

高加正常疏水按壓力高低逐級下導，1A高加正常疏水導入2A高加，2A高加正常疏水導入3A高加，3A高加正常疏水導入除氧器;1B高加正常疏水導入2B高加，2B高加正常疏水導入3B高加，3B高加正常疏水導入除氧器;1A/1B、2A/2B、3A/3B加熱器事故疏水均導入凝汽器疏水擴容器，高加正常運行排汽分別至除氧器。

1.4 加熱器端差與機組經濟性

20世紀80年代，我國引進美國技術設計建造300 MW及以上容量機組后，大容量機組所配的1、2、3號高加的設計上端差均分別為 -1.7℃、0℃、0℃，下端差均為5.6℃。通過1 000 MW超超臨界機組TMCR工況的數據計算得知:1號高加的設計上端差為-1.7℃是合適的，汽輪機一段抽汽的過熱度已得到充分利用;2、3號高加的設計上端差可以降至-3.2℃、-2.7℃，能使汽輪機熱耗率相應降低 1.72 kJ/kWh、2.32 kJ/kWh。從1 000 MW超超臨界機組單列式與雙列式高加的外形尺寸與結構來看，2、3號高加的設計上端差有條件降至0℃以下。由于三段抽汽的過熱度比一段抽汽大得多，與1號高加相比，3號高加的設計上端差更有條件降低，至少可與1號高加同值，即-1.7℃，約使汽輪機熱耗率降低1.46 kJ/kWh，1臺1 000 MW機組年節(jié)省標準煤約300 t。

2 端差調整［3-5］

在一定負荷下，端差增加，表明因加熱器管表面污臟或其中聚集空氣以及水位控制不當，使傳熱條件惡化。因此有必要對加熱器的端差進行調整，以改善其換熱條件，提高效率。

2.1 上端差調整

由表1可知，2號高加總體最長，相應的管束也最長，過熱蒸汽冷卻段具有適當加長的條件，因而可適當增加2號高加過熱蒸汽冷卻的面積，以降低其設計上端差。3號高加較短，可適當增加長度(如長度與2號高加相同)，為延長管束創(chuàng)造條件，以便增加其過熱蒸汽冷卻段面積，并降低設計上端差。因此，國內制造廠家可以改進1 000 MW超超臨界機組2、3號高壓加熱器設計，力求繼續(xù)降低加熱器的上端差。

2.2 下端差調整

臥式加熱器中，疏水冷卻段的入口在加熱器正常水位以下，以防止凝結段未凝結的蒸汽進入疏水冷卻段。疏水進入疏水冷卻段后，由下向上掠過管束，由臥式加熱器上下方向的中部，經疏水出口流出。由于正常水位的情況下，疏水也是要由下向上掠過管束排出的，而疏水排出口的位置一定。因此水位升高后會引起加熱器上端差的增大，而下端差則由于疏水溫度進一步降低而減小。因此，可以通過適當升高加熱器運行水位的方式減小下端差。

3 綏電1 000 MW機組調整情況

試驗過程中機組負荷保持1 000 MW。首先檢查高加水位變送器及水位開關工作正常，保護投入正常，核對就地與DCS畫面加熱器水位正確一致。解除“1A(1B)高加水位高Ⅱ值 (+88 mm)開啟相應事故疏水門”的自動條件，1A(1B)高加事故疏水門開啟定值由手動設定值控制。

通過調整高加水位定值的方法，以5 mm/10 min的速度逐漸提高1A高加水位，調整水位定值時觀察水位曲線，待水位調節(jié)穩(wěn)定后進行下一次定值修改。期間觀察相應一列高加出口給水溫度及所調高加正常疏水溫度變化趨勢。當1A高加下端差達到設計值 (≤5.6℃)，且上端差無明顯減低時，停止水位調整。試驗過程中，加強監(jiān)視下一級高加水位，應保持穩(wěn)定。通過調整試驗確定高加最佳水位。2列高加水位調整應盡量依次進行，整個試驗過程中，高加水位高Ⅲ保護為投入狀態(tài)。

調整時機組狀態(tài):機組負荷1 000 MW，主蒸汽溫度595℃，主蒸汽壓力25.1 MPa，再熱蒸汽溫度600℃，再熱蒸汽壓力4.51 MPa，給水流量3 058 t/h，機組真空高壓側 4.9 kPa，低壓側4.8 kPa。通過逐漸提升加熱器水位，將加熱器疏水端差調整至設計值，相應的加熱器疏水門開度同時減小。水位調整試驗過程中相應加熱器汽側壓力、溫度和給水出口溫度均無明顯變化，說明高加的上端差并未受到影響。

根據高壓加熱器設備結構、容積、換熱管徑、設計壓力等數據推算，在水位提升70 mm后，高加1根換熱管斷裂，2根管口同時排水時，加熱器滿水的時間約為208 s，比原正常水位滿水時間(220 s)僅少12 s，對機組的運行安全影響不大，但是對于提高高加的性能和壽命保護大有益處。

根據調整水位試驗結果，修改加熱器水位定值。水位定值修改原則為:保持原水位保護值不變，保護邏輯不變;水位修改后DCS顯示加熱器基準水位仍為“0”;加熱器高Ⅲ對應水位不變;1A/1B高加的基準水位(“0”水位)/低Ⅰ/低Ⅱ/高Ⅰ/高Ⅱ值分別提升70 mm。即將原高加基準水位(“0”水位)/低Ⅰ/低Ⅱ/高Ⅰ/高Ⅱ/高Ⅲ值分別對應DCS水位變送器測量筒底沿為:460 mm/422 mm/397 mm/498 mm/548 mm/714 mm，改為高加基準水位(“0”水位)/低Ⅰ/低Ⅱ/高Ⅰ/高Ⅱ高Ⅲ值分別對應DCS水位變送器測量筒底沿為:530 mm/492 mm/467 mm/568 mm//618 mm/714 mm。

對2臺機組4臺高加水位修改后，疏水端差明顯降低。根據性能試驗數據得出結論，每臺1號高加疏水端差降低1℃，機組熱耗率降低0.028 kJ/kWh左右。每臺加熱器疏水端差減小約28℃，4臺高加將降低熱耗3.136 kJ/kWh。詳細試驗數據見表2，調整曲線見圖2。

表2 綏電1 000 MW機組高加疏水端差調整過程記錄數據

圖2 高加水位調整曲線

4 結束語

在發(fā)電機組的實際運行中，端差的增加雖沒有發(fā)生直接熱損失，但是增加了熱交換的不可逆性，產生了額外的冷源損失，降低了裝置的熱經濟性。同時也造成疏水冷卻段進汽對換熱管造成的劇烈沖刷。因此降低加熱器端差對機組熱經濟性的影響，對電廠節(jié)能與安全運行有很大的現實意義。

［1］ 黃樹紅.汽輪機原理 ［M］.北京:中國電力出版社.2008.

［2］ 張 磊，馬明禮.汽輪機設備及運行［M］.北京:中國電力出版社.2008.

［3］ 張小桃，王愛軍.加熱器端差的熱經濟性在線計算和分析［J］.華北水利水電學院學報，2000，22(1):59-61.

［4］ 鄭體寬.熱工發(fā)電廠 ［M］.北京:水利電力出版社.1997.

［5］ 林萬超.火電廠熱系統(tǒng)節(jié)能理論［M］.西安:西安交通大學出版社.1994.

1 000 MW Supercritical Unit HP Heater Terminal Difference Adjustment

CHEN Zheng-fei，REN Hong-wei，HE Li
(Shenhua Guohua Suizhong Power Co.，Ltd，Huludao，Liaoning 125222，China)

In the actual operation of generators，reducing terminal difference of the heater is an important factor affecting the efficiency and auxiliary power.This article taking phase-two project of Suizhong 1 000 MW ultra supercritical unit for example，introduces the high pressure heater terminal temperature difference adjustment process.

High pressure heater;Terminal difference;Upper terminal temperature difference;Lower terminal temperature difference

TK264.9;TK229.2

A

1004-7913(2012)01-0011-03

陳正飛 (1977—)，男，大專，助工，主要從事電廠汽輪機技術管理工作。

2011-10-15)