350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統探討

王慧穎

摘要： 某些350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統設計偏于保守，通過分析、計算、比較得出：350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統采用調節閥后直接排凝汽器方案是完全可行的。

Abstract： Some design about the starting-up drain system of 350MW supercritical boiler is conservative， through analysis， calculation and compare the conclusion is proved out， that is： the scheme that starting-up drain from control valve of 350MW supercritical boiler directly discharge into condenser can be carried out.

關鍵詞： 鍋爐啟動疏水；凝汽器；疏水能級；疏水裝置；兩相流

Key words： boiler starting-up drain；condenser；drain energy level；draining device；two-phase flow

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0033-02

0 引言

350MW超臨界鍋爐技術是一項響應國家政策、適應市場需求、國內自主研發技術，是繼600MW級機組之后應運而生的。受600MW級機組技術的影響，某些350MW級鍋爐啟動疏水系統直接套用600MW級機組技術，采用內置式分離器、大氣式擴容器、擴容器疏水箱、啟動疏水泵等設備回收疏水至凝汽器。

該設計方案對于容量較小的350MW超臨界機組來說偏于保守。本文以某電廠350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統為例，經過分析計算，提出了該系統的推薦方案。

1 工程概況

本工程為2×350MW級超臨界熱電聯產機組，鍋爐由東方鍋爐集團股份有限公司設計供貨，鍋爐啟動疏水系統參數見表1。

2 鍋爐啟動疏水系統設計思路

對于排入凝汽器的熱力系統的疏水，首先應分析介質狀態，確定其能級，根據能級排入相應的設備，如凝汽器本體或輔助疏水擴容器，并具體選擇合理的排入位置；其次，按能級采用合適的疏水裝置或導流結構；還應考慮介質在管道內的流速。

2.1 疏水能級劃分及排入位置 排入凝汽器的疏水需采用合適的疏水裝置以改善凝汽器設備的熱力性能，疏水裝置有不同的型式，如多孔節流分配管、導流擋板、多孔集管等。而疏水裝置的選取依賴于疏水能級的高低。排入凝汽器疏水的能級根據其流量、壓力、溫度的不同而定，如表2所示。

本工程疏水壓力0.692MPa ，溫度164.5℃，依據表2該疏水屬于中能級，但是根據流量249.66t/h（即69.35kg/s） 劃分應屬于高能級范圍，所以凝汽器設計時需高度重視。

對于凝汽器設備來講，由于受凝汽器凝結水含氧量、冷卻管防沖蝕以及凝汽器內蒸汽流場的均勻性等方面的要求，對于排入凝汽器的疏水，其壓力應小于1.72MPa，焓值小于2849kJ/kg，對于壓力、焓值超過上述數值的疏水則不宜直接排入凝汽器，應排入相應的疏水擴容器或凝汽器本體疏水擴容器[1]。

依據該原則，350MW超臨界鍋爐啟動疏水參數滿足直接排入凝汽器的要求。

2.2 疏水排入裝置的選取 本工程鍋爐啟動疏水為溫度不太高的飽和水，但疏水排放量大，宜排入凝汽器的接頸部位，并且為保證凝汽器本體的性能，應采取進一步的措施，可用噴孔或導流板等形式排入凝汽器接頸部位。若因布置限制無法排入凝汽器接頸的，可用導管在凝汽器內部往上引入接頸。必須保證排入通道的暢通。

2.3 啟動疏水流速的選取 排入凝汽器內蒸汽的流速不宜大于80m/s[1]，考慮到本工程啟動疏水量大，經過361閥減壓后的疏水為汽、水兩相流混合物。需根據流速計算選取經濟合理的管徑。而且兩相流工質管道運行時易發生振動，管徑選取時需考慮該因素，管內工質流速越低，對控制管道振動越有利。

3 系統的擬定

本工程鍋爐啟動疏水系統見圖1。

對應系統圖1，計算各工況時疏水性能，詳見表3。

從表3可以看出，工況1時361閥前、后工質均為過冷水，工況2、工況3時361閥后管道內工質為汽水兩相流狀態。工況3時疏水流量、361閥前后壓差均較工況2大。所以工況3時汽水混合物含汽量多。對應于系統圖1，工況3為最惡劣工況。工況3時各管道內工質流速標注于系統圖1中。各管徑選取時考慮了凝汽器設備的接收及兩項流工質的流速。

4 系統分析

隨著國內超（超）臨界技術的發展，600MW級鍋爐啟動疏水系統遇到的問題如凝汽器有關設備超壓、疏水管道的振動等已不再是無法解決的問題。首先凝汽器設備系統的改善至關重要，已具備直接接收600MW級機組的啟動疏水能力。

如：對于130kg/s左右（在高能級范圍內），壓力、溫度為754kPa、195℃、焓值約為2830kJ/kg，不能按常規方法直接接入凝汽器，在實踐中采用導流方法將疏水引入凝汽器接頸，用特殊分流裝置把蒸汽分散于接頸空間內，避免了高能級疏水對設備的沖擊，在運行中取得了很好的效果[1]。其次選擇合適的管徑控制管內工質流速、合理進行管道支吊架設置就能避免管道振動的問題。圖1中管內工質流速完全滿足凝汽器接收要求。

某些600MW級電廠對鍋爐啟動疏水系統改造時，有采用噴水減溫器方案。即在361閥后兩項流管道上噴入冷卻水，減少管道內工質蒸汽含量。最終達到降低361閥后管內工質流速。

對于本工程，經過計算，在工況3時，361閥后工質干度為0.317，假設噴入減溫水將干度降為0.15，此時母管內工質流速由73.23m/s降為50.1m/s，但進入凝汽器的疏水量額外增加了需噴入的冷卻水量106t/h（冷卻水壓力4MPa，溫度50℃）。

但是若不噴入冷卻水，而僅將閥后管道規格增大，即由？準530×60替代？準426×50，管道內工質流速將由73.23m/s降至46.3m/s。顯然，對本工程來講，增加減溫器噴水系統方案是不必要的。

5 系統設計應注意的問題

①對鍋爐啟動疏水參數進行詳細分析后。盡早與凝汽器設備廠家配合，在工程設計初期階段，確定好疏水回收系統方案。使凝汽器設備采取相應的應對措施，確定疏水接入位置及選用合適的疏水裝置。

②工況2、工況3時361閥后工質為汽、水兩相流狀態，管道設計時361調節閥應靠近凝汽器設備布置，使閥后兩相流管道盡可能短。調節閥后出現的第一個轉向彎頭應改用三通連接，三通直通的一端應加設堵頭[2]。管道進行應力分析計算，盡可能多設限位支吊架防止管道的振動。

6 結論

經過上述分析、計算得出：350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統采用361閥后直接排凝汽器設備方案是完全可行的。通過合理的設計可以實現系統安全可靠運行。

與額外增加大氣式擴容器、疏水箱、疏水泵方案比較，該方案具有系統簡單、經濟、施工方便、節約工質的優點。

參考文獻：

[1]姜楠.孫泓.凝汽器雜項疏水的處理[J].動力工程，2005，6.

[2]《火力發電廠汽水管道設計技術規定》DL/T 5054.

[3]顧宇，趙樹成，祝洪青.超臨界直流鍋爐啟動系統綜合分析[J].山東電力技術，2008（05）.endprint

摘要： 某些350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統設計偏于保守，通過分析、計算、比較得出：350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統采用調節閥后直接排凝汽器方案是完全可行的。

Abstract： Some design about the starting-up drain system of 350MW supercritical boiler is conservative， through analysis， calculation and compare the conclusion is proved out， that is： the scheme that starting-up drain from control valve of 350MW supercritical boiler directly discharge into condenser can be carried out.

關鍵詞： 鍋爐啟動疏水；凝汽器；疏水能級；疏水裝置；兩相流

Key words： boiler starting-up drain；condenser；drain energy level；draining device；two-phase flow

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0033-02

0 引言

350MW超臨界鍋爐技術是一項響應國家政策、適應市場需求、國內自主研發技術，是繼600MW級機組之后應運而生的。受600MW級機組技術的影響，某些350MW級鍋爐啟動疏水系統直接套用600MW級機組技術，采用內置式分離器、大氣式擴容器、擴容器疏水箱、啟動疏水泵等設備回收疏水至凝汽器。

該設計方案對于容量較小的350MW超臨界機組來說偏于保守。本文以某電廠350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統為例，經過分析計算，提出了該系統的推薦方案。

1 工程概況

本工程為2×350MW級超臨界熱電聯產機組，鍋爐由東方鍋爐集團股份有限公司設計供貨，鍋爐啟動疏水系統參數見表1。

2 鍋爐啟動疏水系統設計思路

對于排入凝汽器的熱力系統的疏水，首先應分析介質狀態，確定其能級，根據能級排入相應的設備，如凝汽器本體或輔助疏水擴容器，并具體選擇合理的排入位置；其次，按能級采用合適的疏水裝置或導流結構；還應考慮介質在管道內的流速。

2.1 疏水能級劃分及排入位置 排入凝汽器的疏水需采用合適的疏水裝置以改善凝汽器設備的熱力性能，疏水裝置有不同的型式，如多孔節流分配管、導流擋板、多孔集管等。而疏水裝置的選取依賴于疏水能級的高低。排入凝汽器疏水的能級根據其流量、壓力、溫度的不同而定，如表2所示。

本工程疏水壓力0.692MPa ，溫度164.5℃，依據表2該疏水屬于中能級，但是根據流量249.66t/h（即69.35kg/s） 劃分應屬于高能級范圍，所以凝汽器設計時需高度重視。

對于凝汽器設備來講，由于受凝汽器凝結水含氧量、冷卻管防沖蝕以及凝汽器內蒸汽流場的均勻性等方面的要求，對于排入凝汽器的疏水，其壓力應小于1.72MPa，焓值小于2849kJ/kg，對于壓力、焓值超過上述數值的疏水則不宜直接排入凝汽器，應排入相應的疏水擴容器或凝汽器本體疏水擴容器[1]。

依據該原則，350MW超臨界鍋爐啟動疏水參數滿足直接排入凝汽器的要求。

2.2 疏水排入裝置的選取 本工程鍋爐啟動疏水為溫度不太高的飽和水，但疏水排放量大，宜排入凝汽器的接頸部位，并且為保證凝汽器本體的性能，應采取進一步的措施，可用噴孔或導流板等形式排入凝汽器接頸部位。若因布置限制無法排入凝汽器接頸的，可用導管在凝汽器內部往上引入接頸。必須保證排入通道的暢通。

2.3 啟動疏水流速的選取 排入凝汽器內蒸汽的流速不宜大于80m/s[1]，考慮到本工程啟動疏水量大，經過361閥減壓后的疏水為汽、水兩相流混合物。需根據流速計算選取經濟合理的管徑。而且兩相流工質管道運行時易發生振動，管徑選取時需考慮該因素，管內工質流速越低，對控制管道振動越有利。

3 系統的擬定

本工程鍋爐啟動疏水系統見圖1。

對應系統圖1，計算各工況時疏水性能，詳見表3。

從表3可以看出，工況1時361閥前、后工質均為過冷水，工況2、工況3時361閥后管道內工質為汽水兩相流狀態。工況3時疏水流量、361閥前后壓差均較工況2大。所以工況3時汽水混合物含汽量多。對應于系統圖1，工況3為最惡劣工況。工況3時各管道內工質流速標注于系統圖1中。各管徑選取時考慮了凝汽器設備的接收及兩項流工質的流速。

4 系統分析

隨著國內超（超）臨界技術的發展，600MW級鍋爐啟動疏水系統遇到的問題如凝汽器有關設備超壓、疏水管道的振動等已不再是無法解決的問題。首先凝汽器設備系統的改善至關重要，已具備直接接收600MW級機組的啟動疏水能力。

如：對于130kg/s左右（在高能級范圍內），壓力、溫度為754kPa、195℃、焓值約為2830kJ/kg，不能按常規方法直接接入凝汽器，在實踐中采用導流方法將疏水引入凝汽器接頸，用特殊分流裝置把蒸汽分散于接頸空間內，避免了高能級疏水對設備的沖擊，在運行中取得了很好的效果[1]。其次選擇合適的管徑控制管內工質流速、合理進行管道支吊架設置就能避免管道振動的問題。圖1中管內工質流速完全滿足凝汽器接收要求。

某些600MW級電廠對鍋爐啟動疏水系統改造時，有采用噴水減溫器方案。即在361閥后兩項流管道上噴入冷卻水，減少管道內工質蒸汽含量。最終達到降低361閥后管內工質流速。

對于本工程，經過計算，在工況3時，361閥后工質干度為0.317，假設噴入減溫水將干度降為0.15，此時母管內工質流速由73.23m/s降為50.1m/s，但進入凝汽器的疏水量額外增加了需噴入的冷卻水量106t/h（冷卻水壓力4MPa，溫度50℃）。

但是若不噴入冷卻水，而僅將閥后管道規格增大，即由？準530×60替代？準426×50，管道內工質流速將由73.23m/s降至46.3m/s。顯然，對本工程來講，增加減溫器噴水系統方案是不必要的。

5 系統設計應注意的問題

①對鍋爐啟動疏水參數進行詳細分析后。盡早與凝汽器設備廠家配合，在工程設計初期階段，確定好疏水回收系統方案。使凝汽器設備采取相應的應對措施，確定疏水接入位置及選用合適的疏水裝置。

②工況2、工況3時361閥后工質為汽、水兩相流狀態，管道設計時361調節閥應靠近凝汽器設備布置，使閥后兩相流管道盡可能短。調節閥后出現的第一個轉向彎頭應改用三通連接，三通直通的一端應加設堵頭[2]。管道進行應力分析計算，盡可能多設限位支吊架防止管道的振動。

6 結論

經過上述分析、計算得出：350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統采用361閥后直接排凝汽器設備方案是完全可行的。通過合理的設計可以實現系統安全可靠運行。

與額外增加大氣式擴容器、疏水箱、疏水泵方案比較，該方案具有系統簡單、經濟、施工方便、節約工質的優點。

參考文獻：

[1]姜楠.孫泓.凝汽器雜項疏水的處理[J].動力工程，2005，6.

[2]《火力發電廠汽水管道設計技術規定》DL/T 5054.

[3]顧宇，趙樹成，祝洪青.超臨界直流鍋爐啟動系統綜合分析[J].山東電力技術，2008（05）.endprint

摘要： 某些350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統設計偏于保守，通過分析、計算、比較得出：350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統采用調節閥后直接排凝汽器方案是完全可行的。

Abstract： Some design about the starting-up drain system of 350MW supercritical boiler is conservative， through analysis， calculation and compare the conclusion is proved out， that is： the scheme that starting-up drain from control valve of 350MW supercritical boiler directly discharge into condenser can be carried out.

關鍵詞： 鍋爐啟動疏水；凝汽器；疏水能級；疏水裝置；兩相流

Key words： boiler starting-up drain；condenser；drain energy level；draining device；two-phase flow

中圖分類號：TK223 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2014）11-0033-02

0 引言

350MW超臨界鍋爐技術是一項響應國家政策、適應市場需求、國內自主研發技術，是繼600MW級機組之后應運而生的。受600MW級機組技術的影響，某些350MW級鍋爐啟動疏水系統直接套用600MW級機組技術，采用內置式分離器、大氣式擴容器、擴容器疏水箱、啟動疏水泵等設備回收疏水至凝汽器。

該設計方案對于容量較小的350MW超臨界機組來說偏于保守。本文以某電廠350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統為例，經過分析計算，提出了該系統的推薦方案。

1 工程概況

本工程為2×350MW級超臨界熱電聯產機組，鍋爐由東方鍋爐集團股份有限公司設計供貨，鍋爐啟動疏水系統參數見表1。

2 鍋爐啟動疏水系統設計思路

對于排入凝汽器的熱力系統的疏水，首先應分析介質狀態，確定其能級，根據能級排入相應的設備，如凝汽器本體或輔助疏水擴容器，并具體選擇合理的排入位置；其次，按能級采用合適的疏水裝置或導流結構；還應考慮介質在管道內的流速。

2.1 疏水能級劃分及排入位置 排入凝汽器的疏水需采用合適的疏水裝置以改善凝汽器設備的熱力性能，疏水裝置有不同的型式，如多孔節流分配管、導流擋板、多孔集管等。而疏水裝置的選取依賴于疏水能級的高低。排入凝汽器疏水的能級根據其流量、壓力、溫度的不同而定，如表2所示。

本工程疏水壓力0.692MPa ，溫度164.5℃，依據表2該疏水屬于中能級，但是根據流量249.66t/h（即69.35kg/s） 劃分應屬于高能級范圍，所以凝汽器設計時需高度重視。

對于凝汽器設備來講，由于受凝汽器凝結水含氧量、冷卻管防沖蝕以及凝汽器內蒸汽流場的均勻性等方面的要求，對于排入凝汽器的疏水，其壓力應小于1.72MPa，焓值小于2849kJ/kg，對于壓力、焓值超過上述數值的疏水則不宜直接排入凝汽器，應排入相應的疏水擴容器或凝汽器本體疏水擴容器[1]。

依據該原則，350MW超臨界鍋爐啟動疏水參數滿足直接排入凝汽器的要求。

2.2 疏水排入裝置的選取 本工程鍋爐啟動疏水為溫度不太高的飽和水，但疏水排放量大，宜排入凝汽器的接頸部位，并且為保證凝汽器本體的性能，應采取進一步的措施，可用噴孔或導流板等形式排入凝汽器接頸部位。若因布置限制無法排入凝汽器接頸的，可用導管在凝汽器內部往上引入接頸。必須保證排入通道的暢通。

2.3 啟動疏水流速的選取 排入凝汽器內蒸汽的流速不宜大于80m/s[1]，考慮到本工程啟動疏水量大，經過361閥減壓后的疏水為汽、水兩相流混合物。需根據流速計算選取經濟合理的管徑。而且兩相流工質管道運行時易發生振動，管徑選取時需考慮該因素，管內工質流速越低，對控制管道振動越有利。

3 系統的擬定

本工程鍋爐啟動疏水系統見圖1。

對應系統圖1，計算各工況時疏水性能，詳見表3。

從表3可以看出，工況1時361閥前、后工質均為過冷水，工況2、工況3時361閥后管道內工質為汽水兩相流狀態。工況3時疏水流量、361閥前后壓差均較工況2大。所以工況3時汽水混合物含汽量多。對應于系統圖1，工況3為最惡劣工況。工況3時各管道內工質流速標注于系統圖1中。各管徑選取時考慮了凝汽器設備的接收及兩項流工質的流速。

4 系統分析

隨著國內超（超）臨界技術的發展，600MW級鍋爐啟動疏水系統遇到的問題如凝汽器有關設備超壓、疏水管道的振動等已不再是無法解決的問題。首先凝汽器設備系統的改善至關重要，已具備直接接收600MW級機組的啟動疏水能力。

如：對于130kg/s左右（在高能級范圍內），壓力、溫度為754kPa、195℃、焓值約為2830kJ/kg，不能按常規方法直接接入凝汽器，在實踐中采用導流方法將疏水引入凝汽器接頸，用特殊分流裝置把蒸汽分散于接頸空間內，避免了高能級疏水對設備的沖擊，在運行中取得了很好的效果[1]。其次選擇合適的管徑控制管內工質流速、合理進行管道支吊架設置就能避免管道振動的問題。圖1中管內工質流速完全滿足凝汽器接收要求。

某些600MW級電廠對鍋爐啟動疏水系統改造時，有采用噴水減溫器方案。即在361閥后兩項流管道上噴入冷卻水，減少管道內工質蒸汽含量。最終達到降低361閥后管內工質流速。

對于本工程，經過計算，在工況3時，361閥后工質干度為0.317，假設噴入減溫水將干度降為0.15，此時母管內工質流速由73.23m/s降為50.1m/s，但進入凝汽器的疏水量額外增加了需噴入的冷卻水量106t/h（冷卻水壓力4MPa，溫度50℃）。

但是若不噴入冷卻水，而僅將閥后管道規格增大，即由？準530×60替代？準426×50，管道內工質流速將由73.23m/s降至46.3m/s。顯然，對本工程來講，增加減溫器噴水系統方案是不必要的。

5 系統設計應注意的問題

①對鍋爐啟動疏水參數進行詳細分析后。盡早與凝汽器設備廠家配合，在工程設計初期階段，確定好疏水回收系統方案。使凝汽器設備采取相應的應對措施，確定疏水接入位置及選用合適的疏水裝置。

②工況2、工況3時361閥后工質為汽、水兩相流狀態，管道設計時361調節閥應靠近凝汽器設備布置，使閥后兩相流管道盡可能短。調節閥后出現的第一個轉向彎頭應改用三通連接，三通直通的一端應加設堵頭[2]。管道進行應力分析計算，盡可能多設限位支吊架防止管道的振動。

6 結論

經過上述分析、計算得出：350MW級超臨界鍋爐啟動疏水系統采用361閥后直接排凝汽器設備方案是完全可行的。通過合理的設計可以實現系統安全可靠運行。

與額外增加大氣式擴容器、疏水箱、疏水泵方案比較，該方案具有系統簡單、經濟、施工方便、節約工質的優點。

參考文獻：

[1]姜楠.孫泓.凝汽器雜項疏水的處理[J].動力工程，2005，6.

[2]《火力發電廠汽水管道設計技術規定》DL/T 5054.

[3]顧宇，趙樹成，祝洪青.超臨界直流鍋爐啟動系統綜合分析[J].山東電力技術，2008（05）.endprint