給水加熱器疏水冷卻段的設計優化探討

張月紅， 劉杰

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

0 引言

高壓給水加熱器和低壓給水加熱器（以下簡稱高加、低加）是電站回熱系統的重要輔機設備之一，其用途是采用汽輪機抽汽加熱凝結水和給水，減少汽輪機排汽的熱損失，從而使蒸汽熱能得到充分利用，提高發電機組熱效率。

高、低加均為表面式換熱器，特點是加熱工質（蒸汽）與被加熱工質（凝結水）不混合，通過管壁來傳遞熱量。蒸汽由汽相變為飽和水，同時放出汽化潛熱的過程是在凝結段里完成的。這是給水加熱器的主要換熱區段，具有凝結段的加熱器是電廠用給水加熱器的基本型式。

為進一步降低熱耗并使疏水安全、順利地排入下一級低壓換熱器，有的加熱器還設置疏水冷卻段（以下簡稱疏冷段）。凝結段內加熱蒸汽冷凝成疏水的溫度等于蒸汽壓力下相應的飽和溫度，它一般能比給水進口溫度高出約30℃左右。設置疏冷段的目的在于利用這個溫差加熱主給水，可提高熱經濟性約0.06%左右。此外，由于疏水被冷卻為過冷疏水，使疏冷段出口疏水具有過冷度，在疏水管道內不易汽化，可避免或大大減輕汽、水兩相流動對疏水管道和彎頭的沖刷腐蝕，因此在300 MW及以上大型機組臥式低加的結構上都盡可能裝設有疏冷段，而立式低加一般不裝設疏冷段。圖1是60萬kW機組，7#低加的介質溫度變化示例圖。本文探討的是疏冷段的不同型式，以及針對其優劣進行設計改進的思考。

圖160萬k W機組7#低加介質溫度變化圖

1 疏冷段型式及特點

疏冷段結構一般有虹吸式和淹沒式（也稱為浸沒式）兩種形式。細分下來，有4種回熱器，以三門百萬核電回熱系統高、低加為例：

虹吸式：up-down type（上下折流型）——6#、7#高加；Side by side type（左右折流型）——2#、4#低加；無疏冷段——3#低加。

淹沒式：1#低加。

以上疏冷段的型式各有特點：1）6#、7#高加級間壓差較大，疏水在疏冷段內上下流動，流速稍低。這種形式的設置使得段內壓損相對比較低，但換熱效率相對也低。2）2#、4#低加級間壓差較小，疏水在疏冷段內左右流動，流速稍高。這種形式的設置使得段內阻力大，但換熱效率很好。3）1#末級低加本身抽汽壓力就非常低，并且為了降低疏冷段內的阻力，采用了長型的結構，以及通過設置折流板使疏水左右平緩折流。

不同型式的疏冷段的原理見圖2。

圖2 疏冷段的原理簡圖

2 注意事項

重要的是應確保疏水水位不致過低，水位高度足以在疏冷段入口處保持水封。如水位降低而讓汽、水混合物進入疏冷段，則破壞了水封，令疏冷段失效。疏水管道尺寸不當、疏水閥調節和水位整定值不合適等都會導致失去水封的作用而引起疏水不暢。

值得注意的是，在虹吸式疏冷段，若蒸汽穿過末端板（內管板）管孔間隙或穿過包殼漏入疏冷段，則會損壞管子并降低冷卻效果，甚至破壞虹吸而使疏冷段失去作用。所以末端板必須有足夠厚度以保證密封及流進管孔間隙的蒸汽全部凝結，末端板厚度不得小于50 mm，推薦其值為70～75 mm。疏冷段包殼必須密封，并且疏冷段疏水入口和橫掠過第一個疏水流程的疏水流速必須很低，可在0.3～0.46 m/s范圍內，低速能使疏水在引起汽化的任何壓力損失發生之前就冷卻到低于飽和溫度。

由于低壓加熱器的蒸汽壓力低，級間的壓差也很小，對疏水流動不利，為此以采用浸沒式疏水冷卻段為宜，因浸沒式疏水冷卻段僅有較小的壓頭損失。特別是對后幾級級間壓差小的低加更為適宜，對前幾級級間壓差較大的低加采用虹吸式和浸沒式均可。

總之，虹吸式疏冷段適合級間壓差大的低加，浸沒式疏水冷卻段適合級間壓差小的低加同時也適合級間壓差大的低加。

注：按額定工況設計的低加，其殼側總壓力損失不應超過加熱器級間壓差的30%，且加熱器任何區段的壓力損失不超過35.4 kPa。

3 問題及優化措施

對于虹吸式疏冷段來說，由于虹吸作用，疏水入口處液面偏低；另外還有一種情況是當抽汽口離疏水入口較近，蒸汽進入后吹低液面，因此造成水位有坡度，當液位測點離疏水入口較遠時檢測到的水位值存在誤差，導致疏冷段內進入混合氣體并積存在疏冷段上側的角部。積存的混合氣體不斷地被擠壓會使加熱器產生振動。

解決辦法：液位測量的儀表管離疏水入口要近；疏水入口附近設置擋板，以遮擋一部分蒸汽。尤其是高加抽汽壓力高，蒸汽沖擊力量大，必須防止蒸汽進入虹吸式疏冷段。參見圖3。

圖3 示意圖

4 結 語

根據上述分析，設計者設計時可以根據級間壓差、計算的疏冷段面積以及布管方向，選用不同型式的疏冷段，也可以自行組合。如淹沒式低加折流板也可以設計成side by side左右折流式。不同的疏冷段形式各有優缺點，究竟哪一種形式、哪一種組合結構較好，設計者應根據計算、整體設計和運行經驗，并結合上述分析，進行相應設計優化后考慮決定。

［1］ 中國動力工程學會.火力發電設備技術手冊［M］.北京：機械工業出版社，2002.