1 000 MW機組回熱系統高壓加熱器選型分析

馬永杰

(甘肅電投常樂發電有限責任公司，甘肅 蘭州 730046)

1 000 MW機組回熱系統高壓加熱器選型分析

馬永杰

(甘肅電投常樂發電有限責任公司，甘肅 蘭州 730046)

介紹了大容量單、雙列高壓加熱器的設計和制造情況，以及廠家為提高運行經濟性和安全性作出的工藝改進，在此基礎上分析比較了2種配置方案的優缺點，指出單列高壓加熱器為最優方案。

高壓加熱器；回熱系統；設計參數；選型

0 引言

高壓加熱器(以下簡稱“高加”)在火力發電廠的給水回熱系統中占有非常重要的地位，其安全、可靠的運行可以提高整個機組的循環熱效率，降低煤耗。因此，高加的選型對汽輪機回熱系統、給水系統運行的經濟性和安全性具有較大影響。

1 高加容量配置及單、雙列系統優缺點

我國已投入運行的超超臨界機組高加大多數采用雙系列布置方式，但近幾年單系列布置方式逐漸增多。單系列布置可以節省電廠占地空間，降低系統布置難度及閥門附件的數量，但卻增加了設備設計、制造及安裝的難度。

(1) 高加容量配置。在1 000 MW超超臨界機組中，有的采用單臺容量為50 %(雙列)的高加，也有的采用單臺容量為100 %(單列)的高加。近年來，隨著制造工藝的不斷提高，目前100 %(單列)高加已成為百萬千瓦機組主流配置。

(2) 單、雙列高加系統和本體的優缺點對比結果如表1所示。

2 高加的設計制造

2.1 設計參數

600-1 000 MW機組高加的容量及參數都較高。單列高加具有簡單、閥門少、管道短、布置方便的優勢，但有一些零部件、元件需特別定貨或國外進口，所以制造周期略長。某制造廠生產的1 000 MW機組單、雙列高加結構尺寸分別如表2，3所示。

表1 單、雙列高加系統優缺點對比

2.2 加工制造

對于1 000 MW機組雙列高加而言，其外型尺寸同600 MW超臨界機組100 %容量高加基本相同，差別在于水室壁厚和管板厚度增加。除原材料需要從國外進口外，國內的制造廠家已經具備了設計和加工制造超超臨界高壓加熱器的條件，目前已投產的600-1 000 MW超超臨界機組的配套高加均已實現國產化。

對于單列高加而言，因1 000 MW機組參數較高，加熱器的直徑和厚度與雙列高加相比增加了很多，產品的重量成了重要問題。單列高加與雙列高加相比有以下幾個制造難點：

(1) 整體重量和各個部件的重量受制于制造廠現有的設備；

(2) 管板材料的采購、加工和起重能力；

(3) 球形封頭材料的采購和加工能力。

表2 單列高加結構尺寸(參考值)

表3 雙列高加結構尺寸(參考值)

2.3 費用

1 000 MW機組采用雙列、U型管高加時，其設備投資費用稍高，比單列高加費用高25 %，給水系統、加熱器疏水系統、抽汽系統的閥門投資費用和土建的投資費用也較高；單列、U型管高加的抽汽管道閥門少、抽汽管徑大、管件少、抽汽壓降小，加熱系統熱經濟性好于雙列、U型管高加，且土建投資成本低，有利于廠房的設備布置。

3 三大動力廠高加制造的工藝情況

由于1 000 MW機組單列高加本體容量大，因此換熱面積大、體積大，造成設計、制造困難，而且易受到熱沖擊、流體誘導振動、局部應力集中、大流量的疏水波動等影響，三大動力廠一直致力于對高加制造工藝進行改進優化。

(1) 加強重量控制，減少承重要求。廠家對高加各個部件均進行了優化，可以將單臺高加重量控制在190 t之內。

(2) 優化連接結構，減輕應力影響。高加的半球型水室封頭壁厚較厚，在與高加管板的連接處較易產生裂紋。針對這個問題，廠家對高加關鍵部件進行了強度計算及球形封頭與管板連接處的有限元應力分析計算，保證其結構的合理性。

（3） 優化內部結構，減少振動。由于單列高加的直徑大，U型管數多，為了防止在運行中產生振動，在高加的凝結段采用了蒸汽自動補償技術，在凝結段中不采用蒸汽強制流動，凝結段隔板采用大隔板，僅起支撐傳熱管的作用，并在隔板周邊加開蒸汽通道，使蒸汽可以在高加殼體中自由流動，而不采用傳統的強制流動的隔板。

利用U型管中蒸汽凝結成水時體積的急劇變化而產生的局部真空使周邊的蒸汽自動流入。這樣，一方面避免了運行中的汽液兩相沖擊，另一方面抑制了管系振動。

而在高加的過熱冷卻段和疏水冷卻段采用的是強制流動，采用管系防振動設計，對每段U型管的無支撐長度進行計算，合理的布置隔板間距，在減少阻力和防止振動中取得最佳點。對U型管彎頭處加裝防振柵架，進一步防止其振動。

（4） 加設重要部件，減少熱應力。在過熱段采用封閉式的包殼，使過熱蒸汽不與管板接觸，汽側管板接觸到的仍是飽和溫度，使管板兩側的溫差降到最小，從而減少熱應力對高加管板的影響。

4 現階段高加形式選擇

在2009年以前，國內還不具備超大型高加的加工制造能力，高加圓形封頭需要進口，采購周期長，費用昂貴，因此1 000 MW機組多采用雙列高加。

2010年后，三大動力廠具備了先進的大容量單列高加制造技術。相對于雙列高加，單列高加具有投資小、占地面積小、系統布置較簡單的優點，高加設備數量減半，相應管道少、所需的配套閥門和儀表數量減半，控制簡單，1 000 MW機組選擇單列高加從初次投資上每臺機可以節約費用500萬元。綜合考慮，選擇單列高加是最優方案。

5 結束語

通過對1 000 MW超超臨界機組單、雙列高壓加熱器設計參數、制造工藝、安裝維護的比較分析，得出的結論是單列高加和雙列高加的配置方案在技術上都可行，而單列高加具備更明顯的成本優勢，可以作為首選方案。

2016-03-05；

2016-06-15。

馬永杰(1975-)，男，高級技師，主要從事火力發電廠集控運行工作，email：myjjxhjx@163.com。