600MW亞臨界機組高壓加熱器端差問題分析與研究

楊樂樂

摘 要：目前，高參數大容量的火電機組大多采用7～8級的給水回熱循環以提高機組的循環熱效率，高壓加熱器作為回熱循環的重要組成部分，其運行工況關系著整臺機組的經濟性，因此高壓加熱器的在運行中存在的問題也逐漸受到重視。機組隨著投產時間的增長逐漸老化，高壓加熱器在運行過程中端差大、溫升小、內部泄露及安全運行等問題會日漸凸顯，影響機組的經濟性和安全性。本文將針對600MW亞臨界空冷機組高壓加熱器的端差問題進行分析和研究。

關鍵詞：亞臨界空冷機組 高壓加熱器 端差問題

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

國華錦界能源有限責任公司（簡稱“國華錦能”）一、二期4臺汽輪機組均為上海汽輪發電機有限公司生產的N600-16.7/537/537型汽輪機，該汽輪機為亞臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機，機組配置了由上海動力設備有限公司生產的3臺管板-U形管束臥式高壓加熱器（簡稱“高加”），內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 高加運行存在的問題

1.1 高加疏水端差“兩極化”

國華錦能四臺機組高加在在運行過程中存在不同程度的疏水端差兩極化問題，在滿負荷600MW工況下，3號機組#1、#3高加的疏水端差分別達到13℃和11.7℃，遠高于設計值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高加在滿負荷600MW時，#2高加入口給水溫度為219.7℃，設計值為220℃，但給水端差為2.96℃，高加出口溫度低于高加殼側進口蒸汽壓力下的飽和溫度，高加蒸汽冷卻段轉變為蒸汽凝結段，可見#2高加內部總的換熱量已明顯低于設計值。據資料介紹：在機組滿負荷時，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，并保證過熱段內壁是干燥的，而蒸汽在過熱段內流動阻力又小于等于0.034MPa，同時在設計時加熱器的給水端差在-1.7℃～0℃，滿足上述條件，蒸汽過熱段的設置才是合理的[1]。

同時，在滿負荷時，#2高加的給水溫升為26.5℃，在325MW負荷時，#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計值。

2 影響高加端差的因素

2.1 高加內部積存不凝結氣體

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

2.2 高加內部管道結垢

高加內部管道在長期運行過程中難免積鹽、結垢，如果高加汽、水側管道不進行化學清洗，必然使得傳熱系數降低，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”水位運行是保證加熱器性能的最基本條件，“基準”水位在設計上是高于加熱器疏水冷卻段的進水口的，當水位降低到一定水位時，疏水冷卻段水封喪失，蒸汽和水一起進入疏水冷卻段，并進入下一級高加，出現汽水混流，致使加熱器疏水端差急劇增大。

2.4 高加抽汽壓力、溫度偏離設計值

抽汽壓力和溫度偏離設計值，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，各臺高加的運行工況偏離設計值，高加端差必然受到影響。

2.5 汽水品質差

亞臨界汽包爐的汽水品質要求低，給水含鹽、溶氧偏高。另外，空冷機組背壓波動大，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增加，高加在長期運行過程中汽水側管束表面均會積鹽、結垢，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 高加運行工況分析

3號機組#1、#3高加在滿負荷工況運行過程中，疏水端差分別達到13℃和11.7℃，嚴重高于設計值，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，蒸汽進入疏水冷卻段，疏水段極有可能出現汽水混流，這將破壞使疏水流經該段的虹吸作用。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機組該型號高加進行水位優化試驗，根據試驗確定#1、#2、#3高加最佳水位（DCS顯示值）分別為500mm、560mm、550mm[3]。3號機組同樣對#1、#3高加的水位控制進行優化試驗，通過試驗證明，隨著高加水位的調高，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。

3號機組的高加在正常運行中，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號機組為例，對高加系統進行熱力計算，分析研究#2高加的問題根源。

忽略高加運行排氣量，換熱效率取0.98，進行熱力計算，數據計算3臺高加的抽汽量和疏水量。在設計上，#2高加的換熱面積和抽汽量時最大的，但在實際運行過程中#2高加的抽汽量減少了1/3，#3高加的抽汽量增加了一倍，已經偏離設計工況，從正常疏水調門的開度也能夠證實這一情況。對比高加的設計參數，三段抽汽過高的壓力會導致#3高加過負荷運行，強化本級疏水的虹吸效應，更加容易出現汽水混流，同時導致#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 結語

（1）高加抽汽壓力偏差大和水位控制過低是導致高加疏水端差大的主要因素，在實際運行過程中，要根據實際情況調整高加的水位，保證基準水位，防止出現汽水混流的現象。

（2）在滿負荷工況時，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，必然導致機組經濟性的降低。

（3）#3高加在設計上殼側與管側換熱溫差最大，運行工況最危險，三抽抽汽壓力偏高導致#3高加長期超負荷運行，隨著機組投產時間的延長，高加泄露的風險會越來越高，危及機組的安全運行，高加檢修需要機組停運一周以上，必然也會造成巨大的經濟損失，所以，在計劃檢修期間應進行探傷檢查，及時排查高加內部管束、隔板是否存在裂紋等隱患。

（4）高加的給水端差在運行過程中應該加強監視，如果出現給水端差異常增大的情況要引起重視，高加內部可能出現水側短路的情況，水側隔板有裂紋是高加比較常見的故障。

綜上所述，對三段抽汽進行改造以降低其壓力不僅可以提高機組經濟性，同時還可以延長高加的運行壽命，保證機組的長期穩定運行。

參考文獻

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

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

[3] 趙則飛.600MW汽輪機高壓加熱器水位運行優化[J].內蒙古電力技術，2017，35（3）：54-60.