某廠1 000 MW機(jī)組低壓加熱器疏水不暢分析與治理

王 輝

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司,廣東 潮州 515723)

近幾年，國內(nèi)大容量火電機(jī)組發(fā)展迅速，機(jī)組設(shè)計(jì)和安裝水平也不斷提高。為了提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性，國內(nèi)外設(shè)計(jì)時(shí)均采用了高、低壓加熱器回?zé)岢槠到y(tǒng)，加熱器水位調(diào)整直接影響了加熱器換熱效果[1]。

潮州電廠1 000 MW機(jī)組為哈汽首臺(tái)國產(chǎn)化百萬機(jī)組，機(jī)組于2009年底投產(chǎn)運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)：#5至#8低壓加熱器水位達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，正常疏水調(diào)門全開狀態(tài)水位持續(xù)升高，無法維持；需打開危急疏水調(diào)節(jié)閥將疏水直接排入凝汽器才能維持低壓加熱器正常水位。

1 設(shè)備簡介

潮州電廠二期2×1 000 MW機(jī)組共設(shè)置6臺(tái)低壓換熱器，雙流程設(shè)計(jì)，其中7A、7B，8A、8B置于凝汽器喉部，6臺(tái)低壓換熱器均為臥式結(jié)構(gòu)，傳熱管采用不銹鋼材料。

加熱器分別設(shè)置啟動(dòng)和連續(xù)運(yùn)行用的排氣接口，所有加熱器設(shè)置正常疏水和緊急疏水口，上部設(shè)供充氮保護(hù)的接口。疏水自流入下一組加熱器之前，先經(jīng)過換熱器，用主凝結(jié)水將疏水適當(dāng)冷卻后再進(jìn)入下一級加熱器。加熱器正常疏水采用了逐級自流方式，危急疏水直接進(jìn)入凝汽器。見圖1 低加正常疏水逐級自流示意圖[2]。

圖1 低加疏水逐級自流示意圖

2 故障現(xiàn)象及原因分析

5號低壓加熱器正常疏水閥門全開，5號低壓加熱器危急疏水閥門開度在45%左右才能維持正常水位；疏水溫度約107℃熱水直接排入凝汽器。6號低壓加熱器正常疏水閥全開，6號低壓加熱器危急疏水閥門開度在50%左右，疏水溫度約86℃熱水直接排入凝汽器。7號低壓加熱器正常疏水閥全開，7號低壓加熱器危急疏水閥門開度在50%左右，疏水溫度約70℃熱水直接排入凝汽器，造成大量熱能的損失。

通過一系列的測試，確定疏水不暢的主要原因是正常疏水調(diào)閥通流面積較小以及7號低壓加熱器至8號低壓加熱器疏水管路走向不合理,形成了水封，導(dǎo)致疏水不暢。

低壓加熱器汽側(cè)因?yàn)榕c凝汽器聯(lián)通，為負(fù)壓狀態(tài)，實(shí)際情況較為復(fù)雜，通過純理論控制閥口徑選型計(jì)算偏差較大[3]。

根據(jù)控制閥手冊閥門口徑公式如式(1)

(1)

式中CV——閥門流量系數(shù)/USGaS·min-1；

N——數(shù)字常數(shù);

Fp——管道幾何形狀系數(shù)，無量綱;

p1——上游絕對靜壓/MPa；

p2——下游絕對靜壓/MPa；

Gf——液體比重(工作溫度下液體的密度與60℉下水的密度比值)，無量綱。

由公式可看出，理論計(jì)算時(shí)的諸多參數(shù)選擇至關(guān)重要，因低壓加熱器實(shí)際工況及現(xiàn)場管路安裝復(fù)雜，介質(zhì)形態(tài)復(fù)雜，在參數(shù)計(jì)算選擇上和公式選擇上等均在設(shè)計(jì)選型時(shí)無法充分準(zhǔn)確估算。因此，計(jì)算偏差與實(shí)際會(huì)發(fā)生較大誤差。

3 處理方案

3.1 正常疏水調(diào)門改造

為了節(jié)省成本，將7號低壓加熱器正常疏水閥門安裝到5號低壓加熱器正常疏水閥的位置，流量從90 t/h上升為280 t/h，解決5號低壓加熱器疏水不暢的問題。7號低壓加熱器正常疏水每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)閥門，將7號低壓加熱器正常疏水閥門安裝到6號低壓加熱器正常疏水閥的位置，流量就可以從90 t/h上升為280 t/h，解決6號低壓加熱器疏水不暢的問題。8號低壓加熱器正常疏水每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)閥門，因此將8號低壓加熱器正常疏水閥門安裝到7號低壓加熱器正常疏水閥的位置，流量就可以從120 t/h上升為200 t/h，解決7號低壓加熱器疏水不暢的問題。另外一臺(tái)7號低壓加熱器正常疏水和8號低壓加熱器正常疏水一樣升級為3.3 m閥門。8號低壓加熱器正常疏水每臺(tái)機(jī)組有兩臺(tái)閥門，將8號低壓加熱器正常疏水的閥門由原來的26.4 m升級為3.3 m，閥門通流面積與管道相一致，確保疏水正常。

3.2 低壓加熱器本體疏水管路改造

調(diào)整7號低壓加熱器進(jìn)入8號低壓加熱器的疏水接管位置由原斜向上300接入改為在加熱器中心線下550 mm處，消除7號至8號低壓加熱器疏水管路形成的水封，保證疏水暢通。見圖2低壓加熱器正常疏水管路示意圖[4]。

圖2 低壓加熱器正常疏水管路示意圖

疏水管路在安裝時(shí)形成的水封，可按照多級水封計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算[5]

H=(Pin-Pout)/nr+(0.5～1)/n

(2)

式中H——管路每個(gè)水封管的高度/m；

Pin——水封進(jìn)口壓力/MPa；

Pout——水封出口壓力/MPa；

n——水封個(gè)數(shù);

r——水的重度/kg·m-3；

系數(shù)(0.5-1)——富裕度(可忽略)。

機(jī)組滿負(fù)荷時(shí)，7號低壓加熱器抽汽壓力為-0.01 MPa，8號低壓加熱器抽汽壓力為-0.046 MPa，差壓為0.036 MPa。按照上述公式可得出水封高度為3.6 m時(shí)，將形成水封，疏水無法流入下一級加熱器，未改造前7號低壓加熱器至8號低壓加熱器疏水管路由低壓加熱器頂部穿過，所形成的U型水封的高度約3 m，經(jīng)過改造后疏水管路由低壓加熱器下部穿過，水封高度約為1 m。經(jīng)過改造后基本消除了水封高度，疏水暢通[6]。

3.3 改造前后疏水量分析

按照汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)5抽進(jìn)入5號低壓加熱器的最大抽汽量為88.3 t/h，6抽進(jìn)入6號低壓加熱器的最大抽汽量為74.5 t/h，7抽進(jìn)入7號低壓加熱器的最大抽汽量為65.8 t/h，8抽進(jìn)入8號低壓加熱器的最大抽汽量為82.9 t/h。可看出，5號低壓加熱器最大疏水量約88 t/h，6號低壓加熱器最大疏水量約163 t/h，7號低壓加熱器最大疏水量約228 t/h，8號低壓加熱器最大疏水量約310 t/h。按上述方案改造完成后，5號低壓加熱器正常疏水調(diào)門開度為66%，6號低壓加熱器正常疏水調(diào)門(2路)開度為80%，7號低壓加熱器正常疏水調(diào)門開度為64%，8號低壓加熱器正常疏水調(diào)門開度為40%，詳見下圖3。

圖3 改造后滿負(fù)荷閥門開度

從調(diào)門開度分析，改造后閥門口徑偏大，但通流面積的增加有效增大了流量，實(shí)際運(yùn)行中調(diào)節(jié)控制方面基本能滿足要求。

4 改造效果

潮州電廠通過上述改造后，低壓加熱器疏水不暢的問題得到了有效解決。

改造前5號低壓加熱器正常疏水閥門全開，5號低壓加熱器危急疏水閥門開度在45%左右，疏水量合計(jì)約為200 t/h。原正常疏水閥門全開流量按90 t/h計(jì)算。5號低壓加熱器有近110 t/h 107℃熱水直接進(jìn)入凝汽器。

6號低壓加熱器正常疏水閥全開，6號低壓加熱器危急疏水閥門開度在50%左右，疏水量合計(jì)為200 t/h。原正常疏水閥門全開流量按160 t/h計(jì)算。6號低壓加熱器約有40 t/h 86℃熱水直接進(jìn)入凝汽器。

7號低壓加熱器正常疏水閥全開，7號低壓加熱器危急疏水閥門開度在50%左右，疏水量合計(jì)為200 t/h。原正常疏水閥門全開流量按115 t/h計(jì)算。7號低壓加熱器約有85 t/h 70℃熱水直接進(jìn)入凝汽器。

根據(jù)熱平衡方程式[7]

G(i-t)×η=(t2-t1)×G0

(3)

式中G——加熱器排入凝汽器熱量/kJ；

i——進(jìn)入加熱器抽汽焓值/kJ·kg-1；

t——凝結(jié)水在加熱器出口焓值/kJ·kg-1；

η——加熱器效率；

t2-t1——加熱器疏水焓值差/℃；

G0——凝結(jié)水水量/kg。

改造后低壓加熱器疏水逐級自流，疏水經(jīng)過換熱后進(jìn)入凝汽器，熱量利用率顯著提高[8]。

由公式可換算出排入凝汽器熱量，換算成標(biāo)煤約為1.5 t/h。年節(jié)約標(biāo)煤6 700余t。

5 結(jié)論

潮州電廠通過調(diào)整低壓加熱器正常疏水閥門通流面積，增大流量；以及優(yōu)化7號、8號低壓加熱器本體部分疏水管路走向，消除疏水管路存在的水封。

通過上述措施改造后，機(jī)組低壓加熱器存在的正常疏水不暢問題得到了有效解決，節(jié)能效果顯著，且實(shí)施簡單費(fèi)用低。

改造后，危急疏水閥在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)全關(guān)，低壓加熱器事故狀態(tài)時(shí)可有效調(diào)整水位，為機(jī)組安全長周期運(yùn)行提供了保障。