回熱系統外置式疏水冷卻器的最佳應用

楊浩 高秀志 季丹 孫蓮 鄭湘泉

東方汽輪機有限公司 四川德陽 618000

隨著高效大功率火力發電機組的研發與投運，給水回熱系統的回熱級數越來越多（9-12 級），末級低壓加熱器的抽汽壓力很低（15-25kPa），內置虹吸式疏冷段結構不能再使用；次末級低加抽汽與末級低加抽汽之間的級間壓差很小（20-40kPa），已不足以克服內部疏水流動阻力、疏水管道高度壓差以及疏水調節閥所需壓差，不能實現疏水逐級自流，故次末級低加不能設置內置疏冷段。如系統要求考慮回收末兩級低加疏水熱量，且保證末兩級低加的疏水暢通，最佳方案是：兩級不帶疏冷段低加+共用外置式疏水冷卻器[1-5]。

1 低抽汽壓力下內置虹吸疏冷段應用受限

內置虹吸疏冷段結構如圖1 所示，利用級間壓差產生的虹吸作用，將殼體下部儲存疏水吸到上部疏水冷卻腔室中，在疏水虹吸上升過程中，隨著液柱上升，疏水壓力會降低，少量疏水會閃蒸，形成兩相流，兩相流的比容（體積流量和流速）會隨抽汽壓力的降低而增加，當抽汽壓力降低到一定值后，兩相流的流速已超過臨界流速，會引起換熱管振動，對加熱器的安全產生重大隱患（兩相流流速分析見圖2），就本工程而言，末級低加的抽汽壓力很低，已不能夠再使用內置虹吸疏冷段結構。

如圖2 所示，當疏水冷卻段實際流速低于臨界流速時，管系振動合格；當實際流速低于臨界流速時，振動計算不合格。而抽汽壓力越低，實際流速越高，振動計算不合格的趨勢增大。

2 內置浸沒式疏冷段結構形式及其劣勢

為解決低抽汽壓力下內置虹吸疏冷段的閃蒸兩相流問題，內置浸沒式疏冷段被開發了出來，將管束下方部分管束封閉成疏水冷卻段（見圖3），低加正常液位線上移，疏水靠重力進入疏冷段，下降過程中不會產生疏水閃蒸，但為儲存飽和疏水和控制水位，必須在疏冷段與凝結段管束之間預留儲水空間，會導致低加筒體直徑加大300-600mm，會對凝汽器喉部通道阻力和凝汽器冷卻管束間蒸汽分配產生不利影響，降低機組出力。

其次，浸沒式疏冷段比虹吸式疏冷段長很多，加之疏水流動空間受限，流速較高，故浸沒式疏冷段的流動阻力（-10kPa）比虹吸式疏冷段的流動阻力（-4kPa）高很多，故在低加疏水出口處，疏水的過冷度并不大，如遇到管道上升，則易發生疏水閃蒸，阻塞管道，引起疏水不暢。

對于末級低加，雖然可以采用內置沒式疏冷段代替內置虹吸式疏冷段，但對于次末級低加，無論是采用內置沒式疏冷段結構，還是采用內置虹吸式疏冷段結構，都不能實現疏水逐級自流到末級低加本體，只能將較高焓值的疏水直排到凝汽器，產生熱量損失。

3 外置疏水冷卻器的結構形式

外置疏水冷卻器可以布置到比本體低加低的位置，通過U 形疏水管靠重力自動疏水。疏水冷卻器實質上是一臺水---水換熱器，根據疏水走管程或殼程，又可以細分成：疏水走管程的疏水冷卻器和疏水走殼程的疏水冷卻器。實際工程上多采用疏水走管程的疏水冷卻器，這是由于給水流量通常是疏水流量的十多倍，疏水走管程，換熱管根數少，管束的占比小（布管面積與殼體橫截面之比），殼程介質縱流窗口空間大，有利于大流量給水通過，且給水溫升只有幾度，即使給水出口溫度也低于疏水出口溫度，故管/殼程介質不需要嚴格按純逆流布置，但管系的折流板跨距大，折流板間需要設置支持板（疏水走管程的疏水冷卻器見圖4）。

工程上也有采用疏水走殼程的疏水冷卻器，由于給水全流量通過換熱器，故換熱管根數多，長度短，折流間距小，殼側傳熱系數低，殼程介質流動不

均勻，換熱面積浪費多。針對疏水走殼程的疏水冷卻器，本文作者推薦采用部分給水流經疏水冷卻器（1/3-1/2 給水），通過減少換熱管根數，在換熱面積略微增加的情況下，增加了換熱器長度，增加折流板間距，殼程介質流動均勻，換熱器的長徑比合適（改進后的疏水走殼程的疏水冷卻器見圖5）。

4 外置式疏水冷卻器的技術優勢

通常末兩低加布置在凝汽器喉部，與凝汽器熱井之間有足夠的高差維持疏水自流，外置式疏水冷卻器只需位于兩者之間合適位置即可[6-8]。采用外置式疏水冷卻器后，本體低加布管可以更加緊湊（不用考慮內置式疏冷段的結構），不用考慮過多的疏水儲水容積，低加筒體直徑可以做得更小，在相同設計壓力下，受壓元件的厚度可以減小，這樣低加本體的重量可以大大減輕，減小制造費用；低加筒體直徑減小以后，布置在凝汽器喉部的低加（尤其是合體低加），可以減小汽機排汽損失及凝汽器管束間蒸汽分配影響，提高機組出力；采用外置式疏水冷卻器后，疏水靠重力自動疏水，設備間通過U 形管連接，不需要配置正常疏水調節閥和事故疏水調節閥，疏水安全可靠（喉部低加疏水管道布置見圖6）。

5 結語

通過前文的技術分析，可以得出以下結論：

（1）對于抽汽壓力低的末級和次末級低加，工程上要求考慮回收疏水熱量，建議設置外置式疏水冷卻器；

（2）對于外置式疏水冷卻器，如果要求給水全部流經疏水冷卻器，考慮采用疏水走管程，給水走殼程的疏水冷卻器；

（3）如果工程要求給水走管程，疏水走殼程，可以考慮部分給水投入疏水冷卻器，在給水溫升較小的情況下，傳熱系數較高，設計制造簡單。

（4）采用外置式疏水冷卻器后，疏水管道需要設置U 形段，U 形水封高度通過運行壓力進行計算；

（5）采用外置式疏水冷卻器后，低加疏水通過高差自動疏水，不再需要設置正常疏水調節閥和事故疏水調節閥。

（6）為進一步減小喉部低加的筒徑，對于多個低壓缸的機組，可以采用非對稱抽汽，末級與次末級分別從不同低壓缸抽汽。