高压加热器端差对300MW机组经济性影响的分析.doc

高压加热器端差对300MW机组经济性影响的分析

摘要
阐述了300MW机组高压加热器的运行状况和存在的问题，分析高压加热器端差大的原因及端差对机组经济性的影响，提出改善高加运行状况的措施，分析比较高加运行状况改善后的性能指标。
关键词：高压加热器；端差；300MW机组；性能指标

Economic Analysis of High Temperature Difference of HP Heater in 300MW Unit Thermal Cycl
Abstract
This article has expounded the operational condition and existent problems of HP heater of 30oMW turbine unit．It also analysed the cause of high temperature difference and eeonomie effect of temperature differenee on turbine performance．The article has put forward measures to advance HP heater operation．At last，it compare the performance characteristics of HP heater before and after improvement。
Key words：HP heater；Temperature difference；300MW turbine unit；Perform ance characteristics

目 录
0 前言 5
1 高加运行状况 5
2 高加存在的问题及端差大的原因 7
2.1 高加泄漏堵管，影响高加的传热效果，导致上下端差加大 7
2.2 运行参数偏离设计参数较大 7
2.3 加热器水位的影响 8
2.4 管束表面污垢 8
2.5 空气积聚使传热效率降低 8
2.6 阀门不严 8
4 加热器端差对机组经济性的影响 9
5 高加完善运行状况后的性能数据 9
5.1泄漏高加更换后的性能指标 10
5.2 高压加热器水位调整前后的性能数据 11
6 结束语 11

0 前言
回热加热器是热力系统的重要设备之一，其运行状况不仅影响到火电机组的经济性，还影响到机组的安全运行。如果高压加热器运行中的端差远高于设计值，以及由于内部损坏导致停运，对机组的热经济性影响很大。另外，还可能伴随着产生受热面超温、轴向推力增大，甚至汽轮机水冲击等严重危害机组安全的现象。通过高加泄漏事故的处理和分析，对高加泄漏的现象、原因及预防措施进行了探讨和总结。通过试验和调整，分析原因，制定措施，对加热器进行治理，使其端差接近设计值，对节能改造，改进运行操作和管理，提高装置的经济性，具有十分重要的作用。
1 高加运行状况
高压加热器系统是火电机组的主要热力系统之一。长期以来，由于设计、制造、安装和运行等方面的原因，加热器泄漏的情况屡有发生，特别是大机组的高压加热器，情况尤为严重。因高压加热器系统泄漏导致故障停运的次数已占整个高压加热器故障停运的次数的6 0 % 以上，成为影响大机组等效可用系数的第二位因素，仅次于锅炉爆管。这不仅影响大机组的稳发，满发，而且因给水温度下降，使整个机组的热效率降低，影响了大机组高效低耗优越性的正常发挥。随着当前电力企业内部挖潜增效工作的深入开展，在运行中及早发现高压加热器系统的泄漏，尽早采取措施，把故障的损失降低到最小程度，以提高整个火电厂循环的经济效益，是当前摆在我们面前的紧迫任务之一。衡量高压加热器性能的主要指标有给水温升、给水端差及管、壳程介质压降等，在加热器的正常运行中，高加给水上、下端差大于设计值的现象很普遍，降低了加热器的效率，使机组热耗和发、供电煤耗上升。目前已运行的许多机组，高压加热器的实际性能数据，都与设计值有较大出入。华能德州电厂3号机组是东方汽轮机厂生产的N300—16．7／537／537型亚临界机组，其三台高加为哈尔滨锅炉厂制造，于1993年l2月投产。下表1、表2列出高压加热器的设计数据和运行数据。比较表1和表2可以看出，在相同负荷下，三台高加的给水端差和疏水端差，以及各高加温升和总温升都与设计值偏离较大，导致机组的经济性下降，而且三台高加因为泄漏严重，堵管率分别为9．1％ 、24．77％ 、12．23％ ，均超过或接近设计值，减弱了加热器传热效果，使性能均达不到设计要求，而由于高加泄漏严重导致高加解列，更对机组经济性存在较大影响。

表1 高压加热器性能设计数据

序号
项目
单位
HP-1
HP-2
HP-3
1
负荷

MW

300

2
给水流量
Kg/h
950
950
950
3
给水进口温度
℃
237.8
196.3
167.9
4
给水出口温度
℃
266.3
237.8
196.3
5
进汽压力
MPa
4.96
3.12
1.34
6
进汽压力下饱和温度
℃
264.7
237.8
196.3
7
进汽流量
Kg/h
61
76
38
8
疏水出口温度
℃
243.25
201.73
173.6
9
给水端差
℃
-1.6
0
0
10
疏水端差
℃
5.45
5.43
5.70
11
给水温升
℃
28.5
41.5
28.4
12
给水总温升
℃
98.4

表2 华德电厂3号机组高加性能运行数据

序号
项目
单位
HP-1
HP-2
HP-3
1
负荷
MW

301.562

2
给水进口温度
℃
224.1
196.7
177
3
给水出口温度
℃
257.8
224.1
196.7
4
进汽压力
MPa
5.937
4.146
1.726
5
进汽压力下饱和温度
℃
274.861
252.465
205.048
6
疏水出口温度
℃
246.8
237.9
199.7
7
给水端差
℃
17.061
28.365
8.348
8
疏水端差
℃
22.7
41.2
22.7
9
给水温升
℃
33.7
27.4
19.7
10
给水总温升
℃

80.8

2 高加存在的问题及端差大的原因
2.1 高加泄漏堵管，影响高加的传热效果，导致上下端差加大
（1）高加设计、制造存在缺陷。主要表现在：高加内部管系的管子与管板之间采用机械胀管、管口焊接的方式，胀接力与胀接长度不够，制造工艺质量较差。
（2）主要表现在：泄漏管在堵管前与管堵头未进行绞孔拂配，焊接前未进行预热处理，焊接工艺差。堵管焊口部位再泄漏现象频繁发生，保护性堵管带有较大的盲目性，许多管子被误堵，导致堵管数量大增，而由于焊接工艺差，使得保护性堵管焊口再泄漏，又对相临近的正常管子造成损害，以至于恶性循环，造成大量堵管。
（3）高加启停时，给水温度变化率超标。高加是发电厂承压最高的容器，承受着过热蒸汽和给水间的温差和压差，其工作条件很恶劣，其中又以管子与管板连接处的工作条件最为恶劣，在高加投运和停运过程中，若操作不当，管子与管板结合面受到很大的温度冲击， 会产生很大的热应力叠加在机械应力上，当这种应力过大或多次交变，就会损坏这个结合面，使原有缺陷扩大，造成管子端口泄漏。
2.2 运行参数偏离设计参数较大
由于机组设计和制造缺陷，以及运行调整和系 统泄漏的原因，机组运行的热力性能 指标达不到设计值，使得机组在偏离设计值较大的工况下运行。在额定负荷下，进汽量是 一定的，放出的热量基本一定，当给水流量增大时，温升下降，从而导致高加上下端差加大。
2.3 加热器水位的影响
高压加热器在“ 基准”水位运行是保证加热器性能的最基本条件，当水位降低到一定程度，疏水冷却段水封丧失，蒸汽和疏水一起进入疏冷段，疏水得不到有效冷却，经济性降低；更严重的是，由于蒸汽冷却段的出口在疏冷段的上面，水封丧失后，造成蒸汽短路，从蒸汽冷却段出来的高速蒸汽一路冲刷蒸汽冷却段、凝结段，最后在疏水冷却段水封 进口形成水中带汽的两相流，冲刷疏水冷却段，引起管子振动而损坏。同时，由于加热器疏水逐级自流到下一级，本级疏水的汽液两相流大量串入下一级加热器，排挤了下一级加热器的抽汽量，使高能级抽汽变为低能级使用，造成机组的经济性大幅度降低。高加低水位或无水位运行，最显著的特征是疏水端差大，根据设计书，如疏水温度高于加热器进水温度11.1—27.8℃(随负荷变化),则该冷却段部分进汽。
高压加热器疏水水位不稳定高压加热器运行时，其疏水水位的热工测量信号与实际的水位不符，即实际水位在要求范围内，而测量的水位信号却反映偏高或偏低，造成所谓的“虚假水位当反映偏高时，危急疏水电动门自动开启，导致高加低水位或无水位运行;当反映偏低时，危急疏水电动门自动关闭，疏水水位逐步升高，导致高水位保护动作，危急疏水电动门又再次开启，甚至由于测量水位信号误动而导致高压加热器解列。无论是测量水位反映偏高或偏低，均使得危急疏水电动门频繁开关，使管束受到不应有的冲刷，震动，管板过热，从而加速了管子的损坏程度。通过观察，高压加热器管子断裂处均在与管板连接位置。
2.4管束表面污垢
加热器长期运行后，会在管子内外表面形成以氧化铁为主的污垢，降低了传热效果， 增加压力损失，使高加出口温度降低，造成高加给水端差大。
2.5空气积聚使传热效率降低
加热器中不凝结气体的来源是加热器停用、检修时滞留在加热器壳侧和水侧的空气，抽汽或疏水带入或析出的不凝结气体。不凝结气体的存在降低了传热效果，增大了加热器的端差。
2.6阀门不严
高加热器危急疏水调节门不严机组为了提高安全运行可靠性，高压加热器装设了危急疏水系统，但由于国产疏水调节门质量不过关，造成内漏，不能保持一定的疏水水位，致使管子长时间受到汽水冲刷振动以及管板过热。高压进汽门不严高压加热器解列时，由于进汽门不严，仍有部分加热蒸汽漏入，造成管子过热，导致强度降低。
3 加热器端差对机组经济性的影响
回热加热器是热系统的重要设备之一。其运行情况对机组安全性、经济性影响较大， 主要表现在加热器的端差(包括运行中的加热不足)、压损、散热损失、切除加热器和给水部分旁路等因素对热经济性的影响。定量分析这些因素对热经济性的影响，是节能改造、 完善热力设备、改进运行操作和管理的一项重要技术工作，对提高装置热经济性具有十分现实的意义。在这些因素中，传热端差的影响尤其大。加热器端差是指加热蒸汽的饱和温度与加热器出口水温之差。利用等效热降理论，分析高压加热器端差大导致给水加热不足，对机组经济性的影响。具体到一台机组和一台高压加热器，端差对机组经济性的影响主要取决于端差的大小、相邻加热器抽汽能位的能级差和机组本身的经济指标高低。华德电厂 3号机组，高压加热器上下端差对机组经济性的影响如表 3所示。该机组三台高加的性能均达不到设计要求,而且与设计值偏差较大，高加堵管数量多，均超过或接近允许堵管率，导致上下端差大,疏水温度高。在高加正常投运中，由于高加性能差距影响，较之设计工况，热耗率上升了0.868％，发电煤耗上升3.366g/kW.h ，表3中的数据适用于同类型、同容量、经济指标相近机组的分析计算。

表3 华德3号机高加性能对机组经济性影响

序号
项目
单位
标准值
试验值
对热耗的影响（%）
对发电煤耗的影响（g/kw.h）
1
1号高加上端差
℃
-1.6
17.061
0.3702
1.487
2
2号高加上端差
℃
5.45
22.7
0.0193
0.0523
3
3号高加上端差
℃
0
28.365
0.329
1.084
4
4号高加上端差
℃
5.43
41.2
0.0639
0.206
5
5号高加上端差
℃
0
8.348
0.0776
0.2699
6
6号高加上端差
℃
5.70
22.7
0.0076
0.2671
4 高加端差大的解决措施
在机组实际运行中，根据高加端差大的具体表现形式，具体分析原因, 提出详细的处理措施。
( 1 )高加管系或管板泄漏是高压加热器运行中，比较大的缺陷，应该停机处理，制定详细的措施步骤和工艺，对加热器进行查漏、堵管、焊接，对泄漏严重的、堵管率超过设计值的加热器，应更换最新设计的加热器或铜管。
( 2 ) 检查高加水位和疏水调节阀是否正常，调整加热器水位在正常范围，更换泄漏的疏水调整阀。
( 3 )有效地排放不凝结气体。在高加投入前，全部打开高加上的排空气门，等高加运行正常后，再关闭应关闭的空气门，保留排汽到除氧器的空气门。运行中要保证放空气管路系统的畅通，为保证排气节流孔前后压差，不宜将各排汽管并联接到除氧器，应分别将各加热器排汽管接到除氧器。
( 4 ) 严格按温升及温降速率启、停高加，防止热冲击。高压加热器的温升率不宜大于 3℃／min ,温降率不宜大于1.7℃／min。
( 5 ) 避免严重过负荷工况运行。过负荷运行时，高加进汽量加大，蒸汽在过热蒸汽冷却段中速度增大很多，激发局部管束振动，造成局部管束疲劳损坏。
( 6 )严格控制给水ph值和含氧量，减少钢管表面的腐蚀。
5 高加完善运行状况后的性能数据
5．1 泄漏高加更换后的性能指标
华德电厂3号机组高压加热器由于堵管率已经超过允许值，考虑对运行的影响和高加更换费用 、检修费用等，决定更换1号、2号、3号高压器。表4列出并比较了高加更换前后的经济指标和更换后的设计指标。
比较更换后额定工况下，高加性能试验结果和设计数据，可以看出：1号 、2号高加给水端差都比设计值小，3号高加给水端差接近设计值；1 号、3号高加疏水端差比设计值小，2号高加疏水端差大于设计值；试验的高加给水压降大于设计值；试验的高加给水温升小于设计值。比较高加更换前后的试验结果，可以看出：高加更换以后，给水流量偏大约60t/h条件下，给水温度约上升20℃，高加给水压降下降约0.14MPa ，高加的上下端差下降很大，尤其是1号、2号高加效果更好，1号高加给水端差下降约18℃,1号高加疏水端差下降13℃，2号高加给水端差下降约32℃ ，2号高加疏水端差下降约22℃ 。
3号机组1号、2号、3号高压加热器更换后，高加给水端差和疏水端差大幅下降，给水温度大幅上升，一、二 、三段抽汽量得到充分利用，给水得到充足加热，减少了锅炉内的吸热量，减少了抽汽，增加了蒸汽在汽机内部通流部分的作功量，对提高机组运行经济性，降低发、供电煤耗，有着双重功效，而且高加更换后，避免了高加从热力系统中解列，保障了机组正常运行，节能效果更加显著。

表4 华德电厂3 号机高加更换前后性能指标比较
序号
名称
单位
设计数据
更换后数据
更换前数据
1
给水流量
Kg/h
976000
992155
931140
2
1号高加进汽压力
Mpa
6.16
5.7735
5.714
3
2号高加进汽压力
Mpa
3.73
3.827
4.026
4
3号高加进汽压力
Mpa
1.70
1.6272
1.743
5
1号高加饱和蒸汽温度
℃
277.4
273.050
271.381
6
2号高加饱和蒸汽温度
℃
246.2
247.725
250.716
7
3号高加饱和蒸汽温度
℃
204.3
202.183
205.527
8
1号高加疏水温度
℃
251.8
252.677
236.6
9
2号高加疏水温度
℃
209.8
210.397
227.1
10
3号高加疏水温度
℃
180
178.351
189.5
11
1号高加出水温度
℃
278.9
275.107
256.4
12
2号高加出水温度
℃
246.2
248.393
219.6
13
3号高加出水温度
℃
204.3
202.151
197.1
14
3号高加进水温度
℃
174.4
173.821
176.9
15
1号高加给水端差
℃
-1.5
-2.057
15.981
16
1号高加疏水端差
℃
5.6
4.284
17
17
2号高加给水端差
℃
0
-0.668
31.116
18
2号高加疏水端差
℃
5.5
8.246
30
19
3号高加给水端差
℃
0
0.032
8.427
20
3号高加疏水端差
℃
5.6
4.53
12.6
21
三台高加给水压降
Mpa
0.214
0.3852
0.527
22
三台高加给水温升
℃
104.5
101.286
79.5
5.2 高压加热器水位调整前后的性能数据
潍坊发电厂 l 号机组的高压加热器，长期存在端差大的问题,严重地影响机组的经济运行，经过仔细检查研究，发现是高加疏水调节阀和危机疏水阀泄漏导致高加水位偏低， 1 号、 2号、 3号高加疏水调节阀都有不同程度被汽水冲刷现象，将三个调门更换，并更换就地水位计，对所有水位仪校验调整，使高加在正常水位下运行。经过以上检查调整， 加热器的疏水端差和给水端差接近设计值。
经过以上调整，机组热耗率下降76.069 kJ／kW.h ，占机组热耗率的0.87％,折合煤耗率3g/kw.h具有显著的节能效果。

表5 潍坊电厂 1 号机组高加调整前后高加性能数据
序号
项目
单位
设计值
调整前
调整后
热耗率下降（kj/kw.h）
1
1号高加给水端差
℃
0
11.2
0.317
11.742
2
1号高加疏水端差
℃
5.6
29.516
7.12
14.995
3
2号高加给水端差
℃
0
12.619
0.153
27.142
4
2号高加疏水端差
℃
5.5
33.096
6.17
7.547
5
3号高加给水端差
℃
-1.6
5.72
0.041
12.84
6
3号高加疏水端差
℃
5.5
23.304
7.39
1.803
6 结束语
高压加热器端差大的原因多种多样，对机组经济性和安全性影响又非常显著，应该结合高加运行的具体状况，作出分析，进行检查调整和改造，使高压加热器在接近设计性能参数的状态下运行，对确实已泄漏严重的老式高加，可以考虑更换为最新设计的高压加热器，其节能效果和经济效益还是很客观的。

参考文献：
[1]王学栋，张勇，郑维峰 高加端差对机组经济性的影响《山东电力技术》2004年第3期
[2]曹祖庆，江 宁，陈行庚 大型汽轮机组典型事故及预防[ M] 北京：中国电力出版社， 1 9 9 9
[3]葛晓霞，缪国钧 加热器端差对机组经济性的影响 《汽轮机技术》，第48卷，第5期2006年10月
[4]曹伟武，付峰 《高压加热器疏水端差的研究》

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