汽輪機低壓加熱器中汽液兩相流疏水器使用問題分析

      汽輪機低壓加熱器中汽液兩相流疏水器使用問題分析，分析目前國內(nèi)300MW汽輪機末兩級低壓加熱器疏水不暢現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，提出解決方案，并按等效熱降法核算其改造后經(jīng)濟性情況。
      目前300MW汽輪機普遍存在末兩級低壓加熱器(通常稱為#7#8低加)疏水不暢，必須開啟危急疏水才能保證低加水位的現(xiàn)象。部分機組情況略好，7,#8低加危急疏水只需部分開啟即可運行；但有些機組必須全開危急疏水，從運行情況看，正常疏水流量很��；有些機組由于低加水位不準確，運行人員強制開啟危急疏水，導致危急疏水溫度很高，甚至已經(jīng)是汽水混流。
      7,8低加危急疏水開啟運行必然導致七、八段抽汽流量增加，不利于機組的經(jīng)濟性。而疏水不暢或汽水混流，均能導致#7#8低加滿水至低壓缸，危及機組主設備安全。
1原因分析
      某廠生產(chǎn)的N300-16.7/537/537-7型亞臨界、一次中間再熱、兩缸兩排汽、單軸凝汽式汽輪機，設計低加疏水采用逐級自流方式。以該機組低加運行情況為例進行分析。
1.1汽液兩相流疏水器低加水位控制問題
      造成低加危急疏水汽水混流的主要原因是由于#7#8低加水位顯示不正常，解決這一問題的關鍵是對低加水位計和水位開關進行校驗，使水位計和水位開關能正常運行，確保運行人員可通過危急疏水調(diào)整門調(diào)整低加水位，保證不出現(xiàn)低加滿水現(xiàn)象，避免危急疏水汽水混流和水擊現(xiàn)象。
1.2低加疏水壓差低
      7#8低加正常疏水不暢，是由熱力系統(tǒng)設計、管道設計、設備安裝、設備運行等原因引起的。其主要原因在于七、八段抽汽壓差較小，導致疏水壓差較低，同時和#5,#6低加相比，疏水流量較大所致。其疏水壓差(采用抽汽壓差代替)和疏水流設計低加疏水采用逐級自流方式。以該機組低加運行情況為例進行分析。
1.1低加水位控制問題
      造成低加危急疏水汽水混流的主要原因是由于#7#8低加水位顯示不正常，解決這一問題的關鍵是對低加水位計和水位開關進行校驗，使水位計和水位開關能正常運行，確保運行人員可通過危急疏水調(diào)整門調(diào)整低加水位，保證不出現(xiàn)低加滿水現(xiàn)象，避免危急疏水汽水混流和水擊現(xiàn)象。
1.2低加疏水壓差低
      7#8低加正常疏水不暢，是由熱力系統(tǒng)設計、管道設計、設備安裝、設備運行等原因引起的。其主要原因在于七、八段抽汽壓差較小，導致疏水壓差較低，同時和#5,#6低加相比，疏水流量較大所致。其疏水壓差(采用抽汽壓差代替)和疏水流量在額定工況的設計值見表1。
表1額定工況低加設計參數(shù)
名稱 疏水壓差/kPa 疏水流量/t·h-1
#5低加至#6低加 207 25.649
#6低加至#7低加 122 48.909
#7低加至#8低加 73 73.15
#8低加至凝汽器 57.6 124.268
      由表1可知，汽液兩相流疏水器抽汽壓力越低的加熱器疏水壓差越小，然而疏水流量卻越大，因此，從熱力系統(tǒng)設計值看就容易發(fā)生疏水不暢。
      從實際運行情況看，由于低壓缸運行狀況、低壓缸排汽真空隨循環(huán)水溫度變化，往往導致七、八段抽汽壓力偏離設計值，而且由于七、八段抽汽壓力較低，其相對變化量可能較大。七、八段抽汽壓力偏離設計值可能對低加疏水不利。
1.3汽液兩相流疏水器安裝不合理
      7#8低加安裝在同一個殼體內(nèi)，#7低加正常疏水從低加底部引出，至少需要經(jīng)過3個彎頭才能引至#8低加。如果現(xiàn)場安裝條件不好，可能需要增加疏水管道長度和彎頭，增加了管道阻力，不利于低加疏水的暢通。#7低加疏水管道安裝的時候受現(xiàn)場條件制約，彎至#7,#8低加上方，再彎下來進入#8低加(見圖1)。這種安裝方式對低加疏水是非常不利的。從300MW機組設計參數(shù)看，七、八段抽汽壓差僅73kPa,換算成水柱約為7.3mH?O。要克服管道高差的影響，可能只有30～40kPa的壓差將疏水送入#8低加，很難滿足疏水流量的要求，導致疏水不暢。如果疏水管道高于7,8低加較多，同時七、八段抽汽壓差偏低設計值較遠，正常疏水可能無法流動。即便考慮采用虹吸，也需要疏水先充滿管道，在運行中難以實現(xiàn)。
(a)改造前(b)改造后
圖1汽液兩相流疏水器疏水管道的的安裝方式
2對策
      從以上分析知，七、八段抽汽壓差太小和正常疏水管道布置不合理是造成#7#8低加疏水不暢的主要原因。汽液兩相流疏水器解決該問題的對策如下：
      1)校核低加水位計，保證低加水位計量準確可靠。保證低加不會滿水至低壓缸，同時可以保證低加危急疏水管道不至于發(fā)生汽水混流和水擊。由于避免了蒸汽直接從危急疏水漏入凝汽器，有利于經(jīng)濟性，但低加水位出現(xiàn)高Ⅱ值時#7#8低加危急疏水可能仍然需要開啟運行。
      2)改造低加疏水管道，盡量減少管道彎頭和管道長度或增加管道通流面積，疏水管道降至#8低加疏水口的水平高度以下，以降低管道阻力。這樣可以增加低加疏水通流能力，但當七、八段抽汽壓差較小仍有低加疏水不暢的問題。
      該方法適用于#7,8低加危急疏水改造前運行時開度較小的機組。當改造前運行的危急疏水開度很大，改造后低加疏水有所改善，但不能完全解決問題。一旦低壓缸運行狀況發(fā)生變化或低壓缸排汽壓力變化較大，引起七、八段抽汽壓差減小，低加正常疏水不暢，導致危急疏水需要開啟。
      3)可以采用增加汽液兩相流疏水器將#7低加疏水打至#7低加出口。汽液兩相流疏水器采用變頻方式自動控制，保證低加水位正常。由于汽液兩相流疏水器較小，增加變頻汽液兩相流疏水器投資并不大。七、八段抽汽壓差不再作為#7低加疏水動力，因此不需要考慮低壓缸及排汽真空變化對疏水的影響。由于#7低加汽液兩相流疏水器至#7低加出口，#8低加的疏水流量大大降低，從而保證了#8低加疏水可以正常自流至凝汽器。
3采用汽液兩相流疏水器改造的經(jīng)濟性核算
      按等效熱降法分析，七段抽汽和上級疏水在#7低加的放熱量可分為2部分，1部分為抽汽焓、上級疏水焓至#7低加飽和水焓；2部分為#7低加飽和水焓至#7低加正常疏水焓。如果#7低加逐級自流至#8低加，這2部分熱量都將被利用于#7低加。如果#7低加疏水端差增加，則熱量將有一部分被利用于#8低加，從而引起熵增，對機組經(jīng)濟性不利。
      如果采用增加汽液兩相流疏水器的方式，取水口一是從正常疏水管道上取水，二是從危急疏水管道上取水。這樣1部分熱量都將被利用于#7低加。2部分熱量則不同，如果從正常疏水管道上取水，這部分熱量被利用于#7低加；而從危急疏水管道上取水，熱量將被利用于#6低加，因此，汽液兩相流疏水器的取水口好在#7低加的危急疏水管道上。這也是采用汽液兩相流疏水器的加熱器全部不設疏水冷卻段的原因。
      以300MW機組為例，按設計熱平衡圖和等效熱降法計算，如果#7低加疏水由正常疏水全部改走危急疏水，且危急疏水溫度為進汽壓力下的飽和溫度，熱耗率將比設計值增加約18.7kJ/kWh,折合供電煤耗約0.75g/kWh。如果從正常疏水取水后泵至#7低加出口，熱耗率將比設計值降低2.3kJ/kWh;如果從危急疏水取水打至#7低加出口，熱耗率將比設計值低4.2kJ/kWh。由以上計算看，如果#7,#8低加疏水能夠逐級自流，考慮到汽液兩相流疏水器的成本、用電量以及運行維護，不采用汽液兩相流疏水器是合理的，但是，如果疏水完全不能逐級自流，增加汽液兩相流疏水器后熱耗率將下降4.2+18.7=22.9kJ/kWh,折合供電煤耗約0.916g/kWh,扣除汽液兩相流疏水器的耗電，供電煤耗將下降約0.85g/kWh。
      以上計算中危急疏水溫度采用進汽壓力對應的飽和溫度，且#7低加疏水全部走危急疏水。如果#7低加有部分疏水通過正常疏水流動，其改造經(jīng)濟性將有所下降；如果#7低加疏水全部走危急疏水且存在汽水混流現(xiàn)象，其改造經(jīng)濟性還將上升。
      300MW汽輪機末兩級低壓加熱器疏水不暢主要是由于設計疏水壓差較小，且疏水流量較大引起的。另外，部分機組疏水管徑較小、管道安裝不合理也是一個重要原因。對問題較輕微的機組，可采用調(diào)整疏水管徑、減少疏水管道彎頭和長度的方式進行改造；對一些問題較嚴重的機組建議采用加裝汽液兩相流疏水器的方式進行改造，可以徹底解決此問題，有利于機組的節(jié)能降耗。