汽輪機(jī)低壓加熱器中汽液兩相流疏水器使用問題分析

      汽輪機(jī)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(jī)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(jì)性情況。
      目前300MW汽輪機(jī)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(jī)組情況略好，7,#8低加危急疏水只需部分開啟即可運(yùn)行；但有些機(jī)組必須全開危急疏水，從運(yùn)行情況看，正常疏水流量很小；有些機(jī)組由于低加水位不準(zhǔn)確，運(yùn)行人員強(qiáng)制開啟危急疏水，導(dǎo)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(yùn)行必然導(dǎo)致七、八段抽汽流量增加，不利于機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。而疏水不暢或汽水混流，均能導(dǎo)致#7#8低加滿水至低壓缸，危及機(jī)組主設(shè)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(jī)，設(shè)計(jì)低加疏水采用逐級自流方式。以該機(jī)組低加運(yùn)行情況為例進(jìn)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(guān)鍵是對低加水位計(jì)和水位開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)，使水位計(jì)和水位開關(guān)能正常運(yùn)行，確保運(yùn)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(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝、設(shè)備運(yùn)行等原因引起的。其主要原因在于七、八段抽汽壓差較小，導(dǎo)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(shè)計(jì)低加疏水采用逐級自流方式。以該機(jī)組低加運(yùn)行情況為例進(jìn)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(guān)鍵是對低加水位計(jì)和水位開關(guān)進(jìn)行校驗(yàn)，使水位計(jì)和水位開關(guān)能正常運(yùn)行，確保運(yùn)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(shè)計(jì)、管道設(shè)計(jì)、設(shè)備安裝、設(shè)備運(yùn)行等原因引起的。其主要原因在于七、八段抽汽壓差較小，導(dǎo)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(shè)計(jì)值見表1。
表1額定工況低加設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值看就容易發(fā)生疏水不暢。
      從實(shí)際運(yùn)行情況看，由于低壓缸運(yùn)行狀況、低壓缸排汽真空隨循環(huán)水溫度變化，往往導(dǎo)致七、八段抽汽壓力偏離設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jìn)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(jī)組設(shè)計(jì)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(dǎo)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(shè)計(jì)值較遠(yuǎn)，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(yùn)行中難以實(shí)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(jì)，保證低加水位計(jì)量準(zhǔn)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(jì)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(yùn)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(dāng)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(yùn)行時開度較小的機(jī)組。當(dāng)改造前運(yùn)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(yùn)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(dǎo)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(jì)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(jī)組經(jīng)濟(jì)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(shè)疏水冷卻段的原因。
      以300MW機(jī)組為例，按設(shè)計(jì)熱平衡圖和等效熱降法計(jì)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(jìn)汽壓力下的飽和溫度，熱耗率將比設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)值低4.2kJ/kWh。由以上計(jì)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(yùn)行維護(hù)，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(jì)算中危急疏水溫度采用進(jìn)汽壓力對應(yīng)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(jì)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(jì)性還將上升。
      300MW汽輪機(jī)末兩級低壓加熱器疏水不暢主要是由于設(shè)計(jì)疏水壓差較小，且疏水流量較大引起的。另外，部分機(jī)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(jī)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(jìn)行改造；對一些問題較嚴(yán)重的機(jī)組建議采用加裝汽液兩相流疏水器的方式進(jìn)行改造，可以徹底解決此問題，有利于機(jī)組的節(jié)能降耗。