第3章发电厂的回热加热系统

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1、第第3章章 发电厂的回热加热系统发电厂的回热加热系统 回热加热器的类型回热加热器的类型 表面式加热器及系统的热经济性表面式加热器及系统的热经济性 给水除氧及除氧器给水除氧及除氧器 除氧器的运行及其热经济性分析除氧器的运行及其热经济性分析 汽轮机组原则性热力系统计算汽轮机组原则性热力系统计算3.1 回热加热器的类型回热加热器的类型回热循环回热循环 由回热加热器、回热抽汽管道、由回热加热器、回热抽汽管道、水管道、疏水管道组成的一个加热系统水管道、疏水管道组成的一个加热系统加热器类型加热器类型 混合式加热器：混合式加热器：汽水直接接触汽水直接接触 表面式加热器：表面式加热器：汽水不接触，通过金属壁面

2、换热汽水不接触，通过金属壁面换热 立式加热器立式加热器 卧式加热器卧式加热器（1 1）混合式加热器结构）混合式加热器结构3.1.1混合式加热器混合式加热器卧式卧式立式立式（2）混合式加热器及其系统的特点）混合式加热器及其系统的特点无端差，热经济性无端差，热经济性结构简单，造价低结构简单，造价低无传热面无传热面兼作除氧器兼作除氧器回热系统复杂（需加水泵、集水箱），可靠度回热系统复杂（需加水泵、集水箱），可靠度低，造价高低，造价高采用重力式回热系统可解决上述问题，且经济采用重力式回热系统可解决上述问题，且经济性提高（性提高（i提高提高0.3%0.5%）带有两组重力布置方式的混合式带有两组重力布置方

3、式的混合式加热器回热系统加热器回热系统 pc p1 p2 p3 p4 p5 p7 p6全部低压加热器为混合式的系统全部低压加热器为混合式的系统12345678CH1H2H3H4H5H6H7H8SG2SG1至C带有部分混合式低压加热器的热力系统带有部分混合式低压加热器的热力系统（1）表面式加热器结构）表面式加热器结构分类：分类：布置方式：卧式、立式布置方式：卧式、立式水的引入引出方式：水室结构、联箱结构水的引入引出方式：水室结构、联箱结构（2）表面式加热器的特点）表面式加热器的特点3.1.2 3.1.2 表面式加热器表面式加热器水室结构加热器（水室结构加热器（U U形管管板式加热器）形管管板式加

4、热器）用途：低压加热器、用途：低压加热器、中小机组高压加热器中小机组高压加热器疏水疏水 表面式加热器中加热蒸汽在表面式加热器中加热蒸汽在管外冲刷放热后的凝结水管外冲刷放热后的凝结水端差（上端差、出口端差）端差（上端差、出口端差）表面式加热器管内流动的水吸热升温后表面式加热器管内流动的水吸热升温后的出口温度与疏水温度之差的出口温度与疏水温度之差管板管板U U形管束卧式高压加热器结构示意形管束卧式高压加热器结构示意 1-U1-U形管；形管；2-2-拉杆和定距管；拉杆和定距管；3-3-疏水冷却段端板；疏水冷却段端板；4-4-疏水冷却段进口；疏水冷却段进口；5-5-疏水冷却段隔板；疏水冷却段隔板；6-

5、6-给水进口；给水进口；7-7-人孔密封板；人孔密封板；8-8-独立的分流隔板；独立的分流隔板；9-9-给水出口；给水出口；10-10-管板；管板；11-11-蒸汽冷却段遮热板；蒸汽冷却段遮热板；12-12-蒸汽进口；蒸汽进口；13-13-防冲板；防冲板；14-14-管束保护环；管束保护环；15-15-蒸汽冷却段隔板；蒸汽冷却段隔板；16-16-隔板；隔板；17-17-疏水进口；疏水进口；18-18-防冲板；防冲板；19-19-疏水出口疏水出口 联箱结构加热器联箱结构加热器用途：大机组高压加热器用途：大机组高压加热器1 1给水入口联箱；给水入口联箱；2 2正常水位；正常水位；3 3上级疏水入口

6、；上级疏水入口；4 4给水出口联给水出口联箱；箱；5 5凝结段；凝结段；6 6人孔；人孔；7 7安全安全阀接口；阀接口；8 8过热蒸汽冷却段；过热蒸汽冷却段；9 9蒸汽入口；蒸汽入口；1010疏水出口；疏水出口；1111疏疏水冷却段；水冷却段；1212放水口放水口（2 2）表面式加热器的特点）表面式加热器的特点3.2 表面式加热器及系统的热经济性表面式加热器及系统的热经济性3.2.1 表面式加表面式加热器的端差热器的端差1加热蒸汽加热蒸汽2汽测压力汽测压力 下的饱和状态下的饱和状态tsj 疏水温度疏水温度twj+1 进入加热器的凝结水温度进入加热器的凝结水温度twj离开加热器的凝结水温度离开加

7、热器的凝结水温度 端差：端差：=tsj twj分析：分析：，热经济性，热经济性jpt,CtabA,m212abtwj+1twjtsj12jp表面式加表面式加热器端差的选择热器端差的选择端差与换热面积的关系：端差与换热面积的关系：换热面积换热面积，无过热蒸汽冷却段：无过热蒸汽冷却段：=36C有过热蒸汽冷却段：有过热蒸汽冷却段：=-12Ct,CtabA,m212abtwj+1twjtsj12jp1pKAGcte3.2.2 抽汽管道压降抽汽管道压降pj及热经济性及热经济性抽汽管道压降抽汽管道压降ppj j 汽轮机抽汽口压力汽轮机抽汽口压力p pj j和和j j级回热级回热加热器内汽侧压力加热器内汽侧

8、压力 之差，即之差，即影响因素：蒸汽流速、局部阻力影响因素：蒸汽流速、局部阻力一般一般 p pj j不大于抽汽压力不大于抽汽压力p pj j的的10%10%大容量机组取大容量机组取4%4%6%6%分析：分析：p pj j ，热经济性，热经济性jpjjjppptwj+1twjtsjjjpjpjpj+11jp3.2.3 蒸汽冷却器及其热经济性分析蒸汽冷却器及其热经济性分析（1 1）蒸汽冷却器作用）蒸汽冷却器作用 回热加热器内汽水换热的不可逆损失回热加热器内汽水换热的不可逆损失 加热器出口水温，加热器出口水温，端差端差，热经济性热经济性（2 2）蒸汽冷却器类型）蒸汽冷却器类型内置式蒸汽冷却器内置式蒸

9、汽冷却器：与加热器本体合成一体：与加热器本体合成一体（过热蒸汽冷却段）（过热蒸汽冷却段）外置式蒸汽冷却器外置式蒸汽冷却器：具有独立的加热器外壳，布置灵活：具有独立的加热器外壳，布置灵活(b)(a)(a)内置式；内置式；(b)(b)外置式，外置式，SC2SC2与主水流并联；与主水流并联；(c)(c)外置式，外置式，SC2SC2与主水流串联与主水流串联内置式蒸汽冷却器（过热蒸汽冷却段）内置式蒸汽冷却器（过热蒸汽冷却段）优点：简单，投资小优点：简单，投资小缺点：冷却段面积小，只能提高本级出口水温，热经济缺点：冷却段面积小，只能提高本级出口水温，热经济性改善小，提高性改善小，提高0.15%0.15%0

10、.20 0.20%外置式蒸汽冷却器外置式蒸汽冷却器优点：减少本级端差，提高最终给口水温度；换热面积优点：减少本级端差，提高最终给口水温度；换热面积大，热经济性可提高大，热经济性可提高0.3%0.3%0.5%；布置方式灵活；布置方式灵活缺点：造价高缺点：造价高（3 3）蒸汽冷却器的连接方式）蒸汽冷却器的连接方式水侧连接方式：水侧连接方式：内置式蒸汽冷却器：内置式蒸汽冷却器：串联连接（顺序连接）串联连接（顺序连接）外置式蒸汽冷却器：外置式蒸汽冷却器：串联连接：全部给水流经冷却器串联连接：全部给水流经冷却器并联连接：只有一部分给水进入冷却器并联连接：只有一部分给水进入冷却器图2-13 内置蒸汽冷却器

11、单级串联内置式蒸汽冷却器单级串联内置式蒸汽冷却器单级串联外置式蒸汽冷却器连接方式外置式蒸汽冷却器连接方式(a)(a)单级并联；单级并联；(b)(b)单级串联；单级串联；(c)(c)与主水流分流两级并联；与主水流分流两级并联；(d)(d)与主水流串联与主水流串联两级并联；两级并联；(e)(e)先先j-1j-1级，后级，后j j级的两级串联；级的两级串联；(f)(f)先先j j级，后级，后j-1j-1级的两级串联级的两级串联 串联连接串联连接优点：进水温度高，换热温差小，优点：进水温度高，换热温差小，损小；损小；缺点：给水全部流经冷却器，给水系统阻力大，缺点：给水全部流经冷却器，给水系统阻力大，泵

12、功消耗多泵功消耗多并联连接并联连接优点：给水系统阻力小，泵功消耗少；主水流分优点：给水系统阻力小，泵功消耗少；主水流分流，前级回热抽汽减少流，前级回热抽汽减少缺点：进水温度小，换热温差大，缺点：进水温度小，换热温差大，损大损大（4 4）外置式蒸汽冷却器连接方式比较）外置式蒸汽冷却器连接方式比较3.2.4 表面式加热器的疏水方式及热经济性分析表面式加热器的疏水方式及热经济性分析（1)1)疏水收集方式疏水收集方式将加热器凝结水收集并汇集于系统的主水流将加热器凝结水收集并汇集于系统的主水流（主给水或主凝结水）中（主给水或主凝结水）中疏水逐级自流方式疏水逐级自流方式利用汽侧压差，将压力较高的疏水自流到

13、利用汽侧压差，将压力较高的疏水自流到压力较低的加热器中，逐级自流直至与主水流汇合压力较低的加热器中，逐级自流直至与主水流汇合疏水逐级自流方式疏水逐级自流方式疏水泵方式疏水泵方式 由于表面式加热器汽侧压力远小于水由于表面式加热器汽侧压力远小于水侧压力（特别是高压加热器），借助疏水泵侧压力（特别是高压加热器），借助疏水泵将疏水与水侧的主水流汇合，汇入点常为该将疏水与水侧的主水流汇合，汇入点常为该加热器的出口水流中加热器的出口水流中(2)(2)不同疏水方式的热经济性分析不同疏水方式的热经济性分析热量法：热量法：考虑对高一级与低一级抽汽量的影响；考虑对高一级与低一级抽汽量的影响；做功能力法：做功能力法

14、：考虑换热温差和相应的考虑换热温差和相应的损变化损变化疏水泵方式疏水泵方式疏水与主水流混合后，疏水与主水流混合后，端差端差，热经济性热经济性疏水逐级自流方式疏水逐级自流方式高一级抽汽量高一级抽汽量，低一级抽汽量，低一级抽汽量，热经济性热经济性hwj-1 pj-1Dj-1 pjDj pj+1Dj+1 b ahjhwj-1 pj-1Dj-1 pjDj pj+1Dj+1(3)(3)疏水冷却器的设置疏水冷却器的设置目的：目的：减少疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷减少疏水逐级自流排挤低压抽汽所引起的附加冷源热损失或因疏水压力降产生热能贬值带来的源热损失或因疏水压力降产生热能贬值带来的损；损；降低疏

15、水经节流后产生蒸汽形成两相流的可能性降低疏水经节流后产生蒸汽形成两相流的可能性布置方式：外置式、内置式布置方式：外置式、内置式pjhjhwjpj+1hj+1hjhj+1hwj+1hwj+2疏水冷却段的加热器示意图疏水冷却段的加热器示意图1wjsjtt下端差（入口端差）下端差（入口端差）加装疏水冷却器（段）后，加装疏水冷却器（段）后，疏水温度与本级加热器进口水疏水温度与本级加热器进口水温之差温之差 一般推荐一般推荐 =5=510 10(4)(4)实际系统疏水方式的选择实际系统疏水方式的选择 技术经济比较：对热经济性影响约为技术经济比较：对热经济性影响约为0.5%0.5%0.15%0.15%疏水逐

16、级自流方式加冷却器：简单、可靠、费用少；疏水逐级自流方式加冷却器：简单、可靠、费用少；运行安全性好运行安全性好应用：高压加热器、低压加热器应用：高压加热器、低压加热器 疏水泵方式疏水泵方式 ：系统复杂，投资大：系统复杂，投资大应用：大、中型机组的最后一、二级低压加热器应用：大、中型机组的最后一、二级低压加热器 N600MWN600MW机组：全疏水逐级自流方式机组：全疏水逐级自流方式+冷却器冷却器 N300MWN300MW机组：全疏水逐级自流方式机组：全疏水逐级自流方式+冷却器或冷却器或 第第3 3台低加采用疏水泵方式台低加采用疏水泵方式系统简单，安全可靠系统简单，安全可靠（最低压力低压加热器无

17、冷却段）（最低压力低压加热器无冷却段）3.2.63.2.6实际机组回热原则性热力系统实际机组回热原则性热力系统 回热系统基本连接方式：回热系统基本连接方式：（1 1）一台混合式加热器作为除氧器，将回热加热器）一台混合式加热器作为除氧器，将回热加热器分为高压加热器组和低压加热器组；分为高压加热器组和低压加热器组；（2 2）高压加热器疏水逐级自流进入除氧器）高压加热器疏水逐级自流进入除氧器（3 3）低压加热器疏水逐级自流方式进入凝汽器热井）低压加热器疏水逐级自流方式进入凝汽器热井或在末级或次末级加热器采用疏水泵将疏水打入加热或在末级或次末级加热器采用疏水泵将疏水打入加热器出口水管道中。器出口水管道

18、中。回热抽汽过热度较小时不宜采用蒸汽冷却器；回热抽汽过热度较小时不宜采用蒸汽冷却器；小机组不宜采用蒸汽冷却器和疏水冷却器小机组不宜采用蒸汽冷却器和疏水冷却器 3.3 给水除氧及除氧器给水除氧及除氧器3.3.1给水除氧给水除氧的必要性的必要性水中溶氧的危害：水中溶氧的危害：腐蚀热力设备及其管道；腐蚀热力设备及其管道；造成传热恶化，降低机组的热经济性；造成传热恶化，降低机组的热经济性；水中溶氧控制指标：水中溶氧控制指标：锅炉蒸汽压力为锅炉蒸汽压力为5.8MPa5.8MPa及以下，及以下，水中溶氧水中溶氧1515g/Lg/L锅炉蒸汽压力为锅炉蒸汽压力为5.9MPa5.9MPa及以上，及以上，水中溶氧

19、水中溶氧7 7g/Lg/L亚临界和超临界直流锅炉，彻底除氧亚临界和超临界直流锅炉，彻底除氧3.3.2给水除氧方法给水除氧方法（1）化学除氧）化学除氧 联胺联胺N N2 2H H4 4处理处理 N N2 2H H4 4+O+O2 2 N N2 2+H+H2 2O O 3N 3N2 2H H4 4 N N2 2+4NH+4NH3 3 NH NH3 3+H+H2 2O NHO NH4 4OHOH 合理条件：水温合理条件：水温150150，PH=9PH=91111，联胺适当过剩，联胺适当过剩 中性水加气态氧或过氧化氢处理中性水加气态氧或过氧化氢处理NWTNWT）加氧加氨联合水处理加氧加氨联合水处理CW

20、T CWT（2）物理）物理(热力热力)除氧除氧 无残留物，便宜，做加热器。主要除氧方法无残留物，便宜，做加热器。主要除氧方法3.3.3热力除氧原理热力除氧原理 (mg/L)式中 p0混合气体全压力，MPa，kd 该气体的重量溶解度系数，mg/L 它与气体种类，水面上该气体分压力和水的温度有关。P不平衡压差(即平衡压力与实际分压力之差)，MPa。0bdpbkp222220NOCOH OjH Oppppppp单位：MPadhQKAtmGk Ap单位：mg/h图图(a)水中水中O2的溶解度；的溶解度；(b)水中水中CO2的溶解度的溶解度设计 除 氧 温 度，t,51必须严格控制将水温加热至该压力下的

21、饱和温度，pH2O=p0，这是热除氧的必要条件。必须把水中逸出的气体及时排走，保证氧气等气体分压为零或最小一般气体(O2、CO2、空气等)在水中的溶解量与水温成反比，与压力成反比；根据传质方程，要有足够的不平衡压差 p（pj尽可能小）和A，这是热除氧的充分条件；排 气 凝结水 疏水 蒸汽 疏水 补充图图5-4 大气压力式立式淋水盘式大气压力式立式淋水盘式除氧头除氧头1补充水管；2凝结水管；3疏水箱来疏水管；4高压加热器来疏水管；5进汽管；6汽室；7排气管图图5-5 喷雾淋水盘填料式卧式高压除氧器喷雾淋水盘填料式卧式高压除氧器1高压疏水入口；2喷嘴；3排汽管；4主要凝结水进水管；5一次加热蒸汽进

22、口管；6二次蒸汽进口管；7淋水盘；8填料层；9弓形水室；10汽平衡管；11下水管；12备用接口；13支撑角钢；14疏水管；15弹簧式安全阀蒸汽蒸汽除氧水无头除氧器无头除氧器 1.水箱；2.给水雾化装置；3.主蒸汽加热装置；4.辅助加热装置；5.挡水板；6.隔板；7.除氧水出口；8.排气口28341675（1）除氧器的平衡）除氧器的平衡 物质平衡式为：热平衡式为 将上列物质平衡式改写整理为：434fwdflvsgc图图5-11 三号高压加热器与除氧的三号高压加热器与除氧的局部热力系统局部热力系统 H4 hw4 fw H3 3 h3 d2,h2 d3,h3 c4,hw5 f,hf 4,h4 sg,

23、hsg lv,h lv 443 345449dlvlvsgsgffcwfwwhhhhhhh443()cfwdflvsg44533555545()()()()()()wdwffwlvlvwsgsgwfwwwhhhhhhhhhhhh 滑压运行除氧器在滑压范围内的加热蒸汽压力、随主机负荷而变动(滑压)、无蒸汽节流损失。定压除氧器却必须在进汽管上装压力调节阀，以维持除氧器工作压力为某定值(定压)，这就带来压力调节的蒸汽节流损失。在相当高的低负荷(如70%)时就必须切换到压力更高的某级回热抽汽压力时尤甚，如图5-9所示。图图5-9 除氧器不同运行方式的除氧器不同运行方式的热经济性热经济性定压运行除氧器

24、滑压运行除氧器 定压低负荷切换 滑压 低负 荷切 换 定压 滑压,%i P/pr,%p1 p2 p3 pc H2 H1 1 2 H1 H2 2 p2 p1 p2 3 0.7841.274MPa 对外供热 p2 p1 p3 1 2 p4 H4 hw2(a)(b)(c)(a)单独连接定压除氧器；(b)前置连接定压除氧器；(c)滑压除氧器1切换阀；2压力调节阀；3回转隔板电负荷变化 对除氧效果的影响 对给水泵汽蚀的影响 电负荷骤降 1.除氧器压力随电负荷骤然下降；2.水温滞后变化；3.水箱内水闪蒸，改善除氧效果。1.除氧器压力随电负荷骤然下降；2.水温滞后变化；3.水泵入口水温，恶化汽蚀。电负荷骤升

25、 1.除氧器压力随电负荷骤升而提高；2.对应饱和水温；3.已离析氧气重返水中，恶化除氧效果。1.除氧器压力随电负骤升而提高；2.对应饱和水温；3.水泵入口汽温，给水泵入口不会汽蚀 ddpp ddtt ddpp ddtt ddppddttdvtt vdtt ddpp dvtt 给水泵的有效净正吸水头 和必需净正吸水头的 在 稳压工况下，与流量 Q 的关系如图5-18(a)所示。aNPSH图5-18 (a)给水泵的 关系 (b)吸入口压降+流道压降(a)HmQ,m3/hNPSHrNPSHNPSHaQ-H MONPSH稳定工作区汽蚀区NpdpHdNPSPaNPSHrNPSPHK泵吸入口叶轮入口压力最

26、低部分叶轮出口(b)rNPSHarNPSHNPSH、rNPSH（1）骤降电负荷给水泵汽蚀的）骤降电负荷给水泵汽蚀的H-图分析图分析图5-19的纵座标为压头H；横座标为时间。按不同工况分析如下：Hd+a b a b c d d c e,min 稳定工况 NPSH=h NPSH 0 但越来越小 NPSH 0 负值越来越大 滞后时间 T 甩负荷开始 水泵汽化最严重 h Hmax H NPSHr h(pd/dg)0=(pv/vg)0 p/g f 变动工况暂态过程 abed abecd abcd 泵内最低压头=rdddNPSHgpHgp 汽化压头 pv/v g 除氧器压头 pd/d g 图5-19 骤降

27、电负荷给水泵汽蚀的H-图（除氧器入口凝结水温不变时）pdpHdNPSPaNPSHrNPSPHK泵吸入口叶轮入口压力最低部分叶轮出口(b)BHPCIPCLPCG凝结水贮水箱除盐装置DESG2H8SG1CP1CP2H7CP3H6H5H4HH1凝结水泵CP4小汽机凝汽器汽动给水泵H1H2水位调节器（一）（一）加热器的热平衡式加热器的热平衡式1 1、热平衡式、热平衡式（1 1）吸热量吸热量 =放热量放热量 h h h h加热器效率加热器效率 （2 2）流入热量流入热量 =流出热量流出热量 流入热量中的蒸汽部分乘以蒸汽焓的利用系数流入热量中的蒸汽部分乘以蒸汽焓的利用系数 h h 2 2、典型热平衡式示例

28、、典型热平衡式示例（1）混合式加热器）混合式加热器hjhwjwjjhw(j+1)1(jw)()()1()1()1()1()1()1()1(jwwjjwhwjjjwjwjjwjwhjjwjwjjwjwjjjwjwjhhhhhhhhhh或或jjhwjwjh)1(jwwjhjjh)()()()()()()1()1()1(jwwjwjjhjjjwwjwjhjjjjwwjwjjjjhhhhhhhhhhhh或或（2 2）表面式加热器）表面式加热器（3）表面式加热器不同连接方式下）表面式加热器不同连接方式下热平衡方程的处理方法热平衡方程的处理方法hwz-1z-1hwzzhchwzmhwzzchwc(a)(b)hwz-1z-1hwzzhchwzmhwzzchwc(a)(b)