第一节-回热加热器..ppt

第一节回热加热器 一 回热加热器的型式 一 按传热方式分 1 混和式加热器定义及工作过程 混合式加热器是利用蒸汽和给水直接接触换热的 在加热器内蒸汽与较低温度的给水接触 蒸汽凝结放热 将热量传给给水 提高给水温度 因此 混合式加热器的给水温度可以达到加热蒸汽压力下的饱和温度 混合式加热器的特点 1 传热效果好 2 结构简单 造价低 3 便于汇集不同温度的疏水 4 加热器后要设置给水泵 而且高压加热器的给水泵要在较高水温条件下工作 5 给水泵台数增多 使厂用电消耗增大 6 对采用非调节抽汽的汽轮机或滑压运行的除氧器 当机组负荷突然降低时 给水泵工作的可靠性降低 结论 混合式加热器在国内的发电厂中 一般不专门作为回热加热器使用 而是作为除氧设备 它在系统中的位置 高压加热器与低压加热器之间 因为如果将除氧器放置在紧靠省煤器侧 除氧器后的给水泵要在很高的水温条件下工作 其可靠性更差 如果将除氧器放置在紧靠凝汽器侧 除氧器后的所有加热器的受热面内都要承受给水泵所产生的高压水 使其可靠性降低 还会增加加热器的造价 2 表面式加热器的特点 1 表面式加热器所组成的系统简单 2 其系统所需的水泵数量少 节省厂用电 3 表面式加热器的换热效果差 存在端差 热经济性低 4 加热器金属消耗量大 造价高 有的还需要配备疏水冷却设备 目前 我国电厂中的回热加热系统除了除氧器外 均采用表面式加热器 二 按布置方式分 卧式 立式 三 按水侧压力分 高加 低加二 表面式加热器的疏水连接方式 一 疏水逐级自流的连接系统1 系统及原理 该系统如图 a 所示 它是利用各个加热器间的压力差 让疏水逐级自流入压力较低的相邻加热器的蒸汽空间 2 对经济性的影响 1 由于这种疏水方式的高温疏水在流入压力较低的相邻的加热器中时 要放出一部分热量 因此 取代了该级一部分回热抽汽的加热作用 为了维持加热器的热平衡 进入该级加热器的抽汽量必然减少 其值称为疏水逐级自流时排挤的抽汽量 若维持机组功率一定 并假定各段抽汽压力不变 则排挤的抽汽量在抽汽口前少作功要由凝汽流量作功来弥补 因此 进入凝汽器的冷源损失量就增加了 机组的热经济性降低了 2 冷源损失量增加的多少与排挤抽汽量的压力有关 若排挤的抽汽数量 Dc相同 排挤抽汽的压力愈高 其抽汽的功率损失愈小 凝汽循环流量作功的增量 Dn也愈少 因此 进入冷源的附加热损失就愈少 反之 愈大 3 结论 1 疏水逐级自流存在排挤现象 增加了凝汽器的冷源损失 使其热经济性降低了 但排挤抽汽的压力愈高 对机组热经济性的影响比排挤低压抽汽愈小 这主要是因为排挤的高压抽汽还具有较高的作功能力 它在汽轮机中还可以继续作功 2 疏水逐级自流的热经济性较差 但系统简单 运行可靠 且设备系统投资较少等优点 因此 在实际工程中仍然得到普遍地使用 二 采用疏水泵的连接系统系统及原理 该系统的连接方式如图 d 所示 加热器的疏水采用专用水泵 疏水泵 送入本级加热器出口的主凝结水管道中 2 特点 采用疏水泵可将疏水送到该级加热器的入口 也可送到加热器的出口 两者相比 前者提高了本级加热器的入口水温 因此 排挤的是本级加热器的抽汽 后者却是减小了本级加热器的端差 使得进入下一级加热器 按给水流向 的入口水温提高 即排挤了相邻的压力较高一级的抽汽 用疏水泵将疏水打至加热器出口的主凝结水管道中 可以克服逐级自流对相邻低压抽汽的排挤 显然热经济性要高 考虑疏水泵的工作条件 一般装在低压加热器的疏水管道上 三 采用疏水冷却器的连接系统1 系统及原理 该系统的连接方式如图 b c 所示 这种方式是疏水自流入下一级加热器之前 用一部分主凝结水在疏水冷却器中将疏水冷却 使疏水温度降低 以减少排挤低压抽汽引起的热损失 2 特点 疏水冷却器可以放置在加热器内部 叫疏水冷却段 也可以制成单独的热交换器 但这种减少热损失的措施必须增加相应的设备和管道 故疏水冷却器一般用在被排挤抽汽最严重的地方 中小容量的机组上使用较少 3 应用 在实际工程中 疏水方式往往在一台机组上综合应用 即采用疏水逐级自流 疏水泵或加疏水冷却器的系统 三 表面式加热器的构造 1 表面式加热器的类型1 按布置方式分类 卧式表面式加热器 主要特点 传热效果较好 原因 凝结换热时竖管凝结水膜所形成的附面层厚度比横管厚 应用 但由于横管占地面积大 不便布置 故中 小容量机组便用较少 国产300MW机组和国外大容量机组中常采用它 立式表面式加热器 主要特点 占地面积小 便于布置 检修方便 使用较多 分类 根据换热方式可以分为纯凝结放热的表面式加热器和带有利用过热度的表面式加热器两种 应用 所有机组的低压加热器以及中压电厂的高压加热器一般都采用带有利用过热度的表面式加热器 2 按水侧压力分类 依据 表面式加热器水侧压力的高低 分类 a 高压加热器 除氧器后的加热器受热面承受的是给水泵出口的压力 水压较高 称为高压加热器 b 低压加热器 除氧器前的加热器其受热面承受的是凝结水泵出口的压力 水压比较低 称为低压加热器 2 低压加热器 特点 低压加热器 见图2 2 的汽侧压力一般较低 所以对受热面的耐温性能要求不太高 因此 各种类型机组的低压加热器其受热面的材料均为黄铜 结构及工作过程 加热器的受热面一般是由黄铜管形成的U型管束组成的 管子胀装在管板上 整个管束安置在加热器的圆筒形外壳内 管束还用专门的骨架加以固定 以免振动 加热器外壳 管板及水室采用法兰螺栓连接 被加热的水由连接短管进入水室的一侧 流经U型管束后 再送入水室的另一侧连接管流出 加热蒸汽从加热器外壳的上部进入扣热器汽室 借导向隔板的作用 使汽流在加热器内成S形曲折流动 在冲刷管子外壁的过程中凝结放热 把热量传给被加热的水 在加热器蒸汽进口处的管束外壁上装有护板 以减轻汽流对管束的冲刷 为了便于对管束进行清洗和检修 整个管束制成一个整体 使其从外壳里可以抽出 3 高压加热器1 分类 高压加热器根据换热面的结构可以分成联箱 螺旋管式和U型管式加热器 螺旋管表面式加热器 a 结构及工作过程 其换热面是由许多螺旋管组成的 在加热器的圆柱形外壳内对称地放置着四盘螺旋管 每盘由若干组水平螺旋管组成 给水由一对直立的集水管送入这些螺旋管中 并经另外的一对直立集水管导出 每个双层螺旋管的管端都焊接在邻近的进水和出水集水管上 水的进出都通过外壳盖上的连接管 加热蒸汽经加热器中部的连接管送入 并在外壳内部先向上升 而后下降 顺着一系列水平的导向板改变流动方向 同时冲刷管组的外表面 带导轮的撑架是为了从外壳中抽出或放入管束时导向用的 优点 这种加热器的结构 焊缝数目较少 在检修时容易接触到每根管子和集水管焊接的地方 也容易更换螺旋管 运行可靠 事故少 缺点 体积大 管壁厚 热阻和水阻较大 因此 热效率较低 检修工作量也大 u型管式高压加热器 a 结构 其换热面与低压加热器的形式完全相同 但管子材料为无缝钢管 该高压加热器主要应用于超高压以上电厂 为了避免泄漏 水室与加热器管板及外壳的连接采用焊接 水室上方开口 其密封方式目前有自密封式和人孔盖密封式两种结构 见图2 2 在自密封式水室中 是利用加热器水侧的压力作用在密封座上来起密封作用的 立式低压加热器1 水室 2 锚形拉撑 3 管板 4 U形管 5 导向板 6一隔板 7 抽空气接管 8 U形管固定板 9 邻近加热器来的疏水管 10 加热器疏水管 11 疏水器 12 疏水器浮球 13 骨架 14 保护板 15 进汽管 16 主凝结水进口管道 b 特点 U形管式高压加热器的水侧压力一般在18 20MPa以上 压力过高 很厚的管板与较薄的管壁的焊接在技术上是个新问题 因此 国产超高压以上机组的高压加热器 其换热面与管板的焊接采用了氩弧焊或爆炸法等新工艺 四 轴封加热器 作用 防止轴封蒸汽从汽轮机轴端逸至机房或泄漏至油系统中去 同时利用轴封蒸汽的热量加热凝结水 减少热量和工质的损失 结构及工作过程 a 工作过程 来自轴封的汽 气混合物首先进入第一级加热器 放出热量加热凝结水 被冷却了的汽 气混合物被抽气器抽出后 随抽气器的工作蒸汽一起压入第二级加热器 在加热器中蒸汽加热凝结水 剩余温度较低的汽 气混合物由排气口排向大气 加热蒸汽的凝结水经下部疏水口疏出 主凝结水由冷却水进口进入 先在第一级加热器内回流 吸收汽 气混合物的热量 再进入第二级加热器内回流 最后由冷却水出口流出 b 结构特点 在主凝结水管路上还设有旁路管 当水量过大 主凝结水不能全部通过轴封加热器时 可使一部分水由旁路管通过 在轴封加热器后的主凝结水管道上设有再循环管通往凝汽器 其作用是在汽轮机启动或低负荷运行时 为保证轴封漏汽得到冷却 应有足够的水量通过轴封加热器 第一级加热器的疏水若疏至凝汽器 则在疏水管上应设有疏水器 并应装有油水分离器 将可能由汽轮机轴承漏入汽封的油除去 若将疏水通往地沟 则疏水管应有足够高度的U形水封管 第二级加热器的疏水若通往凝汽器 则要在疏水管上装设疏水器 五 表面式加热器的疏水装置表面式加热器疏水装置的作用是在加热器运行时及时地排出蒸汽的凝结水 即疏水 而不致使蒸汽排出 以保持加热器有一定的疏水水位 从而维持加热器蒸汽空间的工作压力 发电厂中常用的疏水装置有浮子式疏水器 疏水调节阀和U形水封 包括多级水封 三种 一 浮子式疏水器浮子式疏水器分为内置式 见图2 10所示 和外置式两种 因检修维护困难 现内置式已很少采用 外置式应用于125MW以下的中 小型机组的低压加热器中 图2 10所示为外置式疏水器及其连接系统 浮子式疏水器是由浮子 浮子滑阀3及连杆4组成 外置式疏水器及其连接系统的构造工作原理为 当疏水水位升高时 浮子随之上升并通过连杆系统带动滑阀 使疏水阀开大 反之 则由于浮子的下降关小疏水阀 外置浮子式疏水器 通过汽 水平衡管和加热器汽侧相连接 以间接反映加热器中的凝结水水位的变化 二 疏水调节阀图2一11所示为早期使用在高压加热器上的疏水调节阀 其开启和关闭是通过摇杆8绕心轴7的转动来实现的 阀门启闭的信号来自加热器疏水水位的变化 这种疏水装置是根据加热器的水位变化 通过电子调节系统来实现调节控制的 加热器的水位变化信号经过压差变送 比例积分传送到操作单元 最后由电动执行机构来操纵摇杆 再依靠杠杆传给带有滑阀的阀杆来控制疏水量的大小 图3一5中摇杆A的位置是调节阀关闭的位置 当摇杆从A绕心轴转向B时 心轴带动杠杆向顺时针方向转动 并带动阀杆9在上 下轴套5 6内向下滑动 由此带动滑阀2向下移动 滑阀即逐渐打开 三 U形水封U形水封一般只用在最后几段抽汽的低压加热器中 它是应用水力学原理工作的 大机组最后一段抽汽的低压加热器 因其抽汽压力低 蒸汽比容大 加热器往往布置在凝汽器喉部 易于布置水封式疏水装置 水封式疏水装置实际上是靠压力 水柱高度 来关住容器里的蒸汽 其值为nH g 这里的n是多级水封管中的水封管数目 H为每级水封管的高度 为水的密度 当两个容器内的压力分别为P1 P2时 它们之间的关系为 H P1 P2 n g 0 5 1 0 m式中 0 5 1 0 为富裕度 多级水封原理如图2 12所示 四 高压加热器的自动保护装置在高压加热发生故障时 为了不致中断锅炉给水或高压水从抽汽管倒流入汽轮机 造成严重的水击事故 在高压加热器上设有自动旁路保护装置 高压加热器的自动保护装置的作用是 当高压加热器发生故障或管子破裂时 能迅速切断进人力 热器管束的给水 同时又能保证向锅炉供水 1 水压液动旁路保护装置图2 13所示的旁路保护装置由入口阀门 旁通阀门和出口逆止阀门 以及控制这些阀门动作的高压水管路系统组成 入口阀门与旁通阀门公用一个门盘 阀瓣 称之为联成阀 逆止阀位于力磁器出水管口 联成阀与逆止阀通过加热器外面的一根旁路管相连 正常运行时 联成阀在最高极限位置 此时旁通阀全关 入口阀全开 给水由入口连接管进入加热器内的管束中 经加热后由出口管流出时顶开逆止阀流出去 加热器故障时 保护装置动作 联成阀被水动活塞自动的推到下部阀座 隔断了给水进入加热器内的通路 同时打开旁通阀 此时出口逆止阀由于下部失去水压并在旁路管给水压力作用下而落下 给水经旁路供给 这一动作过程也可以用操作手动进出口阀门来完成 水动活塞的工作介质是高压给水 给水由逆止阀出口连接管经总水门 过滤器引进来 然后分为两路 一路经孔眼为 2mm的节流孔板进入活塞下部空间 这条管路还有一部分通到自动泄水阀去 另一路通过孔眼为 5mm的节流孔板进入活塞上部空间 这支管路上还有一根水管与启动阀相通 保护装置发生动作后 为了安全起见还需要用手轮把联成阀和逆止阀强制压在全关位置上 这种保护装置的缺点是控制水管路和元件 阀门 节流孔板 滤网等 要长期承受给水压力 使运行可靠性降低 2 电气式旁路保护系统在高压加热器电动旁路装置中 其给水人口阀 给水出口阀和旁通阀都是电动的 它们分别受每台高压加热器的任意一个继电器控制 如图2 14所示 图2 14信号器的水位信号发生变化 由调节器发出电信号 执行机构操纵回转调节阀使水位保持正常 当水位升高至极限位置时 继电器动作发出电信号 这时高压加热器的出口 人口阀关闭 旁通阀打开 给水由旁通管道直供锅炉 同时信号灯发出闪光信号 表示电动旁路装置已动作 综上所述 水位信号器可发出两个信号 一是在正常范围内调节 保持加热器的水位 二是在加热器发生水管爆破 漏泄等故障时 加热器水位升至极限值 继电器动作 切除整个高压加热器组 七 回热加热器的运行 一 回热加热器的运行特性加热器出口水温随机组负荷的增加而升高 抽汽温度则先升高较快 后有所下降继而呈增加趋势 其它个参数随机组的负荷增加而升高 二 回热加热器的运行1 回热加热器的投 停原则 2 加热器的投入率对机组经济性 安全性的影响 1 经济性 a 给水回热加热提高了锅炉给水温度 使工质在锅炉中的吸热量减少 从而节省了大量燃料 提高了电厂的热经济性 一般给水温度少加热1 标准煤耗约增加0 7g kW h 有些机组少加热10 热耗率约增加0 4 b 要尽可能地提高加热器的投入率 2 安全性 从安全角度看 加热器停用会使给水温度降低 使汽包锅炉的过热汽温升高 一号低压加热器的停用 还会使汽轮机末几级的蒸汽流量增大 使叶片的浸蚀加剧 加热器不投 还会影响机组出力 若要维持机组出力不变 则汽轮机监视段压力升高 停用的抽汽口以后各级叶片 隔板及轴向推力均可能过负荷 为了机组安全就必须降低或限制汽轮机出力 3 加热器运行中的监视指标 1 加热器的端差 t加热器端差值一般在3 7 之间 在设