第二章 发电厂的回热加热系统

第二章发电厂的回热加热系统1第1页，课件共68页，创作于2023年2月§2－1回热加热器的型式回热循环——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类型按内部汽、水接触方式的不同混合式加热器：汽水直接接触 表面式加热器：汽水不接触，通过金属壁面换热

按受热面的布置方式立式加热器 卧式加热器第2页，课件共68页，创作于2023年2月（一）混合式与表面式加热器比较（1）热经济性

混合式高（2）结构

混合式简单（3）除氧 表面式不可以除氧（4）回热系统复杂性及可靠度 混合式复杂：水泵、水箱第3页，课件共68页，创作于2023年2月（二）回热系统1、全表面式加热器回热系统第4页，课件共68页，创作于2023年2月2、全混合式加热器回热系统第5页，课件共68页，创作于2023年2月3、带有两组重力布置方式的混合式加热器回热系统第6页，课件共68页，创作于2023年2月4、高、低加热器为表面式的系统第7页，课件共68页，创作于2023年2月pcp1p2p3p4p5p7p65、全部低压加热器为混合式的系统第8页，课件共68页，创作于2023年2月12345678CH1H2H3H4H5H6H7H8SG2SG1至C6、带有部分混合式低压加热器的热力系统第9页，课件共68页，创作于2023年2月（四）加热器的结构

1、表面式加热器疏水——表面式加热器中加热蒸汽在管外冲刷放 热后的凝结水端差（上端差、出口端差）——表面式加热器管内流 动的水吸热升温后的出口温度与疏水温度之差分类：布置方式：卧式、立式水的引入引出方式：水室结构、联箱结构第10页，课件共68页，创作于2023年2月（1）水室结构加热器（U形管管板式加热器）用途：低压加热器、中小机组高压加热器第11页，课件共68页，创作于2023年2月管板—U形管束卧式高压加热器结构示意1-U形管；2-拉杆和定距管；3-疏水冷却段端板；4-疏水冷却段进口；5-疏水冷却段隔板；6-给水进口；7-人孔密封板；8-独立的分流隔板；9-给水出口；10-管板；11-蒸汽冷却段遮热板；12-蒸汽进口；13-防冲板；14-管束保护环；15-蒸汽冷却段隔板；16-隔板；17-疏水进口；18-防冲板；19-疏水出口第12页，课件共68页，创作于2023年2月2、混合式加热器结构除氧器 分类：卧式、立式蒸汽入口凝结水出口凝结水进口汽水混合物出口第13页，课件共68页，创作于2023年2月加热蒸汽进口凝结水进口凝结水出口1-加热蒸汽进口；2-凝结水进口；3-轴封来汽；4-除氧器余汽；5-3号加热器和热网加热器的余汽；6-热网加热器来疏水；7-3号加热器疏水；8-排往凝汽器的事故疏水管；9-凝结水出口；10-来自电动、汽动给水泵轴封的水；11-止回阀的排水；12-汽、气混合物出口；13-水联箱；14-配水管；15-淋水盘；16-水平隔板；17-止回阀；18-平衡管第14页，课件共68页，创作于2023年2月§2－2、表面式加热器及系统的热经济性（一）表面式加热器的端差

1——加热蒸汽2——汽测压力下的饱和状态tsj——疏水温度twj+1——进入加热器的凝结水温度twj——离开加热器的凝结水温度

——端差：=tsj–twj分析：

↓

，热经济性↑1）twj不变，tsj↓

，回热抽气压力↓，Xr↑，热经济性变好2）tsj不变，twj↑，其结果是减小了压力较高的回热抽气做功比而增加了压力较低的回热抽汽做功比，热经济性改善。t,°

C

ΔtabA,m212abtwj+1twjtsj12

第15页，课件共68页，创作于2023年2月表面式加热器端差的选择端差与换热面积的关系：换热面积A↑，

↓无过热蒸汽冷却段：

=3~6°C有过热蒸汽冷却段：

=-1~2°Ct,°

C

ΔtabA,m212abtwj+1twjtsj12

第16页，课件共68页，创作于2023年2月（二）抽汽管道压降Δpj及热经济性

抽汽管道压降Δpj——汽轮机抽汽口压力pj和j级回热加热器内汽侧压力pj’之差，即影响因素：蒸汽流速、局部阻力一般

pj不大于抽汽压力pj的10%大容量机组取4%~6%分析：pj

↑

，pj’、tsj↓,则twj↓，压力较高的抽气量↑，本级抽气量↓，Xr↓，则热经济性↓twj+1twjtsj

j

j+1第17页，课件共68页，创作于2023年2月（三）蒸汽冷却器及其热经济性分析必要性：高参数，大容量机组的发展和再热的采用，较大提高了中、低压缸部分回热抽汽的过热度，使再热后各级回热汽水换热温差增大，不可逆损失加大，削弱了回热的效果1、蒸汽冷却器作用

↓回热加热器内汽水换热的不可逆损失

↑加热器出口水温，↓端差，↑热经济性2、蒸汽冷却器类型内置式蒸汽冷却器：与加热器本体合成一体（过热蒸汽冷却段）外置式蒸汽冷却器：具有独立的加热器外壳，布置灵活第18页，课件共68页，创作于2023年2月(b)(a)内置式；(b)外置式，SC2与主水流并联；(c)外置式，SC2与主水流串联第19页，课件共68页，创作于2023年2月（1）内置式蒸汽冷却器（过热蒸汽冷却段）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，热经济性改善小，提高0.15%~0.20%（2）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；换热面积大，热经济性可提高0.3%~0.5%；布置方式灵活缺点：造价高分析：锅炉：tfw↑，ΔTb和Δer

↓换热器：hj

↓，ΔTr和Δer

↓，ΔQc↓,ηi↑第20页，课件共68页，创作于2023年2月3、蒸汽冷却器的连接方式水侧连接方式：（1）内置式蒸汽冷却器： 串联连接（顺序连接）（2）外置式蒸汽冷却器： 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第21页，课件共68页，创作于2023年2月图2-13内置蒸汽冷却器单级串联内置式蒸汽冷却器单级串联第22页，课件共68页，创作于2023年2月外置式蒸汽冷却器连接方式(a)单级并联；(b)单级串联；(c)与主水流分流两级并联；(d)与主水流串联两级并联；(e)先j+1级，后j级的两级串联；(f)先j级，后j+1级的两级串联第23页，课件共68页，创作于2023年2月（1）串联连接优点：进水温度高，换热温差小，火用损小；缺点：给水全部流经冷却器，给水系统阻力大，泵功消耗多（2）并联连接优点：给水系统阻力小，泵功消耗少缺点：进水温度小，换热温差大，火用损大； 回热抽汽做功少，热经济性稍差4、外置式蒸汽冷却器连接方式比较第24页，课件共68页，创作于2023年2月蒸汽冷却器是提高大容量、高参数机组热经济性的有效措施进口机组多采用内置式蒸汽冷却段，设置的条件：在机组满负荷时，蒸汽的过热度≥83℃，抽汽压力≥1.034Mpa，流动阻力≤0.034Mpa，加热器端差在0～-1.7℃，冷却段出口蒸汽的过热度≥30℃大多数的高压加热器均满足这些条件，而低压加热器采用蒸汽冷却器很少第25页，课件共68页，创作于2023年2月（四）表面式加热器的疏水方式及热经济性分析1、疏水收集方式——将疏水收集并汇集于系统的主水流（主给水或主凝结水）中（1）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压力较低的加热器中，逐级自流直至与主水流汇合第26页，课件共68页，创作于2023年2月（2）疏水泵方式 ——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第27页，课件共68页，创作于2023年2月2．两种疏水方式的热经济性分析热量法： 考虑对高一级与低一级抽汽量的影响；做功能力法：考虑换热温差和相应的火用损变化（1）疏水泵方式 疏水与主水流混合后，↓端差，↑热经济性（2）疏水逐级自流方式 j级疏水进入j＋1级，使j－1级进口水温比疏水泵方式低，水在其中Δhwj-1和Dj-1增加。而在j＋1级因疏水热量的进入，排挤了部分低压回热抽气，使Dj＋1减少高一级抽汽量↑，低一级抽汽量↓，↓热经济性

hwj-1

pj-1Dj-1

pjDj

pj+1Dj+1bah

j

hwj-1

pj-1Dj-1

pjDj

pj+1Dj+1第28页，课件共68页，创作于2023年2月3、疏水冷却器的设置目的：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火用损；降低疏水经节流后产生蒸汽形成两相流的可能性对高加来说，可降低除氧器自生沸腾的可能性布置方式：外置式、内置式pjhjhwjpj+1hj+1

h

jh

j+1hwj+1hwj+2

第29页，课件共68页，创作于2023年2月疏水冷却段的加热器示意图第30页，课件共68页，创作于2023年2月下端差（入口端差）——加装疏水冷却器（段）后，疏水温度与本级加热器进口水温之差一般推荐=5～10℃第31页，课件共68页，创作于2023年2月4．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0.5%～0.15%（1）疏水逐级自流方式：简单、可靠、费用少应用：高压加热器、低压加热器（2）疏水泵方式：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N600MW机组：全疏水逐级自流方式N300MW机组：全疏水逐级自流方式或第3台低加采用疏水泵方式第32页，课件共68页，创作于2023年2月(五)双列高压加热器及其热经济性1)、双列高压加热器的应用情况大容量机组高压加热器方式：单列布置：各台高压加热器均只设一台，给水泵出口的给水顺次通过各高压加热器双列布置：各台高压加热器均并联配置2台50%容量加热器必要性：单列高压加热器：高压给水系统简单，阀门及控件少，但单列高压加热器的制造工艺要求很高，球形水室、管板厚度随容量提高而加大、加厚，外形尺寸加大应用：较多高参数、大容量机组采用高压加热器双列布置第33页，课件共68页，创作于2023年2月2)、双列高压加热器的热经济性分析单列高压加热器：采用大旁路设计，事故时，所有高压加热器将被解列，锅炉进水温度将显著降低，锅炉效率影响很大，热耗率增大。双列高压加热器：某台高压加热器发生事故，该列高压加热器解列，另一列高压加热器继续运行，锅炉进水温度的降低量只有单列时的一半左右，减小对汽轮机热耗率的影响。第34页，课件共68页，创作于2023年2月（六）实际机组回热原则性热力系统回热系统基本连接方式：（1）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；（2）高压加热器疏水逐级自流进入除氧器（3）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器出口水管道中。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第35页，课件共68页，创作于2023年2月§2－3、给水除氧及除氧器一、给水除氧的必要性1、给水：补充水和主凝结水补充水：本身含有大量溶解的气体，如O2，CO2等.主凝结水：在凝汽器或真空条件下工作的低压加热器和管道时，空气通过不严密处渗入到主凝结水。2、危害：在高温下O2对钢铁构成的热力设备及管道会产生较强的腐蚀；而CO2将加剧腐蚀；水中所有不凝结性气体使传热恶化，热阻增加。第36页，课件共68页，创作于2023年2月3、国标GB溶解氧的指标：过热蒸汽压力为5.8MPa及以下，给水溶解氧应小于或等于15μg/L;过热蒸汽压力为5.9MPa及以上，给水溶解氧应小于或等于7μg/L；对亚临界和超临界压力的直流锅炉，要求给水彻底除氧第37页，课件共68页，创作于2023年2月二、给水除氧的方法：化学除氧和物理除氧1、化学除氧：加入化学药剂，使水中溶解氧与它产生化学反应生成无腐蚀的稳定化合物，达到除氧目的。1）方法一：大机组应用较广的是在给水中加联胺N2H4N2H4+O2→N2↑+2H2O(除氧)3N2H4→N2↑+4NH3(提高pH值）NH3+H2O→NH4OH优点：N2和H2O对热力设备的运行无害处；N2H4可将Fe2O3还原为Fe3O4或Fe，将CuO还原为Cu2O或Cu，防止锅炉内结铁垢和铜垢

加热第38页，课件共68页，创作于2023年2月N2H4反应的限制条件必须使水保持足够的温度：t＞150℃必须使水维持一定的pH值：pH＝9～11必须使水中有足够的过剩联胺缺点：价格昂贵，只能除氧不能去除其它气体所以：通常只在其它方法难以除尽残留溶解氧时作为辅助除氧手段应用，一般将联胺加入地点放在除氧器水箱出口管上。2）其它化学除氧方法：在中性给水中加气态氧和过氧化氢，使金属表面形成稳定的钝化膜第39页，课件共68页，创作于2023年2月

3）化学除氧优点：能彻底除氧缺点：不能除去其他气体，价格较贵，还会生成盐类故在电厂中较少单独采用化学除氧的方法2、物理除氧——借物理手段将水中溶解氧和其他气体除掉，且在水中无任何残留物质在热力发电厂，热力除氧法是主要的除氧方法第40页，课件共68页，创作于2023年2月三、热力除氧原理：亨利定律和道尔顿定律1、亨利定律1）内容：在一定T下，当处于动态平衡时，单位体积溶解的气体量b与水面上该气体的分压力pb成正比

平衡状态下水面上该气体的分压力水面上混合气体的全压力

2）除氧原理：某一瞬间平衡状态被破坏，即水面上该气体的分压力p≠pb若p＞pb，则水面上该气体更多的溶于水中；若p＜pb，则更多气体逸出，建立新的平衡所以：想除去水中溶解的气体，只须将水面上该气体的分压力降为零，在不平衡压差△p=pb–p的作用下，该气体就会从水中完全除掉第41页，课件共68页，创作于2023年2月2、道尔顿定律：混合气体的全压力等于各组成气（汽）体分压力之和1）给水，在除氧器中p＝∑pj＋ps

总压各气体分压水蒸汽压力2）除氧器的除氧过程①进行定压加热，随着T↑，水蒸发过程不断加深，ps↑，∑pj↓②当水被加热到除氧器工作压力下的饱和温度时，ps接近或等于p，则∑pj→0，水中就不含有其他气体第42页，课件共68页，创作于2023年2月3、热力除氧的基本条件1）水应该被加热到除氧器工作压力下的饱和温度2）必须把水中逸出的气体及时排走，以保证液面上氧气及其分压力维持为零或最小3）被除氧的水与加热蒸汽应有足够的接触面积，蒸汽与水应逆向流动，确保有较大的不平衡压差4、气体自水中逸出的传质过程分为两个阶段1）初期除氧阶段：△p较大，可除去给水中80％～90％的气体2）深度除氧阶段：△p较小，残留气体较少。措施：水膜代替水滴，制造水的紊流，或辅之化学除氧第43页，课件共68页，创作于2023年2月四、热力除氧器的类型和结构除氧器由除氧塔（头）和给水箱两部分组成1、除氧器的类型和选择按结构分类:淋水式和喷雾填料式按除氧器压力分：真空式、大气压式和高压除氧器按除氧塔的布置方式：立式和卧式1）真空除氧器不单独设立，借助于凝汽器内的高真空，在凝汽器底部两侧布置适当的。是一种辅助装置。

第44页，课件共68页，创作于2023年2月2）大气压式除氧器工作压力较大气压稍高一些（约0.118Mpa），以便离析出的气体能在该压差的作用下自动排出除氧器工作压力低，造价低，适宜中、低参数发电厂、热电厂补充水及生产返回水的除氧设备3）高压除氧器工作压力大与0.343Mpa，多应用在高参数电厂中第45页，课件共68页，创作于2023年2月2、除氧器结构1）大气压式除氧器：立式淋水盘式2）喷雾式除氧器：两部分组成，上部分为喷雾层，由喷嘴将水雾化，除去水中大部分溶解氧及其他气体（初期除氧）下部为淋水盘式或填料层，在该层除去水中残留的气体（深度除氧）第46页，课件共68页，创作于2023年2月五、内置式无头除氧器1、工作原理凝结水从盘式恒速喷嘴喷入除氧器空间，进行初步除氧；加热蒸汽通过排管从水下送入除氧器，与水混合加热，同时进行扰动，将水中的溶解氧及其他不凝结气体从水中带出水面，达到对凝结水的深度除氧的目的第47页，课件共68页，创作于2023年2月2、性能特点设备整机价格低于常规有头除氧器（>300MW）节省土建费用，除氧间高度降低3-4m排汽损失低，节省运行费几十万元负荷变化在10%~110%之间，均能保证出水含氧量小于5μg/L单容器结构，系统设计简单。优化，避免应力裂纹，抗震性能优越质量较轻，振动较小无转动部件，免维护，性能高度可靠直径及接口设计灵活，便于运输和安装布置第48页，课件共68页，创作于2023年2月六、除氧器热平衡及自生沸腾

1、除氧器的物质平衡和热平衡∑Din＝∑Dout∑Dihi＝∑Djhj2、除氧器的自生沸腾及防止方法1）自生沸腾：由除氧器的热力计算中若计算出的加热蒸汽量为零或负值，说明不需要回热抽汽加热，仅凭其他进入除氧器的蒸汽和疏水就可满足将水加热到除氧器工作压力下的饱和温度，这种现象叫自生沸腾2）危害：回热抽汽管上的逆止阀关闭，破坏了汽水逆向流动，排气工质损失加大，热量损失也加大，除氧效果恶化，威胁除氧器的安全3）措施：将一些放热的物流引至他处设置高加疏水冷却器来降低疏水焓后再引入除氧器提高除氧器压力既可降低高加数量又可减少其疏水量第49页，课件共68页，创作于2023年2月§2－4、除氧器的运行及其热经济性分析一、除氧器的运行方式：定压和滑压1、定压运行：保持除氧器的工作压力为一定值。方式：在进气管上安装一压力调节阀，将压力较高的回热抽汽降低至定值，造成抽汽节流损失2、滑压运行：指在滑压范围内运行时，其压力随主机负荷与抽汽压力的变化而变化方式：抽汽管上只有一逆止阀防止蒸汽进入汽轮机，无压力调节阀及其引起的额外的节流损失，热经济性高第50页，课件共68页，创作于2023年2月3、二者经济性的比较：在低负荷时，滑压运行的经济性更高，如图：

横坐标为负荷P和额定负荷Pr的相对值P/Pr

纵坐标为滑压运行除氧器与定压运行除氧器运行时机组绝对内效率ηiv与ηic的相对变化δη=(ηiv-ηic)/ηic第51页，课件共68页，创作于2023年2月二、除氧器汽源的连接方式1、单独连接定压除氧器方式:高、中压电厂带基本负荷的机组中应用2、前置连接定压除氧器方式：供热机组上应用3、滑压除氧器方式：适用于再热机组和调峰机组第52页，课件共68页，创作于2023年2月三、除氧器的滑压运行当额定工况时，滑压和定压除氧器一样，其出口水温均为饱和水温当机组负荷变化剧烈时，除氧器内的压力，水箱水温及给水泵入口水温会变化，给除氧效果和给水泵的安全运行带来不利影响1、负荷骤升1）对除氧器影响：p上升快，水温滞后，由原饱和状态变为未饱和状态，发生“返氧”现象，恶化除氧效果措施：①控制负荷骤升速度，一般在5％/分钟；②在给水箱内加装再沸腾管③对滑压范围加以适当的压缩2）对给水泵影响：压力上升，水温滞后，有利于水泵运行，不易气蚀第53页，课件共68页，创作于2023年2月2、负荷骤降1）对除氧器影响：p下降，水由饱和状态变为过饱和状态，发生“闪蒸”现象，除氧效果更好。2）对给水泵影响：p下降，水温没有立即跟着下降，易汽蚀3、给水泵不汽蚀的条件1）有效气蚀余量NPSHa：在泵吸入口处，单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量2）必须气蚀余量NPSHr：泵吸入口至压力最低点的压力降。表示泵本身汽蚀的一个参数，与泵的结构、转速、流量有关第54页，课件共68页，创作于2023年2月3、给水泵不汽蚀的条件3）泵不发生汽蚀的条件：NPSHa≥

NPSHr，则：①Q＜QA，在小流量时，也易汽化，Q＞Qmin，所以

Qmin＜

Q＜

QA②稳态时防止泵汽蚀的富裕压头暂态时富裕压头的下降值第55页，课件共68页，创作于2023年2月b：暂态工况，即负荷骤降过程，泵内最低压头，泵入口处水温和除氧器压头发生变化分析：a：稳定工况，pv＝pd△H＝0,△NPSH=△h=const＞0，不会汽蚀第56页，课件共68页，创作于2023年2月4、滑压运行除氧器防止给水泵汽蚀的措施1）分析简化△h==constBdef’－水泵内水温所对应的汽化压头(红线)滞后时间T=V/Q吸入管内的水打完后，降低温度的水进入泵内，其汽化压头（pv/ρg）开始下降（d点）,下降速度大于除氧器压头（pd/ρg）的下降速度bd’f’为除氧器压头（pd/ρg），负荷降，发生“闪蒸”，产生蒸汽阻止除氧器压力下降（蓝线）b’cef是泵内最低压头，随pd/ρg变化（绿线）T第57页，课件共68页，创作于2023年2月只要绿线高于红线即不发生气蚀在C点，Δh=ΔH,ΔNPSH=0，汽蚀发生的临界点，过了C点，则Δh＜ΔH，ΔNPSH＜0，泵内汽蚀，在d点，汽蚀最严重，在e点，Δh=ΔH，汽蚀停止T第58页，课件共68页，创作于2023年2月⑶减缓除氧器压头曲线bd’f’的下降①适当增加除氧器给水箱储水量，增加闪蒸的蒸汽②装设备用汽源，以阻止除氧器压力的下降2）措施：只要在暂态过程中使泵内最低压头大于泵内水温所对应的汽化压头⑴泵内最低压头曲线b’cef①提高除氧器的安装高度Hd②采用低转速前置泵③降低△p⑵泵内汽化压头bcdf’曲线①提高水泵吸入管内流速W②加大给水泵流量Q③给水泵入口注入“冷水”，降温T第59页，课件共68页，创作于2023年2月大容量机组，有取消高压除氧器，简化系统四、无除氧器热力系统第60页，课件共68页，创作于2023年2月§2－5、汽轮机组原则性热力系统的计算第61页，课件共68页，创作于