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1、回热加热器 回热加热器的型式与应用表面式加热器的结构表面式加热器的疏水装置高压加热器的自动保护装置回热加热器的运行 本节需要掌握以下几个知识点 一 回热加热器的型式与应用 回热加热器按传热方式可分为 混合式 表面式 一 混合式加热器 混合式加热器是通过蒸汽和被加热的水直接接触 混合进行传热的 因此混合式加热器可以将水加热到该加热器蒸汽压力下的饱和水温度 混合式加热器是通过蒸汽和被加热的水直接接触 混合进行传热的 因此混合式加热器可以将水加热到该加热器蒸汽压力下的饱和水温度 混合式加热器的特点 传热效果好 能充分利用抽汽的热能 从而使发电厂节省更多的燃料 这种加热器结构简单 价格较低 便于汇集不
2、同温度的工质和除去水中的气体 热力系统复杂 使给水系统和设备的可靠性降低 投资增加 而且水泵还要输送高温水 这就使水泵的工作条件恶化 为了泵工作安全 每台水泵都必须装设有一定高度的较大容积的给水箱 以避免水泵汽蚀 不但使热力系统布置复杂 主厂房的造价也增加了 为了保证给水系统的运行可靠 每台给水泵还必须有备用水泵 使系统复杂 造价提高 运行费用也增加 利用汽轮机的不调节抽汽 加热给水时 水泵的出水温度将随负荷和抽汽压力的变化而变化 这就使水泵的工作可靠性降低 因此 混合式加热器在常规发电厂中并没有被普遍采用 只用一台作为系统的除氧设备 二 表面式加热器 表面式加热器是通过金属受热面将蒸汽的凝结
3、放热量传给管束内的被加热水 因此存在热阻 一般不能将水加热到该加热蒸汽压力下的饱和温度 加热蒸汽的饱和温度ts与加热器出口水温tlw之差 称为端差 记为 愈小 热交换的作功能力损失愈小 热经济性愈高 但同时为了达到增强传热效果的目的 加热器的换热面积A也将随着增加 经济上合理的端差值应由技术经济计算比较来决定 即比较当端差值降低时得到的燃料节省和加热器换热面金属消耗的增加费用 燃料越贵 金属越便宜 则降低端差越有利 一般表面式回热加热器的出口端差约为3 5 1 分段式加热器 高参数 大容量机组的表面式加热器结构上采用了多种传热形式的组合 它包括过热蒸汽冷却段 简称过热段 加热器本体部分 简称凝
4、结段 和疏水冷却段 简称疏冷段 三部分 有的加热器只有过热段和凝结段 或凝结段与疏水冷却段两部分 也有的只有凝结段 如图所示为三种传热形式组合的表面式加热器的汽水温度t与受热面积A的关系 具有过热度高的回热抽汽先引人过热段以降低其过热度 所放出的热量用来加热全部或部分给水 使离开过热段时的出水温度接近于 或等于 甚至超过该抽汽压力下的饱和温度 所以 有内置式过热段的加热器 其出口端差一般为一1 2 减小端差提高了系统的热经济性 过热段也可以单独构成一个加热器 称为外置式蒸汽冷却器 疏水冷却段的作用是 降低加热器的进口端差 即使离开该加热器的疏水由饱和水变为过冷水 一方面由于疏水温度的降低 减少
5、了对下一级加热器抽汽量的 排挤 以减少了传热不可逆损失 因而提高了系统的经济性 另一方面疏水温度的降低可以避免或减轻疏水管道的汽蚀 故对运行的安全性也有好处 疏水冷却段可以设置在加热器内部 称内置式 也可以单独设置 称外置式疏水冷却器 过热蒸汽冷却段 疏水冷却段 2 表面式加热器的分类 按布置方式分类 按水侧承压高低分类 低压加热器 高压加热器 立式 卧式 卧式优缺点 卧式加热器传热系数高 由于凝结放热形成的水膜较立式的薄些 在凝结工况相同时 其放热系数比立式的高1 7倍 卧式加热器布置疏水冷却段较立式的方便 而且汽轮机房的高度可不必考虑吊出其管束的要求 但卧式加热器在安装 检修吊装管束等部件
6、时 不太方便 占厂房面积也大 因为其热经济性高 被300Mw以上大型机组采用 立式优缺点 立式加热器检修方便且占地面积小 但在决定汽轮机房屋架高度时要考虑吊装管束及必要时跨越运行机组的因素 且热经济性较卧式差 一般用在中 小型电厂 位于凝结水泵和给水泵之间的加热器 因其水侧承受的是压力较低的凝结水泵出口的压力 故称为低压加热器 低压加热器 高压加热器 位于给水泵和锅炉省煤器之间的加热器 因其水侧承受的是比 锅炉蒸汽 压力还要高的给水泵出口的压力 故称为高压加热器 金属消耗量多 造价高 高压加热器承受较高的压力和较高的温度 工作可靠性较低 当加热器管束破裂或管束接口渗漏 而同时抽汽管上逆止阀又不
7、严密时 给水可能进入汽轮机 造成汽轮机事故 每台表面式加热器要增设输送加热蒸汽凝结水 称为疏水 的疏水器及疏水管道 但对回热系统而言 泵的数量少 系统较简单 投资少 系统安全性提高 运行 管理维护方便 因此 表面式加热器在电厂中得到普遍采用 表面式加热器的特点 二 表面式加热器的结构 表面式加热器的管束有直管 U形管 螺旋管 蛇形管等不同形式 根据管束与加热器筒体的连接方式的不同 表面式加热器又可分为有管板的水室结构和没有管板的联箱结构两种 一 管板 U型管 或直管 式加热器 如图所示为法兰连接的管板式加热器 其水侧进 出口的容水空间称为水室1 加热器的受热面是由铜管或钢管胀接在管板5上的U形
8、管束6组成 若为直管 则有两块管板和两个水室 管束用专门的支架7加以固定 为了便于加热器换热面的清洗和检修 整个管束制成一个整体 便于从外壳中抽出 被加热的水由进口连接短管16进入水室的进口部分 经管板流入管束 再经管板由水室的出口部分经出口连接短管17流出 加热蒸汽由加热器外壳的上部进汽管14引入汽空间 借导向板8的作用 使汽流成s形流动 反复横向冲刷管束外壁并凝结放热 在加热蒸汽进口处的管束外壁侧装有护板15 以减轻汽流对管束的冲刷 加热器的汽空间下部有一定的容水空间 用来汇集加热蒸汽的凝结水 疏水经疏水自动排除装置排出 如图表面式加热器一般应用在水侧压力在7 0MPa以下 即各类机组的低
9、压加热器或中压电厂的高压加热器 在这种型式的加热器中 即使回热抽汽具有过热度 给水也只能被加热到比抽汽压力下的饱和温度还低一个端差的温度 二 联箱 螺旋管 或蛇形管 式加热器 如图所示为前苏联机组广泛使用的螺旋管式加热器 也被我国的50 100MW机组采用 这种加热器焊口数目多 对焊接质量要求高 一旦疏忽容易造成焊口漏水 联箱螺旋管式加热器的换热面由许多螺旋管 四盘的为圆形螺旋管束 两盘的为椭圆螺旋管束 组成 全部管束放在圆柱形壳体内 四盘螺旋管式加热器的全部管束对称地分为四部分 每部分由若干组水平螺旋管组成 给水由一对直立的集水管送人螺旋管组中 并经曲折流动后由另外的一对直立集水管导出 每个
10、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 同时自己凝结成水聚集在加热器外壳的下部通过疏水装置排出 圆形盘香管联箱式高压加热器1一给水入口 2一进水管 3一进水联箱 4一给水出口 5一出水联箱 6一盘香管 7一蒸汽入口 8一蒸汽导槽 9一导向板 10一放气口 11 12一水位接管 13一疏水口 14一带导轮的支架 15 16一联箱内隔板 17一壳体 联箱式加热器与管板式加热器相比 金属消耗量较大 体积较大 效率也较低 检修 堵管比较困难
11、 但由于取消了管板 使制造工艺变得简单 安全性也提高了 特别是联箱壁厚要比管板厚度薄得多 管系的弹性又好 故对变参数运行及调峰的适应性很强 近年来 国外高参数大容量机组采用联箱型给水加热器的数量在增加 三 300MW机组卧式高压加热器 给水从端部底下的入口进入加热器 在钢管中依次流过疏水冷却器段 正常加热段 蒸汽冷却器段后 从端部上部流出 蒸汽从加热器上部靠近给水出口侧流入 首先进入蒸汽冷却器段 在蒸汽冷却器隔板引导下形成多流程交叉流动 以加强换热效果 然后经过正常加热段 正常加热段加热面积最大 图中省去一部分未予画出 蒸汽相对给水的流动方式为逆流方式 为避免高温蒸汽对加热器壳体放热 在蒸汽冷
12、却器这一段设有遮热板 上级加热器疏水从加热器上部远离蒸汽入口侧进入 在放热后与本级加热器疏水一同进入疏水冷却器段 同蒸汽在蒸汽冷却器中的流动方式一样 疏水与给水的流动方式也为多流程交叉流动 疏水在疏水冷却器中充分放热后 由疏水出口管流出加热器 卧式高压加热器的疏水出口管一般布置在靠近端部中心偏下位置处 为防止对加热器管束的冲刷 在蒸汽入口处和上级疏水入口处均设有防冲板 加热器在制造时一般将外壳直接焊接在一起 使用期间不作解体检修 当高压加热器在运行中出现钢管泄漏时 打开端部人孔盖 进行堵漏 在运行一定期限后 若泄漏管束较多 则直接报废处理 三 表面式加热器的疏水装置 表面式加热器疏水装置的作用
13、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 如图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
14、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 如图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
15、阀即逐渐打开 三 U型水封 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 四 汽液两相流自调节水位控制器 调节器 自调节水位控制装置主要由传感变送器和调节器两部分组成 传感变送器有外置式与
16、内置式两种形式 外置式传感变送器的上部与加热器内的汽侧相连 下部与加热器内的水侧相连 顶部的联络管将传感变送器内的工作汽源信号传给调节器 调节器的外型类似三通 上端与外置式传感变送器顶部联络管 或内置式传感变送器信号管 相连 左侧连接加热器的疏水口 调节原理是 当加热器的水位上升时 传感变送器内的水位随之上升 传感变送器中感应元件的通流面积减少 导致传感变送器的联络管发送的调节汽量减少 同时 在调节器中接受到的调节汽量小的信号 因而流过调节器中的汽量减少 对于一个固定的断面 流过的汽量减少 流过的水量必然增加 加热器的水位随之下降 反之亦然 因此实现了加热器水位的自动控制 四 高压加热器的自动保护装置 在高压加热器发生故障时 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 能迅速切断进入加热器管束的给水 同时又能保证向锅炉供水 目前电厂高压加热器上采用的保护主要有 水压液动控制和电动控制两种 一 水压液动旁路保护装置 如图所示的旁路保护装置由入口阀门 旁通阀门和
