第２期 ２０１５年３月 锅炉制造 Ｎｏ．２ Ｍａｒ．２０１５ ＢＯＩＬＥＲ ＭＡＮＵＦＡＣＴＵＲＩＮＣ 二次再热回热系统理论性研究 刘 学 （哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨１５００４６） 摘要：本文主要介绍了二次再热回热系统在火电站中的应用及其工作原理，并对二次再热回热系统的布置 进行了简要论述。为二次再热回热系统的整体布置设计提供了借鉴，对未来火电提高能源利用率及新产业开 发具有非常重要的意义。 关键词：二次再热；低压加热器；高压加热器；蒸汽冷却器 中图分类号：ＴＫ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：ＣＮ２３—１２４９（２０１５）０２—００３３一ｏ３ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｔｕｒｅ ｏｆ Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ——Ｅｘｃｈａｎｇｅ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｌｉｕ ｕｅ （Ｈａｒｂｉｎ Ｂｏｉｌｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｒｂｉｎ １５００４６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ Ｗａｔｅｒ Ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ—Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，Ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ｍａｎｕｆａｔｕｒｅ ｏｆ Ｗａ‘ ｔｅｒ Ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ—Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ．Ｆｏｒ Ｗａｔｅｒ Ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ—Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｂｏｕｔ ｗａｔｅｒ ｃｈａｍｂｅｒ，ｔｕｂｅ ｂｕｎｄｌｅ，ｓｈｅｌｌ ａｎｄ ＳＯ ｏｎ．Ｉｔ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ ｔｏ ｒｅ－ ａｌｉｚｅ ａｌｌ ｏｆ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｎｕｃｌｅａｒ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｗａｔｅｒ Ｈｅａｔ—Ｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｅａｔ ｂａｌａｎｃｅ；ａｎｔｉｖｉｂｒａｔｉｏｎ ｍｅａｓｕｒｅ； ｗａｔｅｒ ｃｈａｍｂｅｒ；ｉｎｔｅｍａｌ ｓｈｅｅｔ；ｓｈｅｌｌ ０ 引 言 随着科学技术的迅速发展，火电市场高效率 的系统设计层出不穷，各种多样化的设计理论不 断涌现。结合现在主要流行的回热系统，浅析二 统汽源。优化回热系统，设置３台外置式蒸汽冷 却器，以充分利用抽汽较高的过热度，提高换热效 率。 为防止汽轮机超速和进水，除最后两级抽汽 管道外，其余管道上都设有气动止回阀和电动隔 次再热回热系统方案的优越性，力争最大限度的 降低电厂能耗，提高电厂热效力，保证机组出力。 对于未来我国火电系统升级改造和新上项目的自 主设计提供了设计参考。二次再热回热系统汽轮 机采用九级非调节抽汽。１、２、３、４级抽汽分别供 给四台高压加热器。５级抽汽供给除氧器，６、７、 ８、９级抽汽分别供给四台低压加热器。５级抽汽 还作为给水泵汽轮机正常运行汽源及辅助蒸汽系 离阀。投标方应根据需要确定止回阀的个数，至 少设置一个气动止回阀，向除氧器、给水泵汽机及 辅汽系统供汽的５级抽汽管道由于所接设备较 多，在总管上应设置至少两个同口径气动止回阀。 １ 高压加热器及蒸汽冷却器方案 为充分利用汽轮机回热抽汽过热度，提高机 组循环热效率，本方案采用如下外置蒸冷器方案。 收稿日期：２０１４一ｌｌ一１５ 作者简介：刘 学（１９８０一），男，长春人，工程师，２００７年毕业于西安交通大学，在哈尔滨锅炉厂有限责任公司辅机容器设计处从事汽 轮机辅机设计开发工作。 ・３４・ 锅炉制造 第２５０期 采用外置式蒸汽冷却器与高压加热器串联，使过 热蒸汽的回热级数增多，可以充分利用过热蒸汽 的潜热，提高电厂发电机组的热经济效率。 图１ 二次再热回热系统图布置示意图 本方案设置三台蒸汽冷却器，其中１号蒸冷 器壳侧与２号高压加热器串联，汽轮机回热抽汽 在１号蒸冷器完成热交换后进人２号高压加热器 中，在２号高压加热器中继续进行换热，提高给水 温度，凝结成过冷疏水，疏入３号高压加热器中。 ２号蒸冷器壳侧与４号高压加热器串联，汽轮机 回热抽汽在２号蒸冷器完成热交换后进入４号高 压加热器中，在４号高压加热器中继续进行换热， 提高给水温度，凝结成过冷疏水，疏人除氧器中。 ３号蒸汽冷却器与除氧器串联，汽轮机回收抽汽 在蒸冷器中完成热交换后，３ 进入除氧器中，５ 作为除 ３ 氧器的加热器汽源，加热凝结水，提高给水温度，，） －， ∞ ∞ 去除给水中的氧量和其他不凝结汽体。 三台蒸冷器给水侧采用并联方式。高压加热 二Ｉ７ 孓 ． ∞ 加 ４ ３ 器给水量的５０％，通过节流孔板进行流量分配， 分别进入蒸冷器中，对三台蒸冷器进行阻力平衡 计算，保证给水以等流量方式进入蒸冷器中。其 中３号蒸冷器在高加切除工况下不切除，在系统 上设置孑Ｌ板和截止阀，保证３号蒸冷器投入运行。 使进入蒸冷器的这级回热抽汽显热得到充分利 用，经与主给水管道混合后进入锅炉，可提高锅炉 给水温度，能够缓解锅炉在高加解列工况下的超 温情况。具体蒸汽冷却器设计参数见表１。 ２ 蒸汽冷却器设置方案说明 ２．１ 整个机组热效率的情况 通过九级换热，给水温度从３３．８ ｃＩ＝提升到 ３０９℃，再通过３台外置式蒸汽冷却器最后给水 温升达到３２０．９℃，整个机组的热效率得到了明 显提升。 表１ 蒸汽冷却器设计参数 给水量ｔ／ｈ ３２５ 给水人、出口温度 ℃ ３０９／３４４．４１ 蒸汽出口温度 ℃ ３６９ 管侧流程数 ／ ２ 壳侧设计压力 ＭＰａ（ｇ） ６．９ 壳侧设计温度 ℃ ５７６ 管侧设计温度 ℃ ３９０ 换热面积 ｍ １７０ ２．２高压加热器、蒸冷器热力性能匹配情况 采用本方案设置蒸冷器和高压加热器可获得 最佳的热力匹配性能。详细参数见下表。设置三 台外置蒸冷器水侧以并联方式联接，３台蒸冷器 换热面积基本相当，管内给水流速相等，可保证给 水侧阻力平衡，减小阻力损失，从而降低给水泵功 耗。四台高压加热器各级温升合理，其中１号和 ２号高压加热器压力较高，换热效率较高，且最接 近锅炉，因此１号和２高压加热器具有较大的换 热面积和较高的给水温升。热力、阻力参数见表 ２和表３。 表２高压加热器热力、阻力参数 序号 项目 高Ｎ＃１高）Ｊｕ＃２高）ＪＨ＃３高￣ｊＩｎ４ 管侧压力降（ＭＰａ）０．０９ ０．０６ ０．０５ ０．０５ １ 壳体压力降（ＭＰａ）０．０４ ０．４０ ０．０７ ０．０６ 设计管内流速（ｍ／ｓ） ２．２５２ ２．１０８ ２．０１６ １．９５８ ２ 管内最大允许流速（ｍ／ｓ） ３ ３ ３ ３ 给水端差（℃） 一１．７ ０ ０ ０ ３ 疏水端差（℃） ５．６ ５．６ ５．６ ５．６ 给水流量（ｔ／ｈ） １ ６８６．５６ １ ６８６．５６ １ ６８６．５６ １ ６８６．６５ ４ 抽气流量（ｔ／ｈ） １５２．０７ １３８．５３ ５６．９５ ６１．０８ ５蒸汽入口焓（ｋＪ／ｋｇ） ３１３３．８ ３１００．７ ３３２３．４ ３１５９．８ ８４４ ７】０ ４２６ ４１４ 换热系数（ｗ／ｈｒ） ３ ５０５ ４ ０２０ ４ １４０ ４ １４７ ２ １９５ ２ ６２４ ２ ６９８ ２ ６５６ 有效表面积（ｍ ） ２ ２００ ２ １５Ｏ １ ５２０ ｌ ８５０ 第２期 刘学：二次再热回热系统理论性研究 ・３５・ ２．３蒸汽冷却器端差 济性。 三台蒸冷器端差分别为６０℃、５０℃、４０℃， 蒸汽冷却器主要采取正置式ｕ型管布置方 该端差可保证蒸冷器具有合适的换热面积，壳侧 压力降较低。一般来说，单台高压加热器的总压 降应不大于０．１ ＭＰａ，在壳侧设计运行工况时通 过高压加热器的总压力损失不超过高压加热器级 间压差的３０％，保证高压加热器疏水畅通，能耗 较低。本方案１号蒸冷器与２号高压加热器串 联，壳侧压力损失为０．０７５ ＭＰａ，２号蒸冷器与４ 号高压加热器串联，壳侧压力损失为０．１０２ ＭＰａ， 式，可有效的节省空间。蒸汽冷却器壳程采用单 流程，管侧采用双流程，换热的方式采取混合式折 流换热，即过热蒸汽从蒸汽冷却器的尾部进入设 备，经过多级折流板折流，以提高整个设备的换热 效率，换热后蒸汽从靠近管板一侧流出，这样可以 有效的降低管板的设计温度，降低材料成本。避 免过热蒸汽从管板一侧流入，带来的不安全因素。 另外，在确保蒸汽冷却器不产生逆向传热，且与之 串联的高压加热器过热段能够合理布置的前提 下，尽可能缩小蒸汽冷却器的下端差，控制较低的 高压加热器过热度。增加３台外置式蒸汽冷却 通过确定合理的端差，合理地设置蒸冷器面积，保 证壳侧压损最小。在此端差下，三台蒸冷器给水 出口温度分别为３４４．４１ ｃｃ，３２５．６ ｃＣ，３１７．３２℃， 即保证与主给水混合后给水的温升，又使蒸冷器 具有较高的换热效率，不会出现反向换热等现象。 器，可提高整个回热系统的温升近１１℃，有效的 提高整个系统的换热效率，降低运行经济成本。 同时在低负荷运行工况下，保证进入高压加热器 的蒸汽仍带有一定的过热度，使高压加热器过段 内不会出现露点，保证高压加热器的安全运行。 ２．４高压加热器、蒸冷器、除氧器材料、结构经济 性说明 ３ 结束语 随着国家大力发展清洁能源的契机，优化火 电回热系统的设计，对提升火电市场的竞争力，提 高能源的利用率有着深远的意义。通过本回热系 统的方案设计，提升了回热系统优化的空间，可更 加深入掌握回热系统的结构布置，对今后火电市 场的系统设计提供了宝贵的经验。 由于２＃、４＃高压加热器抽气点温度达到或超 过了５５０℃，设备的设计温度将达到５８０℃左右； 除氧器抽气点温度达到了４５７ Ｑｃ，设计温度将达 到４８０ ｃＩ＝，如果不设置外置式蒸汽冷却器，对于高 压加热器和除氧器的设计、选材、制造难度都将进 步加大，整体材料和制造成本会大幅度提高。 一参考文献 ［１］ 热机计算手册［Ｍ］．水利电力部西北电力设计院 出版．１９７３． 高压加热器的材料需选取能承受较高温度的不锈 ［２］火力发电设备技术手册［Ｍ］．中国动力工程协会 主编．２００２． 钢材，甚至镍基合金，除氧器壳体需选用铬钼钢。 通过设置外置蒸冷器可有效降低单体设备造价。 减小电厂前期设备投入费用，并提高系统的热经 ［３］ 于新颖．汽轮机辅机及系统改造与完善化研究［Ｊ］． 电站辅机，２００５．
