提高高加换热效率提升给水温度

提高高加换热效率提升给水温度

杜如栋

中石化天津分公司热电部汽机车间 天津市 300450

摘要：火电厂高压加热器是将汽轮机抽汽的热量传递给通过其中的给水，极大提升电厂热效率，节约燃料的设备，高压加热器是汽轮机最重要的辅助设备之一。高加的换热效率高低直接决定着整个机组的热经济性，所以提升高加换热效率极为重要，机组抽汽量、管束结垢泄漏堵管、高加水位、保温、材质选取等因素与高加换热效率息息相关。定量研究分析这些因素对换热效率的影响，提升电厂高加换热效率，从而提升给水温度。

关键词：高压加热器 换热效率 电厂

一、高加设备结构特性和运行概况

当前电站运行有两台机组，一个为100MW凝气式汽轮机，一个为30MW抽背式汽轮机。每台汽轮机配备有2台高加，其形式皆为立式U型管­管板式高压加热器，目前4台高加皆为投运状态，为锅炉供水，以满足前方生产所需高、中、低压厂用汽的需求。高加型号为JG-610，各参数如下：

表1 高压加热器基本参数

高加日常给水温度一直维持在220℃左右，没能达到设计的要求值。给水温度和机组设计性能状况负荷抽汽参数有关，但高加性能参数对给水温度的影响最大[1]。特别是日常运行中的抽汽量、节流、结垢、泄漏、堵管、水位、保温、材质等因素，经过长时间参数对比监测，发现对给水温度的提升至关重要。

二、提出高加换热效率的影响因素

结合高加运行状态，围绕提高高加换热效率，提升给水温度为中心，以长期记录的高加运行参数为指导，将日常高加操作调整等情况考虑在内，依据高加运行的参数与规律，提出了高加换热的影响因素如下：

表2高加换热效率影响因素及归类

根据汇总归类后的影响因素，分别对各影响要素进行讨论，分析机组高加不同负荷、不同运行方式、不同布置下的换热效率的影响因素，通过分析得出影响高加换热效率提升给水温度的几点建议如表2。

三、高加换热效率的提升

1.增大进气量

机组高加投运过程中，发现#1高加进汽量始终低于之前设计进汽量，#1、2号高加进汽全开情况下，通过调整#2高加疏水旁路电动门开度，进而增加#1高加进汽量，提高高加给水出口温度，#2高加疏水旁路电动门开度不断关小，其对应数据如下：

表3进气量与高加给水进出口温度的影响

通过表格可以看出，通过不断调整#2高加疏水旁路电动门开度，高加给水出口温度保持不变，为219.5℃。

图1高加进气量与给水进出口温度关系

来自于汽轮机#2段抽汽的高温蒸汽在换热过程中从过热蒸汽到饱和蒸汽再到过冷水，这个过程中，汽化显热和汽化潜热被释放出来，且传递到被加热给水中去，同时使本级较高品位的蒸汽进入下一级较低压力的高加，排挤了一部分低参数抽汽，使回热循环的整体效率降低。调整换热过程中，高加出口给水温度不变，#2高加液位短暂上升，后又恢复平稳，说明经过调整#2高加进气量减少，#1高加进气量增加。#1高加汽侧进汽温度降低，上端差减小，低热抽汽的做功增加，降低高品质高热蒸汽的量，热经济型得到改善。

2.降低高加入口温度

除氧器压力决定着高加给水入口温度，一定范围内，除氧器压力越高，高脱下水温度越高，高加给水入口温度就越高，如下表4所示：

表4高加给水入口温度降低与高加出口温度对应关系

图2 除氧器压力变化与给水温度图

通过表格，我们可以看到，随着除氧器压力的降低持续，高加给水入口温度持续降低。在图2中的红色曲线，#7机高加出口温度随入口温度的降低而降低，#8机高加出口温度受调峰的影响比较大，峰值时间为：早9至12时，中午16至21时，故变化不是很明显，在此主要对#7机高加进行研究。

在其他条件不变的情况下，高加给水入口温度从167.8℃降至159℃降低了8.8℃，高加给水出口温度从219℃降至215.4℃，降低了3.6℃，高加进气量不变的情况下，高加换热效率得到了提升。但是对锅炉给水温度降低，维持额定蒸汽压力温度所需煤量增加，故不能通过此方式增加高加效率。

3.高加的布置方式

高加布置方式上分为两种：立式和卧式。

立式加热器占地面积小外形尺寸小、结构紧凑，在电厂中应用较广。但传热效果低于卧式加热器，管子与管板连接处的加工工艺要求高，费时费力，加工管板和水室时，需要使用大型的机加工设备，而且需要加工的管板厚，管道打孔数目多，加工工艺复杂，成本高。

卧式高压加热器换热面的管束采用横向布置的方式，蒸汽在相同凝结放热的工况下，横管表面上所积存的凝结水产生的膜薄，每根横管的放热系数约等于1.7根竖管，换热效果比立式加热器要好，热经济型更高。卧式的蒸汽冷却段和疏水冷却段便于设置，通过合理布置加热器放置位置的高低，即可调整高低负荷时疏水逐级自流，压差逐渐减小的难题，防止排挤，一般大容量机组的加热器多采用卧式[2]。

4.管程运行状况改善与换热效率关系

加热器在长时间运行中，管道的内外表面都会收到氧化腐蚀，形成以氧化铁为主要成分的污垢和污渍，这些淤积在管壁的污块大量堆积，使管束内给水流速降低，增加沿程损失和节流损失，也使管道内外温差加大，传热效果降低。运行时间越长，高加给水的出口温度越低，高加疏水温度升高，这时给水端差和疏水端差因此变大。其他条件不变，给水流量和给水压力保持一定时，水流速度增加，给水对高加内管束的冲蚀加剧，特别是弯头部分，容易导致更多管束泄漏。

在高压加热器运行过程中，管程管束泄漏而不能快速修复时，一般采用堵管的办法。有效传热面枳就会因堵管而降低，管程的总流通截面也大幅减小，给水阻力增加。当高加内堵管数达到总管道数目的15%时，加热器给水端差快速上升，同时给水阻力也较之前增加，此时可以更换新管束或考虑更新加热器。

5.高加液位控制对高加换热影响

水位对高压加热器换热性能的影响在以上影响因素中占比很大，高加疏水水位过高，内部有效换热面积减少，通过高加的给水温升便减少，使得上端差增大，下端差相对减小。高加水位过低，高加疏水不能浸没虹吸口，各级抽汽直接进入疏冷段。使本级较高品位的蒸汽进入下一级加热器，排挤了一部分低参数蒸汽，降低了回热循环的整体效率[3]。

随着水位的不断下降及泄漏蒸汽量的增大，高加上下端差均呈增大趋势，其中上端差的增大趋势较小，而下端差较明显。当进一步降低水位，下端差将保持不变，且泄漏蒸汽随疏水逐级自流流向下级高加，使疏水管到产生振动，并排挤了低一级高加进汽，降低了回热系统的经济性。

6.改善高加的管道布置

强化传热可以增加热量传递过程中的热量传递效率，通过传热过程方程式和对牛顿冷却公式可知，增大传热表面积和传热系数与对流传热系数都可以增加所传递的热量，增加能量的换热效率。目前实际生产中常用的强化传热的几种常见结构设计就包含以下几类：加入翅片、纵向涡发生器、酒窝结构、纵向内翅片管、螺旋肋片管、插入螺旋纽带、波纹管和扭转管等。

四、结论

通过对高加运行状况进行研究，在当前运行条件基础上，尽可能提高机组负荷，提高蒸汽温度，在运行中，尽量机组额定负荷运行，同时合理对各台机组的负荷进行调配，维持高加进汽压力上限运行，合理选择高加的布置方式，做好隔热措施，及时更换新管并做好防腐工作，改善高加管道的布置方式，保证高加处在高效合理的运行状态下。

参考文献（References）

[1]关鑫源. 非正常运行工况下高压加热器端差特性研究[D].华北电力大学,2012.

[2]乔万谋,贺增超.高压加热器对给水温度影响的分析及改造[J].西北电力技术,2001(03):37-39+3.

[3]高永强.关于高加正常疏水管道连接结构改造方案的探讨[J].技术与市场,2015,22(12):60+62.