董益華，孫永平，應(yīng)光耀，吳文健，樓可煒

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

大型火電機(jī)組低加疏水不暢問題的分析及對策

董益華，孫永平，應(yīng)光耀，吳文健，樓可煒

（浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，杭州310014）

針對300 MW與600 MW機(jī)組7號、8號低加疏水系統(tǒng)存在全負(fù)荷段無法投入自動的現(xiàn)象，分析了疏水不暢的原因，進(jìn)而提出了改進(jìn)措施。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在某600 MW機(jī)組上取得了成功應(yīng)用，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

火電機(jī)組；低加；疏水不暢；改進(jìn)

0 引言

給水回?zé)釋μ岣邫C(jī)組經(jīng)濟(jì)效益極為有效而被廣泛應(yīng)用[1]，國內(nèi)較多300 MW與600 MW機(jī)組的回?zé)嵯到y(tǒng)基本采用“三高四低一除氧”的結(jié)構(gòu)模式，低壓加熱器（簡稱低加）的疏水方式大多為逐級自流，系統(tǒng)簡單、投停方便。但是低加疏水系統(tǒng)在運(yùn)行中疏水不暢現(xiàn)象比較普遍，尤其是7號低加至8號低加、8號低加至凝汽器的疏水系統(tǒng)。主要表現(xiàn)為以下幾種情況：全負(fù)荷段疏水不暢；高負(fù)荷段疏水正常而低負(fù)荷段不暢或冬季正常夏季不暢；無法投入疏水水位自動；疏水不暢導(dǎo)致危急疏水閥開啟。疏水不暢容易使低加處于高水位或低水位運(yùn)行，將造成以下兩個方面的影響：

（1）降低機(jī)組安全性。7號、8號低加一般采用共殼體形式布置在凝汽器頸部，且其抽汽管道未配置抽汽逆止門和電動截止門，當(dāng)高水位運(yùn)行時危急疏水閥經(jīng)常動作，一旦出現(xiàn)卡澀或故障易造成汽缸進(jìn)水，當(dāng)?shù)退贿\(yùn)行時蒸汽容易進(jìn)入疏冷段，在疏水管中產(chǎn)生汽液兩相流，造成疏水管道振動、沖刷。

（2）降低機(jī)組經(jīng)濟(jì)性。低加高水位運(yùn)行時引起危急疏水閥開啟，增大了凝汽器熱負(fù)荷也造成了額外的冷源損失；而低水位運(yùn)行時由于疏冷段工作不正常引起本級疏水溫度升高，增加了本級抽汽流量，汽輪機(jī)做功量減少，引起了機(jī)組熱耗率的上升。

1 疏水不暢的原因分析

由于機(jī)組的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備狀況、運(yùn)行水平有所不同，因此引起低加疏水不暢的原因也各不相同，對其中一些共性的因素進(jìn)行歸納整理，得出以下4點常見原因。

（1）水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)調(diào)節(jié)失靈。主要有調(diào)節(jié)閥特性不良或通流能力設(shè)計不足，出現(xiàn)汽水兩相流時基本失去調(diào)節(jié)功能；疏水水位波動范圍的允許值較小且正常水位設(shè)置值偏保守，在負(fù)荷上下波動頻繁期間自動控制難度較大；處于負(fù)壓狀態(tài)的儀表管或測量裝置出現(xiàn)空氣泄漏情況，使測量水位偏離實際水位。

（2）疏水壓差小。300 MW和600 MW機(jī)組的7號低加至8號低加、8號低加至凝汽器的壓差與負(fù)荷之間的關(guān)系見表1，表中數(shù)據(jù)取自春秋季熱力試驗，夏季的壓差數(shù)據(jù)要略小一些，當(dāng)然同一類型機(jī)組之間的數(shù)據(jù)也會略有不同，表中數(shù)據(jù)僅代表了該類型機(jī)組的常規(guī)數(shù)值。由表中數(shù)據(jù)可知，7號、8號低加的疏水壓差都比較小，且隨著負(fù)荷的降低而減小，壓頭富裕量不足，極易造成疏水不暢。

表1 300 MW與600 MW機(jī)組7號、8號低加疏水壓差

（3）低加設(shè)計原因造成疏水流動阻力大。內(nèi)置式疏水冷卻段的設(shè)計，包殼式、強(qiáng)化換熱導(dǎo)流板增加了殼側(cè)壓降，不少低加正常疏水引出管處在疏冷段較高的位置。另外8號低加接收7號低加疏水的接口往往設(shè)計在8號低加頂部，促使管路布置成倒U型，這些因素都增加了疏水的難度，尤其在低負(fù)荷階段。

（4）管道及閥門布置或選型不合理造成疏水流動阻力大。疏水管路過長、管路復(fù)雜、高阻力閘閥、T型三通等造成流動阻力增加，另外疏水管路中的U型、倒U型結(jié)構(gòu)，增加了阻力且易積存空氣，使正常疏水無法建立虹吸。

2 改進(jìn)措施

2.1 低加疏水方式的改進(jìn)

目前300 MW與600 MW機(jī)組低加疏水基本都是逐級自流方式，在場地允許的情況下可以將其改為疏水泵加外置式疏水冷卻器（簡稱疏冷器）的疏水方式。即6號低加不設(shè)內(nèi)置式疏冷段，疏水由疏水泵打入6號低加出口5號低加入口的凝結(jié)水管路，7號低加、8號低加也不設(shè)內(nèi)置式疏冷器，疏水均自流進(jìn)入設(shè)在8號低加入口凝結(jié)水管路上的外置式疏冷器，冷卻后的疏水經(jīng)過疏水立管再進(jìn)入凝汽器。該方式經(jīng)濟(jì)性較好，且能保證疏水的正常投運(yùn)，但是對場地要求較高，一次投資較大，運(yùn)行維護(hù)工作量增加。

2.2 低加水位的準(zhǔn)確測量及優(yōu)化調(diào)整

要對低加的水位測量系統(tǒng)進(jìn)行檢查，保證測量系統(tǒng)能比較真實地反應(yīng)加熱器內(nèi)實際水位，可以通過對測量管路進(jìn)行真空查漏、儀表引出管加裝迷宮式多孔封板、加裝超聲波水位計等手段來提高低加水位測量的準(zhǔn)確性；通過水位調(diào)整試驗重新標(biāo)定運(yùn)行水位，以便確定合理的正常運(yùn)行水位和報警水位。

2.3 低加水位調(diào)節(jié)裝置的改造

根據(jù)汽液兩相流的流動特性，利用“汽液兩相流自調(diào)節(jié)液位控制裝置”[2]來控制低加水位。相變管根據(jù)液位高低采集表征汽相、液相信號的調(diào)節(jié)汽由進(jìn)汽口進(jìn)入調(diào)節(jié)器，與疏水混合后流經(jīng)特定設(shè)計的喉部。當(dāng)液位上升時，調(diào)節(jié)汽減少，喉部有效通流面積增加因而疏水流量增加；當(dāng)液位下降時，調(diào)節(jié)汽增加，喉部有效通流面積減少，疏水流量降低。該裝置液位自調(diào)節(jié)性能較強(qiáng)，液位穩(wěn)定，易安裝、易維護(hù)，且能大大緩解管道內(nèi)汽蝕和振動現(xiàn)象。

2.4 低加本體的改進(jìn)

（1）將正常疏水引出管由原來疏水冷卻腔室較高位置改在疏水冷卻腔室的下部，同時在原疏水冷卻腔室上方考慮設(shè)置排氣管路，以減少虹吸，降低疏水難度。

（2）將正常疏水引入管的位置由原來的加熱器頂部改為加熱器中心線或更低位置，既降低疏水水位差，又避免倒U型管路出現(xiàn)，為全負(fù)荷段實現(xiàn)疏水自動提供保障，管路改造時應(yīng)配置好相應(yīng)的防沖擋板或直接采用帶小孔的防沖套管。

2.5 疏水管路及閥門的改進(jìn)

采用阻力系數(shù)小的調(diào)節(jié)閥及其前后手動隔離閥，并盡量布置在靠近下一級加熱器處，以減少閥后輸送汽水混合物管道的長度，同時在疏水管路容易積氣的地方設(shè)置連至凝汽器的排氣管路，以幫助在管道中建立虹吸，另外盡量簡化管路布置、少用T型三通、減少爬坡、避免出現(xiàn)U型和倒U型結(jié)構(gòu)。

3 疏水系統(tǒng)改進(jìn)實例

某汽輪機(jī)組系上海汽輪機(jī)廠按照西屋公司技術(shù)制造的亞臨界600 MW汽輪機(jī)，自2005年投產(chǎn)以來，負(fù)荷一旦低于510 MW，7號低加至8號低加就出現(xiàn)正常疏水無法投入水位自動、危急疏水閥開啟的現(xiàn)象。

3.1 查找原因

由表1數(shù)據(jù)可知，在300～600 MW負(fù)荷區(qū)間，7號低加與8號低加之間壓差比較小，且隨著機(jī)組負(fù)荷的降低逐步減小。經(jīng)過現(xiàn)場實地查看，發(fā)現(xiàn)7號低加至8號低加疏水接口間的標(biāo)高抬升了約1.6 m（增加靜壓阻力約16 kPa），疏水管路形成倒U型結(jié)構(gòu)，再加上加熱器殼程壓降、管路沿程阻力、管路局部阻力，所以在低負(fù)荷段疏水系統(tǒng)很難投運(yùn)，若考慮管路積氣產(chǎn)生額外局部阻力、水位調(diào)整控制不當(dāng)?shù)绕渌?，在?fù)荷較高時也會產(chǎn)生正常疏水不暢現(xiàn)象。

而8號低加與凝汽器之間壓差比較小，但由于8號低加至凝汽器疏水管路標(biāo)高降低約8 m（減少靜壓阻力約80 kPa），且管路布置合理，因此能夠正常疏水。

3.2 改進(jìn)措施

改進(jìn)前7號低加、8號低加疏水系統(tǒng)如圖1（a）所示，正常疏水管路明顯呈倒U型結(jié)構(gòu)。

圖1 疏水系統(tǒng)改進(jìn)前后對比

改進(jìn)后疏水系統(tǒng)布置如圖1（b）所示，重新開設(shè)了8號低加的疏水接入口，新的疏水口開至8號低加殼體中心線下部且靠近凝汽器側(cè)，開孔尺寸與原疏水口尺寸一致，以保證通流能力，并在新開孔位置配置相應(yīng)的防沖裝置以保護(hù)換熱管，同時將疏水管路進(jìn)行重新布置，調(diào)節(jié)閥和手動閥移到中間層平臺（標(biāo)高約6.9 m），重新連接管道并做好支撐。改進(jìn)前后8號低加疏水口變化如圖2所示。

圖2 改進(jìn)前后8號低加疏水口對比

3.3 改進(jìn)效果與效益

改進(jìn)前負(fù)荷低于510 MW時須開啟7號低加至8號低加危急疏水，正常疏水閥處于關(guān)閉狀態(tài)。低加疏水不暢降低了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，7號低加危急疏水閥開啟后，引起疏水溫度升高，在7號低加上端差不變的情況下，導(dǎo)致7號低加抽汽流量增加，引起低壓缸做功減少。另外，在忽略凝汽器熱負(fù)荷少量變化引起凝汽器真空變化，8號低加進(jìn)水溫度認(rèn)為不變的前提下，7號低加至8號低加疏水流量的減少，間接導(dǎo)致8號低加抽汽流量的增加，也引起低壓缸做功量的減少。在鍋爐給煤量不變的情況下，增加了機(jī)組的供電煤耗率。以此為依據(jù)計算了機(jī)組低加疏水不暢引起的機(jī)組性能指標(biāo)變化，計算結(jié)果如表2所示。

表2 疏水不暢引起的供電煤耗率變化

從表2數(shù)據(jù)可以看出，負(fù)荷從300 MW變化至500 MW，因疏水不暢引起的供電煤耗率增加負(fù)荷區(qū)間均能投入7號低加至8號低加正常疏水水位自動，危急疏水閥關(guān)閉，疏水走向遵循原則性熱力系統(tǒng)的要求。利用表2計算結(jié)果進(jìn)行計值從0．17 g/kWh變化至0．31 g/kWh，供電煤耗率的上升幅度隨著機(jī)組負(fù)荷的增加而增加。

在對疏水系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)后，在300～600 MW負(fù)荷區(qū)間內(nèi)均能投入7號低加至8號低加正常疏水水位自動，危急疏水閥關(guān)閉，疏水走向遵循原則性熱力系統(tǒng)的要求。利用表2數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，可取得年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤518．7 t的經(jīng)濟(jì)效益，按照標(biāo)準(zhǔn)煤的市場價1 100元/t計算，年度直接節(jié)省發(fā)電成本約57．1萬元。

4 結(jié)語

300 MW與600 MW機(jī)組的7號低加、8號低加普遍存在疏水不暢現(xiàn)象，造成安全隱患和經(jīng)濟(jì)損失，在對其原因歸納的基礎(chǔ)上，給出了多方面的改進(jìn)措施，并成功應(yīng)用于發(fā)電機(jī)組上，取得了較好的成效和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]鄭體寬．熱力發(fā)電廠[M]．北京：中國電力出版社，1997．

[2]陳國慧，林萬超．新型自調(diào)節(jié)液位控制器[J]．熱電技術(shù)，1997（4）:31－33．

[3]凌峰，牛忠華．解決7號低壓加熱器疏水不暢的技術(shù)方案[J]．電站輔機(jī)，2009，30（3）:9－11，27．

[4]李偉，宋振龍．哈汽N300機(jī)組低加疏水系統(tǒng)節(jié)能改造[J]．山東電力技術(shù)，2003（5）:69－71．

（本文編輯：陸瑩）

Analysis and Countermeasure against Blocked Drain in LP Heater for Large Thermal Power Generating Unit

DONG Yi-hua，SUN Yong-ping，YIANG Gang-yao，WU Wen-jian，LOU Ke-wei
（Z（P）EPC Electric Power Research Institute，Hangzhou 310014，China）

The paper introduces operation failure of low-pressure heaters No.7 and No.8 of 300 MW and 600 MW units in full load.It analyzes causes for blocked drain and hence proposes solutions and ideas for retrofit，which，in combination with field practice，turns out to be a success in 600 MW units and improves safety and economic efficiency of unit operation.

thermal power generating unit；LP heater；blocked drain；retrofit

TK264.1

：B

：1007-1881（2013）01-0037-03

2012-06-11

董益華（1979-），男，浙江奉化人，碩士，高級工程師，主要從事火力發(fā)電廠熱力試驗及性能優(yōu)化工作。