馬永杰

(甘肅電投常樂發(fā)電有限責任公司，甘肅 蘭州 730046)

1 000 MW機組回熱系統(tǒng)高壓加熱器選型分析

馬永杰

(甘肅電投常樂發(fā)電有限責任公司，甘肅 蘭州 730046)

介紹了大容量單、雙列高壓加熱器的設(shè)計和制造情況，以及廠家為提高運行經(jīng)濟性和安全性作出的工藝改進，在此基礎(chǔ)上分析比較了2種配置方案的優(yōu)缺點，指出單列高壓加熱器為最優(yōu)方案。

高壓加熱器；回熱系統(tǒng)；設(shè)計參數(shù)；選型

0 引言

高壓加熱器(以下簡稱“高加”)在火力發(fā)電廠的給水回熱系統(tǒng)中占有非常重要的地位，其安全、可靠的運行可以提高整個機組的循環(huán)熱效率，降低煤耗。因此，高加的選型對汽輪機回熱系統(tǒng)、給水系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性和安全性具有較大影響。

1 高加容量配置及單、雙列系統(tǒng)優(yōu)缺點

我國已投入運行的超超臨界機組高加大多數(shù)采用雙系列布置方式，但近幾年單系列布置方式逐漸增多。單系列布置可以節(jié)省電廠占地空間，降低系統(tǒng)布置難度及閥門附件的數(shù)量，但卻增加了設(shè)備設(shè)計、制造及安裝的難度。

(1) 高加容量配置。在1 000 MW超超臨界機組中，有的采用單臺容量為50 %(雙列)的高加，也有的采用單臺容量為100 %(單列)的高加。近年來，隨著制造工藝的不斷提高，目前100 %(單列)高加已成為百萬千瓦機組主流配置。

(2) 單、雙列高加系統(tǒng)和本體的優(yōu)缺點對比結(jié)果如表1所示。

2 高加的設(shè)計制造

2.1 設(shè)計參數(shù)

600-1 000 MW機組高加的容量及參數(shù)都較高。單列高加具有簡單、閥門少、管道短、布置方便的優(yōu)勢，但有一些零部件、元件需特別定貨或國外進口，所以制造周期略長。某制造廠生產(chǎn)的1 000 MW機組單、雙列高加結(jié)構(gòu)尺寸分別如表2，3所示。

表1 單、雙列高加系統(tǒng)優(yōu)缺點對比

2.2 加工制造

對于1 000 MW機組雙列高加而言，其外型尺寸同600 MW超臨界機組100 %容量高加基本相同，差別在于水室壁厚和管板厚度增加。除原材料需要從國外進口外，國內(nèi)的制造廠家已經(jīng)具備了設(shè)計和加工制造超超臨界高壓加熱器的條件，目前已投產(chǎn)的600-1 000 MW超超臨界機組的配套高加均已實現(xiàn)國產(chǎn)化。

對于單列高加而言，因1 000 MW機組參數(shù)較高，加熱器的直徑和厚度與雙列高加相比增加了很多，產(chǎn)品的重量成了重要問題。單列高加與雙列高加相比有以下幾個制造難點：

(1) 整體重量和各個部件的重量受制于制造廠現(xiàn)有的設(shè)備；

(2) 管板材料的采購、加工和起重能力；

(3) 球形封頭材料的采購和加工能力。

表2 單列高加結(jié)構(gòu)尺寸(參考值)

表3 雙列高加結(jié)構(gòu)尺寸(參考值)

2.3 費用

1 000 MW機組采用雙列、U型管高加時，其設(shè)備投資費用稍高，比單列高加費用高25 %，給水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、抽汽系統(tǒng)的閥門投資費用和土建的投資費用也較高；單列、U型管高加的抽汽管道閥門少、抽汽管徑大、管件少、抽汽壓降小，加熱系統(tǒng)熱經(jīng)濟性好于雙列、U型管高加，且土建投資成本低，有利于廠房的設(shè)備布置。

3 三大動力廠高加制造的工藝情況

由于1 000 MW機組單列高加本體容量大，因此換熱面積大、體積大，造成設(shè)計、制造困難，而且易受到熱沖擊、流體誘導振動、局部應(yīng)力集中、大流量的疏水波動等影響，三大動力廠一直致力于對高加制造工藝進行改進優(yōu)化。

(1) 加強重量控制，減少承重要求。廠家對高加各個部件均進行了優(yōu)化，可以將單臺高加重量控制在190 t之內(nèi)。

(2) 優(yōu)化連接結(jié)構(gòu)，減輕應(yīng)力影響。高加的半球型水室封頭壁厚較厚，在與高加管板的連接處較易產(chǎn)生裂紋。針對這個問題，廠家對高加關(guān)鍵部件進行了強度計算及球形封頭與管板連接處的有限元應(yīng)力分析計算，保證其結(jié)構(gòu)的合理性。

（3） 優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少振動。由于單列高加的直徑大，U型管數(shù)多，為了防止在運行中產(chǎn)生振動，在高加的凝結(jié)段采用了蒸汽自動補償技術(shù)，在凝結(jié)段中不采用蒸汽強制流動，凝結(jié)段隔板采用大隔板，僅起支撐傳熱管的作用，并在隔板周邊加開蒸汽通道，使蒸汽可以在高加殼體中自由流動，而不采用傳統(tǒng)的強制流動的隔板。

利用U型管中蒸汽凝結(jié)成水時體積的急劇變化而產(chǎn)生的局部真空使周邊的蒸汽自動流入。這樣，一方面避免了運行中的汽液兩相沖擊，另一方面抑制了管系振動。

而在高加的過熱冷卻段和疏水冷卻段采用的是強制流動，采用管系防振動設(shè)計，對每段U型管的無支撐長度進行計算，合理的布置隔板間距，在減少阻力和防止振動中取得最佳點。對U型管彎頭處加裝防振柵架，進一步防止其振動。

（4） 加設(shè)重要部件，減少熱應(yīng)力。在過熱段采用封閉式的包殼，使過熱蒸汽不與管板接觸，汽側(cè)管板接觸到的仍是飽和溫度，使管板兩側(cè)的溫差降到最小，從而減少熱應(yīng)力對高加管板的影響。

4 現(xiàn)階段高加形式選擇

在2009年以前，國內(nèi)還不具備超大型高加的加工制造能力，高加圓形封頭需要進口，采購周期長，費用昂貴，因此1 000 MW機組多采用雙列高加。

2010年后，三大動力廠具備了先進的大容量單列高加制造技術(shù)。相對于雙列高加，單列高加具有投資小、占地面積小、系統(tǒng)布置較簡單的優(yōu)點，高加設(shè)備數(shù)量減半，相應(yīng)管道少、所需的配套閥門和儀表數(shù)量減半，控制簡單，1 000 MW機組選擇單列高加從初次投資上每臺機可以節(jié)約費用500萬元。綜合考慮，選擇單列高加是最優(yōu)方案。

5 結(jié)束語

通過對1 000 MW超超臨界機組單、雙列高壓加熱器設(shè)計參數(shù)、制造工藝、安裝維護的比較分析，得出的結(jié)論是單列高加和雙列高加的配置方案在技術(shù)上都可行，而單列高加具備更明顯的成本優(yōu)勢，可以作為首選方案。

2016-03-05；

2016-06-15。

馬永杰(1975-)，男，高級技師，主要從事火力發(fā)電廠集控運行工作，email：myjjxhjx@163.com。