閆哲，張士明，顧勇

(江蘇華電句容發(fā)電有限公司，江蘇 句容　212400)

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超超臨界二次再熱百萬(wàn)機(jī)組高壓加熱器布置方案

閆哲，張士明，顧勇

(江蘇華電句容發(fā)電有限公司，江蘇 句容212400)

摘要：通過(guò)闡述蛇形管高壓加熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和性能優(yōu)點(diǎn)，提出在超超臨界二次再熱百萬(wàn)機(jī)組中用蛇形管高壓加熱器取代U形管高壓加熱器。通過(guò)分析江蘇華電句容發(fā)電有限公司二期二次再熱百萬(wàn)機(jī)組高壓加熱器選型方案，說(shuō)明單列蛇形管立式高壓加熱器具有良好的穩(wěn)定性和工程實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：二次再熱；高壓加熱器；蛇形管；U形管

0引言

火電廠高壓加熱器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)高加)是利用汽輪機(jī)的抽汽加熱鍋爐給水的裝置。它可以提高電廠熱效率，節(jié)省燃料，并有助于機(jī)組安全運(yùn)行[1]。目前高加可按水室配水和換熱管的不同形式進(jìn)行結(jié)構(gòu)分類(lèi)，通常分為U形管管板式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)U形管式)和蛇形管集箱式(以下簡(jiǎn)稱(chēng)蛇形管式)。目前國(guó)內(nèi)的超超臨界機(jī)組大多采用單列或雙列U形管式高加布置方案，而在歐洲主要采用單列蛇形管式高加布置方案。

1問(wèn)題的提出

目前，百萬(wàn)千瓦等級(jí)的二次再熱機(jī)組給水泵出口壓力設(shè)計(jì)值通常在36～39 MPa，由于鍋爐給水要通過(guò)高加的換熱管并完成加熱過(guò)程，因此高加的管側(cè)設(shè)計(jì)壓力會(huì)達(dá)到44 MPa，給水壓力的大幅提升對(duì)高加設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝制作提出了更高的要求，同時(shí)增加了高加選型難度。

受給水壓力影響，單列U形管高加的水室半球形封頭厚度和管板鍛件厚度如果按照44 MPa的給水壓力進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么封頭和管板厚度都會(huì)超過(guò)GB 150.2—2011《壓力容器 第2部分：材料》中規(guī)定的最大公稱(chēng)厚度[2]。在這種情況下，往往采用雙列U形管高加方案，以減小管板的通流面積，從而降低管板和封頭厚度。如國(guó)電泰州二期、華能萊蕪、神華北海等幾個(gè)二次再熱項(xiàng)目均使用雙列U形管高加布置方案[3]，由于雙列高加會(huì)增加廠房管道，現(xiàn)場(chǎng)空間會(huì)更加擁擠，后期維護(hù)工作量會(huì)增加，本文提出采用單列蛇形管高加布置方案解決二次再熱機(jī)組中的高加布置難題。

2高加的結(jié)構(gòu)類(lèi)型

2.1高加的分類(lèi)和結(jié)構(gòu)

2.1.1U形管高加[4]

U形管高加的殼側(cè)主要由蒸汽進(jìn)口、疏水進(jìn)口、疏水出口和殼體4個(gè)部分組成，管側(cè)則主要包括給水進(jìn)口、給水出口、換熱管、水室、封頭、人孔密封板、管板和U形管。

2.1.2蛇形管高加

蛇形管高加的殼側(cè)與U形管高加的殼側(cè)相似，也是由蒸汽進(jìn)口、疏水進(jìn)口、疏水出口和殼體組成。其管側(cè)結(jié)構(gòu)與鍋爐集箱類(lèi)似，包括給水進(jìn)、出口集管和蛇形管2大部分。蛇形管通常在殼體內(nèi)彎成3程或4程，與U形管高加相比主要結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)是用厚度較薄的集管代替了水室及管板結(jié)構(gòu)，降低了部件厚度和應(yīng)力。

2.2蛇形管高加的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

(1)部件的熱應(yīng)力分布均勻、負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)。通常U形管高加需要較大的管板直徑和厚度,如圖1所示，機(jī)組啟、停過(guò)程中的溫度分布不均會(huì)使管板產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，加大熱裂紋的風(fēng)險(xiǎn)。蛇形管高加的集管厚度一般在70～120 mm，僅有管板厚度的15%左右，如圖2所示，熱應(yīng)力分布比較均勻，具有較好的抗熱沖擊性能，提高了溫升速率限制和變工況運(yùn)行次數(shù)。

(2)故障率低，可靠性好。U形管高加的管板與U形管采用角焊縫和脹接連接，通常采用氦檢漏。在機(jī)組頻繁啟、停及熱沖擊運(yùn)行中易發(fā)生管口泄漏。而蛇形管高加通過(guò)集管上的短接頭與蛇形管焊接連接，對(duì)焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)，確保了焊接質(zhì)量。因此，蛇形管高加的管子損壞率極低，可以運(yùn)

圖1　U形管高加管板

圖2　蛇形管高加集管

行50年以上。據(jù)德國(guó)BD公司統(tǒng)計(jì)，從1935年開(kāi)始生產(chǎn)的1 200臺(tái)蛇形管高加超過(guò)100萬(wàn)根管子的損管率僅為0.013%，過(guò)去40年中僅有30根損壞，其中第1根管子損壞發(fā)生在運(yùn)行20年后。

通過(guò)以上介紹可以總結(jié)出，蛇形管高加取消了管板并采用獨(dú)特的連接手段，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上解決了U形管高加管板過(guò)厚造成熱應(yīng)力過(guò)于集中的問(wèn)題,消除了管板產(chǎn)生裂紋的隱患，提高了負(fù)荷適應(yīng)能力，因此可靠性、運(yùn)行壽命得到提高。蛇形管和U形管高加主要技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。

3高加布置方案與投資情況對(duì)比

3.1單列與雙列

百萬(wàn)千瓦等級(jí)二次再熱機(jī)組如果采用雙列高加系統(tǒng)，則需要設(shè)置4級(jí)雙列50%額定容量的高加，#2，#4高加前置式蒸汽冷卻器分別串聯(lián)在每列#1高加后。這樣1臺(tái)機(jī)組回?zé)嵯到y(tǒng)總共有10個(gè)高加，系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜，管線、閥門(mén)數(shù)量眾多，運(yùn)行維護(hù)難度大。相比雙列高加，單列高加給水和加熱蒸汽管道的長(zhǎng)度有所減小，相關(guān)管道的阻力也相應(yīng)減少，可以降低汽輪機(jī)運(yùn)行熱耗。

表1　蛇形管與U形管高加的技術(shù)特點(diǎn)對(duì)比

3.2立式與臥式

目前國(guó)內(nèi)超超臨界機(jī)組基本都使用臥式U形管高加[5]，如果采用蛇形管高加，可以選擇立式或者臥式，2種形式的運(yùn)行性能和可靠性基本一致，沒(méi)有明顯的優(yōu)缺點(diǎn)。但立式便于集中布置，節(jié)省了臥式高加分層布置所增加的給水管道，在投資方面有優(yōu)勢(shì)，廠房占地面積也會(huì)減少，因此，從優(yōu)化廠房布置的角度考慮應(yīng)優(yōu)先選用立式。

3.32種主要高加布置方案投資對(duì)比[6]

以江蘇華電句容發(fā)電有限公司二期二次再熱火電機(jī)組基建項(xiàng)目為例，通過(guò)上海電站輔機(jī)廠提供的資料進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行2種布置方案的投資對(duì)比。與U形管高加相比，蛇形管高加所需材料尺寸規(guī)格較高，設(shè)備總質(zhì)量也大。雖然蛇型管制造和裝配工藝較為復(fù)雜，但沒(méi)有U形管高加的管板和球形封頭等鍛件，所以1套蛇形管高加的本體制造成本比U形管雙列高加僅高出150萬(wàn)元。

單列高加與雙列高加相比，主要節(jié)省了廠房的給水管道用量，給水全容量管道規(guī)格為? 660 mm×83 mm，給水半容量管道規(guī)格為? 457 mm×55 mm，每臺(tái)機(jī)組減少管道質(zhì)量減少約40 t，同時(shí)抽汽、疏水管道減少約10 t。按照高壓給水管道采用15NiCuMoNb5-6-4材質(zhì)(合金鋼)計(jì)算，采用單列高加，2臺(tái)機(jī)組給水管道能節(jié)省382萬(wàn)元。

綜合上述情況，采用單列蛇形管高加相比雙列U行管高加至少能節(jié)省工程造價(jià)約232萬(wàn)元。

4結(jié)論

本文針對(duì)二次再熱機(jī)組參數(shù)的特點(diǎn)和高加的選型要求，通過(guò)分析對(duì)比蛇形管高加和U形管高加的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，闡述了蛇形管高加的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合華電句容發(fā)電有限公司二期二次再熱機(jī)組高加的實(shí)際布置和造價(jià)情況，說(shuō)明采用單列蛇形管立式高加布置方案具有可靠性高、節(jié)約廠房布置空間、減小維護(hù)工作量及節(jié)省工程造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。因此，在二次再熱機(jī)組中優(yōu)先推薦采用單列蛇形管立式高加布置方案，蛇形管高加在高參數(shù)機(jī)組中應(yīng)得到推廣并有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔡錫琮.高壓給水加熱器[M].北京：水利電力出版社，1995.

[2]凌峰. 蛇形管式高壓加熱器在大型火電機(jī)組中的應(yīng)用[J]. 電站輔機(jī), 2014, 35(3):5-7.

[3]王泳濤，張新春，陳煒.雙列高加在1 000 MW超超臨界機(jī)組中的應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2006(8)：32-34.

[4]張志剛，U型管高壓給水加熱器有限元分析[J].機(jī)電信息，2014(18)：157-158.

[5]史進(jìn)淵，林振坤，柳惠齡.臥式高壓給水加熱器的可靠性分析[J].動(dòng)力工程，1993(3)：53-58.

[6]范旭光.高壓給水加熱器水位變化對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響分析[J].機(jī)械工程師，2012(7)：185-186.

(本文責(zé)編：齊琳)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM 311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1674-1951(2016)05-0041-02

收稿日期：2016-01-20；修回日期：2016-05-01

作者簡(jiǎn)介：

閆哲(1987—)，男，江蘇揚(yáng)州人，工程師，工學(xué)碩士，從事電廠汽輪機(jī)檢修、基建管理方面的工作(E-mail:yz_jrhd@126.com)。