350MW级超临界锅炉启动疏水系统探讨
2014-05-08王慧颖
王慧颖
摘要： 某些350MW级超临界锅炉启动疏水系统设计偏于保守，通过分析、计算、比较得出：350MW级超临界锅炉启动疏水系统采用调节阀后直接排凝汽器方案是完全可行的。
Abstract： Some design about the starting-up drain system of 350MW supercritical boiler is conservative， through analysis， calculation and compare the conclusion is proved out， that is： the scheme that starting-up drain from control valve of 350MW supercritical boiler directly discharge into condenser can be carried out.
关键词： 锅炉启动疏水；凝汽器；疏水能级；疏水装置；两相流
Key words： boiler starting-up drain；condenser；drain energy level；draining device；two-phase flow
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0033-02
0 引言
350MW超临界锅炉技术是一项响应国家政策、适应市场需求、国内自主研发技术，是继600MW级机组之后应运而生的。受600MW级机组技术的影响，某些350MW级锅炉启动疏水系统直接套用600MW级机组技术，采用内置式分离器、大气式扩容器、扩容器疏水箱、启动疏水泵等设备回收疏水至凝汽器。
该设计方案对于容量较小的350MW超临界机组来说偏于保守。本文以某电厂350MW级超临界锅炉启动疏水系统为例，经过分析计算，提出了该系统的推荐方案。
1 工程概况
本工程为2×350MW级超临界热电联产机组，锅炉由东方锅炉集团股份有限公司设计供货，锅炉启动疏水系统参数见表1。
2 锅炉启动疏水系统设计思路
对于排入凝汽器的热力系统的疏水，首先应分析介质状态，确定其能级，根据能级排入相应的设备，如凝汽器本体或辅助疏水扩容器，并具体选择合理的排入位置；其次，按能级采用合适的疏水装置或导流结构；还应考虑介质在管道内的流速。
2.1 疏水能级划分及排入位置 排入凝汽器的疏水需采用合适的疏水装置以改善凝汽器设备的热力性能，疏水装置有不同的型式，如多孔节流分配管、导流挡板、多孔集管等。而疏水装置的选取依赖于疏水能级的高低。排入凝汽器疏水的能级根据其流量、压力、温度的不同而定，如表2所示。
本工程疏水压力0.692MPa ，温度164.5℃，依据表2该疏水属于中能级，但是根据流量249.66t/h（即69.35kg/s） 划分应属于高能级范围，所以凝汽器设计时需高度重视。
对于凝汽器设备来讲，由于受凝汽器凝结水含氧量、冷却管防冲蚀以及凝汽器内蒸汽流场的均匀性等方面的要求，对于排入凝汽器的疏水，其压力应小于1.72MPa，焓值小于2849kJ/kg，对于压力、焓值超过上述数值的疏水则不宜直接排入凝汽器，应排入相应的疏水扩容器或凝汽器本体疏水扩容器[1]。
依据该原则，350MW超临界锅炉启动疏水参数满足直接排入凝汽器的要求。
2.2 疏水排入装置的选取 本工程锅炉启动疏水为温度不太高的饱和水，但疏水排放量大，宜排入凝汽器的接颈部位，并且为保证凝汽器本体的性能，应采取进一步的措施，可用喷孔或导流板等形式排入凝汽器接颈部位。若因布置限制无法排入凝汽器接颈的，可用导管在凝汽器内部往上引入接颈。必须保证排入通道的畅通。
2.3 启动疏水流速的选取 排入凝汽器内蒸汽的流速不宜大于80m/s[1]，考虑到本工程启动疏水量大，经过361阀减压后的疏水为汽、水两相流混合物。需根据流速计算选取经济合理的管径。而且两相流工质管道运行时易发生振动，管径选取时需考虑该因素，管内工质流速越低，对控制管道振动越有利。
3 系统的拟定
本工程锅炉启动疏水系统见图1。
对应系统图1，计算各工况时疏水性能，详见表3。
从表3可以看出，工况1时361阀前、后工质均为过冷水，工况2、工况3时361阀后管道内工质为汽水两相流状态。工况3时疏水流量、361阀前后压差均较工况2大。所以工况3时汽水混合物含汽量多。对应于系统图1，工况3为最恶劣工况。工况3时各管道内工质流速标注于系统图1中。各管径选取时考虑了凝汽器设备的接收及两项流工质的流速。
4 系统分析
随着国内超（超）临界技术的发展，600MW级锅炉启动疏水系统遇到的问题如凝汽器有关设备超压、疏水管道的振动等已不再是无法解决的问题。首先凝汽器设备系统的改善至关重要，已具备直接接收600MW级机组的启动疏水能力。
如：对于130kg/s左右（在高能级范围内），压力、温度为754kPa、195℃、焓值约为2830kJ/kg，不能按常规方法直接接入凝汽器，在实践中采用导流方法将疏水引入凝汽器接颈，用特殊分流装置把蒸汽分散于接颈空间内，避免了高能级疏水对设备的冲击，在运行中取得了很好的效果[1]。其次选择合适的管径控制管内工质流速、合理进行管道支吊架设置就能避免管道振动的问题。图1中管内工质流速完全满足凝汽器接收要求。
某些600MW级电厂对锅炉启动疏水系统改造时，有采用喷水减温器方案。即在361阀后两项流管道上喷入冷却水，减少管道内工质蒸汽含量。最终达到降低361阀后管内工质流速。
对于本工程，经过计算，在工况3时，361阀后工质干度为0.317，假设喷入减温水将干度降为0.15，此时母管内工质流速由73.23m/s降为50.1m/s，但进入凝汽器的疏水量额外增加了需喷入的冷却水量106t/h（冷却水压力4MPa，温度50℃）。
但是若不喷入冷却水，而仅将阀后管道规格增大，即由？准530×60替代？准426×50，管道内工质流速将由73.23m/s降至46.3m/s。显然，对本工程来讲，增加减温器喷水系统方案是不必要的。
5 系统设计应注意的问题
①对锅炉启动疏水参数进行详细分析后。尽早与凝汽器设备厂家配合，在工程设计初期阶段，确定好疏水回收系统方案。使凝汽器设备采取相应的应对措施，确定疏水接入位置及选用合适的疏水装置。
②工况2、工况3时361阀后工质为汽、水两相流状态，管道设计时361调节阀应靠近凝汽器设备布置，使阀后两相流管道尽可能短。调节阀后出现的第一个转向弯头应改用三通连接，三通直通的一端应加设堵头[2]。管道进行应力分析计算，尽可能多设限位支吊架防止管道的振动。
6 结论
经过上述分析、计算得出：350MW级超临界锅炉启动疏水系统采用361阀后直接排凝汽器设备方案是完全可行的。通过合理的设计可以实现系统安全可靠运行。
与额外增加大气式扩容器、疏水箱、疏水泵方案比较，该方案具有系统简单、经济、施工方便、节约工质的优点。
参考文献：
[1]姜楠.孙泓.凝汽器杂项疏水的处理[J].动力工程，2005，6.
[2]《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T 5054.
[3]顾宇，赵树成，祝洪青.超临界直流锅炉启动系统综合分析[J].山东电力技术，2008（05）.endprint
摘要： 某些350MW级超临界锅炉启动疏水系统设计偏于保守，通过分析、计算、比较得出：350MW级超临界锅炉启动疏水系统采用调节阀后直接排凝汽器方案是完全可行的。
Abstract： Some design about the starting-up drain system of 350MW supercritical boiler is conservative， through analysis， calculation and compare the conclusion is proved out， that is： the scheme that starting-up drain from control valve of 350MW supercritical boiler directly discharge into condenser can be carried out.
关键词： 锅炉启动疏水；凝汽器；疏水能级；疏水装置；两相流
Key words： boiler starting-up drain；condenser；drain energy level；draining device；two-phase flow
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0033-02
0 引言
350MW超临界锅炉技术是一项响应国家政策、适应市场需求、国内自主研发技术，是继600MW级机组之后应运而生的。受600MW级机组技术的影响，某些350MW级锅炉启动疏水系统直接套用600MW级机组技术，采用内置式分离器、大气式扩容器、扩容器疏水箱、启动疏水泵等设备回收疏水至凝汽器。
该设计方案对于容量较小的350MW超临界机组来说偏于保守。本文以某电厂350MW级超临界锅炉启动疏水系统为例，经过分析计算，提出了该系统的推荐方案。
1 工程概况
本工程为2×350MW级超临界热电联产机组，锅炉由东方锅炉集团股份有限公司设计供货，锅炉启动疏水系统参数见表1。
2 锅炉启动疏水系统设计思路
对于排入凝汽器的热力系统的疏水，首先应分析介质状态，确定其能级，根据能级排入相应的设备，如凝汽器本体或辅助疏水扩容器，并具体选择合理的排入位置；其次，按能级采用合适的疏水装置或导流结构；还应考虑介质在管道内的流速。
2.1 疏水能级划分及排入位置 排入凝汽器的疏水需采用合适的疏水装置以改善凝汽器设备的热力性能，疏水装置有不同的型式，如多孔节流分配管、导流挡板、多孔集管等。而疏水装置的选取依赖于疏水能级的高低。排入凝汽器疏水的能级根据其流量、压力、温度的不同而定，如表2所示。
本工程疏水压力0.692MPa ，温度164.5℃，依据表2该疏水属于中能级，但是根据流量249.66t/h（即69.35kg/s） 划分应属于高能级范围，所以凝汽器设计时需高度重视。
对于凝汽器设备来讲，由于受凝汽器凝结水含氧量、冷却管防冲蚀以及凝汽器内蒸汽流场的均匀性等方面的要求，对于排入凝汽器的疏水，其压力应小于1.72MPa，焓值小于2849kJ/kg，对于压力、焓值超过上述数值的疏水则不宜直接排入凝汽器，应排入相应的疏水扩容器或凝汽器本体疏水扩容器[1]。
依据该原则，350MW超临界锅炉启动疏水参数满足直接排入凝汽器的要求。
2.2 疏水排入装置的选取 本工程锅炉启动疏水为温度不太高的饱和水，但疏水排放量大，宜排入凝汽器的接颈部位，并且为保证凝汽器本体的性能，应采取进一步的措施，可用喷孔或导流板等形式排入凝汽器接颈部位。若因布置限制无法排入凝汽器接颈的，可用导管在凝汽器内部往上引入接颈。必须保证排入通道的畅通。
2.3 启动疏水流速的选取 排入凝汽器内蒸汽的流速不宜大于80m/s[1]，考虑到本工程启动疏水量大，经过361阀减压后的疏水为汽、水两相流混合物。需根据流速计算选取经济合理的管径。而且两相流工质管道运行时易发生振动，管径选取时需考虑该因素，管内工质流速越低，对控制管道振动越有利。
3 系统的拟定
本工程锅炉启动疏水系统见图1。
对应系统图1，计算各工况时疏水性能，详见表3。
从表3可以看出，工况1时361阀前、后工质均为过冷水，工况2、工况3时361阀后管道内工质为汽水两相流状态。工况3时疏水流量、361阀前后压差均较工况2大。所以工况3时汽水混合物含汽量多。对应于系统图1，工况3为最恶劣工况。工况3时各管道内工质流速标注于系统图1中。各管径选取时考虑了凝汽器设备的接收及两项流工质的流速。
4 系统分析
随着国内超（超）临界技术的发展，600MW级锅炉启动疏水系统遇到的问题如凝汽器有关设备超压、疏水管道的振动等已不再是无法解决的问题。首先凝汽器设备系统的改善至关重要，已具备直接接收600MW级机组的启动疏水能力。
如：对于130kg/s左右（在高能级范围内），压力、温度为754kPa、195℃、焓值约为2830kJ/kg，不能按常规方法直接接入凝汽器，在实践中采用导流方法将疏水引入凝汽器接颈，用特殊分流装置把蒸汽分散于接颈空间内，避免了高能级疏水对设备的冲击，在运行中取得了很好的效果[1]。其次选择合适的管径控制管内工质流速、合理进行管道支吊架设置就能避免管道振动的问题。图1中管内工质流速完全满足凝汽器接收要求。
某些600MW级电厂对锅炉启动疏水系统改造时，有采用喷水减温器方案。即在361阀后两项流管道上喷入冷却水，减少管道内工质蒸汽含量。最终达到降低361阀后管内工质流速。
对于本工程，经过计算，在工况3时，361阀后工质干度为0.317，假设喷入减温水将干度降为0.15，此时母管内工质流速由73.23m/s降为50.1m/s，但进入凝汽器的疏水量额外增加了需喷入的冷却水量106t/h（冷却水压力4MPa，温度50℃）。
但是若不喷入冷却水，而仅将阀后管道规格增大，即由？准530×60替代？准426×50，管道内工质流速将由73.23m/s降至46.3m/s。显然，对本工程来讲，增加减温器喷水系统方案是不必要的。
5 系统设计应注意的问题
①对锅炉启动疏水参数进行详细分析后。尽早与凝汽器设备厂家配合，在工程设计初期阶段，确定好疏水回收系统方案。使凝汽器设备采取相应的应对措施，确定疏水接入位置及选用合适的疏水装置。
②工况2、工况3时361阀后工质为汽、水两相流状态，管道设计时361调节阀应靠近凝汽器设备布置，使阀后两相流管道尽可能短。调节阀后出现的第一个转向弯头应改用三通连接，三通直通的一端应加设堵头[2]。管道进行应力分析计算，尽可能多设限位支吊架防止管道的振动。
6 结论
经过上述分析、计算得出：350MW级超临界锅炉启动疏水系统采用361阀后直接排凝汽器设备方案是完全可行的。通过合理的设计可以实现系统安全可靠运行。
与额外增加大气式扩容器、疏水箱、疏水泵方案比较，该方案具有系统简单、经济、施工方便、节约工质的优点。
参考文献：
[1]姜楠.孙泓.凝汽器杂项疏水的处理[J].动力工程，2005，6.
[2]《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T 5054.
[3]顾宇，赵树成，祝洪青.超临界直流锅炉启动系统综合分析[J].山东电力技术，2008（05）.endprint
摘要： 某些350MW级超临界锅炉启动疏水系统设计偏于保守，通过分析、计算、比较得出：350MW级超临界锅炉启动疏水系统采用调节阀后直接排凝汽器方案是完全可行的。
Abstract： Some design about the starting-up drain system of 350MW supercritical boiler is conservative， through analysis， calculation and compare the conclusion is proved out， that is： the scheme that starting-up drain from control valve of 350MW supercritical boiler directly discharge into condenser can be carried out.
关键词： 锅炉启动疏水；凝汽器；疏水能级；疏水装置；两相流
Key words： boiler starting-up drain；condenser；drain energy level；draining device；two-phase flow
中图分类号：TK223 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）11-0033-02
0 引言
350MW超临界锅炉技术是一项响应国家政策、适应市场需求、国内自主研发技术，是继600MW级机组之后应运而生的。受600MW级机组技术的影响，某些350MW级锅炉启动疏水系统直接套用600MW级机组技术，采用内置式分离器、大气式扩容器、扩容器疏水箱、启动疏水泵等设备回收疏水至凝汽器。
该设计方案对于容量较小的350MW超临界机组来说偏于保守。本文以某电厂350MW级超临界锅炉启动疏水系统为例，经过分析计算，提出了该系统的推荐方案。
1 工程概况
本工程为2×350MW级超临界热电联产机组，锅炉由东方锅炉集团股份有限公司设计供货，锅炉启动疏水系统参数见表1。
2 锅炉启动疏水系统设计思路
对于排入凝汽器的热力系统的疏水，首先应分析介质状态，确定其能级，根据能级排入相应的设备，如凝汽器本体或辅助疏水扩容器，并具体选择合理的排入位置；其次，按能级采用合适的疏水装置或导流结构；还应考虑介质在管道内的流速。
2.1 疏水能级划分及排入位置 排入凝汽器的疏水需采用合适的疏水装置以改善凝汽器设备的热力性能，疏水装置有不同的型式，如多孔节流分配管、导流挡板、多孔集管等。而疏水装置的选取依赖于疏水能级的高低。排入凝汽器疏水的能级根据其流量、压力、温度的不同而定，如表2所示。
本工程疏水压力0.692MPa ，温度164.5℃，依据表2该疏水属于中能级，但是根据流量249.66t/h（即69.35kg/s） 划分应属于高能级范围，所以凝汽器设计时需高度重视。
对于凝汽器设备来讲，由于受凝汽器凝结水含氧量、冷却管防冲蚀以及凝汽器内蒸汽流场的均匀性等方面的要求，对于排入凝汽器的疏水，其压力应小于1.72MPa，焓值小于2849kJ/kg，对于压力、焓值超过上述数值的疏水则不宜直接排入凝汽器，应排入相应的疏水扩容器或凝汽器本体疏水扩容器[1]。
依据该原则，350MW超临界锅炉启动疏水参数满足直接排入凝汽器的要求。
2.2 疏水排入装置的选取 本工程锅炉启动疏水为温度不太高的饱和水，但疏水排放量大，宜排入凝汽器的接颈部位，并且为保证凝汽器本体的性能，应采取进一步的措施，可用喷孔或导流板等形式排入凝汽器接颈部位。若因布置限制无法排入凝汽器接颈的，可用导管在凝汽器内部往上引入接颈。必须保证排入通道的畅通。
2.3 启动疏水流速的选取 排入凝汽器内蒸汽的流速不宜大于80m/s[1]，考虑到本工程启动疏水量大，经过361阀减压后的疏水为汽、水两相流混合物。需根据流速计算选取经济合理的管径。而且两相流工质管道运行时易发生振动，管径选取时需考虑该因素，管内工质流速越低，对控制管道振动越有利。
3 系统的拟定
本工程锅炉启动疏水系统见图1。
对应系统图1，计算各工况时疏水性能，详见表3。
从表3可以看出，工况1时361阀前、后工质均为过冷水，工况2、工况3时361阀后管道内工质为汽水两相流状态。工况3时疏水流量、361阀前后压差均较工况2大。所以工况3时汽水混合物含汽量多。对应于系统图1，工况3为最恶劣工况。工况3时各管道内工质流速标注于系统图1中。各管径选取时考虑了凝汽器设备的接收及两项流工质的流速。
4 系统分析
随着国内超（超）临界技术的发展，600MW级锅炉启动疏水系统遇到的问题如凝汽器有关设备超压、疏水管道的振动等已不再是无法解决的问题。首先凝汽器设备系统的改善至关重要，已具备直接接收600MW级机组的启动疏水能力。
如：对于130kg/s左右（在高能级范围内），压力、温度为754kPa、195℃、焓值约为2830kJ/kg，不能按常规方法直接接入凝汽器，在实践中采用导流方法将疏水引入凝汽器接颈，用特殊分流装置把蒸汽分散于接颈空间内，避免了高能级疏水对设备的冲击，在运行中取得了很好的效果[1]。其次选择合适的管径控制管内工质流速、合理进行管道支吊架设置就能避免管道振动的问题。图1中管内工质流速完全满足凝汽器接收要求。
某些600MW级电厂对锅炉启动疏水系统改造时，有采用喷水减温器方案。即在361阀后两项流管道上喷入冷却水，减少管道内工质蒸汽含量。最终达到降低361阀后管内工质流速。
对于本工程，经过计算，在工况3时，361阀后工质干度为0.317，假设喷入减温水将干度降为0.15，此时母管内工质流速由73.23m/s降为50.1m/s，但进入凝汽器的疏水量额外增加了需喷入的冷却水量106t/h（冷却水压力4MPa，温度50℃）。
但是若不喷入冷却水，而仅将阀后管道规格增大，即由？准530×60替代？准426×50，管道内工质流速将由73.23m/s降至46.3m/s。显然，对本工程来讲，增加减温器喷水系统方案是不必要的。
5 系统设计应注意的问题
①对锅炉启动疏水参数进行详细分析后。尽早与凝汽器设备厂家配合，在工程设计初期阶段，确定好疏水回收系统方案。使凝汽器设备采取相应的应对措施，确定疏水接入位置及选用合适的疏水装置。
②工况2、工况3时361阀后工质为汽、水两相流状态，管道设计时361调节阀应靠近凝汽器设备布置，使阀后两相流管道尽可能短。调节阀后出现的第一个转向弯头应改用三通连接，三通直通的一端应加设堵头[2]。管道进行应力分析计算，尽可能多设限位支吊架防止管道的振动。
6 结论
经过上述分析、计算得出：350MW级超临界锅炉启动疏水系统采用361阀后直接排凝汽器设备方案是完全可行的。通过合理的设计可以实现系统安全可靠运行。
与额外增加大气式扩容器、疏水箱、疏水泵方案比较，该方案具有系统简单、经济、施工方便、节约工质的优点。
参考文献：
[1]姜楠.孙泓.凝汽器杂项疏水的处理[J].动力工程，2005，6.
[2]《火力发电厂汽水管道设计技术规定》DL/T 5054.
[3]顾宇，赵树成，祝洪青.超临界直流锅炉启动系统综合分析[J].山东电力技术，2008（05）.endprint
