回热系统外置式疏水冷却器的最佳应用

2020-09-10杨浩高秀志季丹孙莲郑湘泉

商品与质量 2020年24期

杨浩高秀志季丹孙莲郑湘泉

东方汽轮机有限公司四川德阳 618000

随着高效大功率火力发电机组的研发与投运，给水回热系统的回热级数越来越多（9-12 级），末级低压加热器的抽汽压力很低（15-25kPa），内置虹吸式疏冷段结构不能再使用；次末级低加抽汽与末级低加抽汽之间的级间压差很小（20-40kPa），已不足以克服内部疏水流动阻力、疏水管道高度压差以及疏水调节阀所需压差，不能实现疏水逐级自流，故次末级低加不能设置内置疏冷段。如系统要求考虑回收末两级低加疏水热量，且保证末两级低加的疏水畅通，最佳方案是：两级不带疏冷段低加+共用外置式疏水冷却器[1-5]。

1 低抽汽压力下内置虹吸疏冷段应用受限

内置虹吸疏冷段结构如图1 所示，利用级间压差产生的虹吸作用，将壳体下部储存疏水吸到上部疏水冷却腔室中，在疏水虹吸上升过程中，随着液柱上升，疏水压力会降低，少量疏水会闪蒸，形成两相流，两相流的比容（体积流量和流速）会随抽汽压力的降低而增加，当抽汽压力降低到一定值后，两相流的流速已超过临界流速，会引起换热管振动，对加热器的安全产生重大隐患（两相流流速分析见图2），就本工程而言，末级低加的抽汽压力很低，已不能够再使用内置虹吸疏冷段结构。

如图2 所示，当疏水冷却段实际流速低于临界流速时，管系振动合格；当实际流速低于临界流速时，振动计算不合格。而抽汽压力越低，实际流速越高，振动计算不合格的趋势增大。

2 内置浸没式疏冷段结构形式及其劣势

为解决低抽汽压力下内置虹吸疏冷段的闪蒸两相流问题，内置浸没式疏冷段被开发了出来，将管束下方部分管束封闭成疏水冷却段（见图3），低加正常液位线上移，疏水靠重力进入疏冷段，下降过程中不会产生疏水闪蒸，但为储存饱和疏水和控制水位，必须在疏冷段与凝结段管束之间预留储水空间，会导致低加筒体直径加大300-600mm，会对凝汽器喉部通道阻力和凝汽器冷却管束间蒸汽分配产生不利影响，降低机组出力。

其次，浸没式疏冷段比虹吸式疏冷段长很多，加之疏水流动空间受限，流速较高，故浸没式疏冷段的流动阻力（-10kPa）比虹吸式疏冷段的流动阻力（-4kPa）高很多，故在低加疏水出口处，疏水的过冷度并不大，如遇到管道上升，则易发生疏水闪蒸，阻塞管道，引起疏水不畅。

对于末级低加，虽然可以采用内置没式疏冷段代替内置虹吸式疏冷段，但对于次末级低加，无论是采用内置没式疏冷段结构，还是采用内置虹吸式疏冷段结构，都不能实现疏水逐级自流到末级低加本体，只能将较高焓值的疏水直排到凝汽器，产生热量损失。

3 外置疏水冷却器的结构形式

外置疏水冷却器可以布置到比本体低加低的位置，通过U 形疏水管靠重力自动疏水。疏水冷却器实质上是一台水---水换热器，根据疏水走管程或壳程，又可以细分成：疏水走管程的疏水冷却器和疏水走壳程的疏水冷却器。实际工程上多采用疏水走管程的疏水冷却器，这是由于给水流量通常是疏水流量的十多倍，疏水走管程，换热管根数少，管束的占比小（布管面积与壳体横截面之比），壳程介质纵流窗口空间大，有利于大流量给水通过，且给水温升只有几度，即使给水出口温度也低于疏水出口温度，故管/壳程介质不需要严格按纯逆流布置，但管系的折流板跨距大，折流板间需要设置支持板（疏水走管程的疏水冷却器见图4）。

工程上也有采用疏水走壳程的疏水冷却器，由于给水全流量通过换热器，故换热管根数多，长度短，折流间距小，壳侧传热系数低，壳程介质流动不

均匀，换热面积浪费多。针对疏水走壳程的疏水冷却器，本文作者推荐采用部分给水流经疏水冷却器（1/3-1/2 给水），通过减少换热管根数，在换热面积略微增加的情况下，增加了换热器长度，增加折流板间距，壳程介质流动均匀，换热器的长径比合适（改进后的疏水走壳程的疏水冷却器见图5）。

4 外置式疏水冷却器的技术优势

通常末两低加布置在凝汽器喉部，与凝汽器热井之间有足够的高差维持疏水自流，外置式疏水冷却器只需位于两者之间合适位置即可[6-8]。采用外置式疏水冷却器后，本体低加布管可以更加紧凑（不用考虑内置式疏冷段的结构），不用考虑过多的疏水储水容积，低加筒体直径可以做得更小，在相同设计压力下，受压元件的厚度可以减小，这样低加本体的重量可以大大减轻，减小制造费用；低加筒体直径减小以后，布置在凝汽器喉部的低加（尤其是合体低加），可以减小汽机排汽损失及凝汽器管束间蒸汽分配影响，提高机组出力；采用外置式疏水冷却器后，疏水靠重力自动疏水，设备间通过U 形管连接，不需要配置正常疏水调节阀和事故疏水调节阀，疏水安全可靠（喉部低加疏水管道布置见图6）。