汽轮机低压加热器中汽液两相流疏水器使用问题分析

      汽轮机低压加热器中汽液两相流疏水器使用问题分析，分析目前国内300MW汽轮机末两级低压加热器疏水不畅现象产生的原因，提出解决方案，并按等效热降法核算其改造后经济性情况。
      目前300MW汽轮机普遍存在末两级低压加热器(通常称为#7#8低加)疏水不畅，必须开启危急疏水才能保证低加水位的现象。部分机组情况略好，7,#8低加危急疏水只需部分开启即可运行；但有些机组必须全开危急疏水，从运行情况看，正常疏水流量很小；有些机组由于低加水位不准确，运行人员强制开启危急疏水，导致危急疏水温度很高，甚至已经是汽水混流。
      7,8低加危急疏水开启运行必然导致七、八段抽汽流量增加，不利于机组的经济性。而疏水不畅或汽水混流，均能导致#7#8低加满水至低压缸，危及机组主设备安全。
1原因分析
      某厂生产的N300-16.7/537/537-7型亚临界、一次中间再热、两缸两排汽、单轴凝汽式汽轮机，设计低加疏水采用逐级自流方式。以该机组低加运行情况为例进行分析。
1.1汽液两相流疏水器低加水位控制问题
      造成低加危急疏水汽水混流的主要原因是由于#7#8低加水位显示不正常，解决这一问题的关键是对低加水位计和水位开关进行校验，使水位计和水位开关能正常运行，确保运行人员可通过危急疏水调整门调整低加水位，保证不出现低加满水现象，避免危急疏水汽水混流和水击现象。
1.2低加疏水压差低
      7#8低加正常疏水不畅，是由热力系统设计、管道设计、设备安装、设备运行等原因引起的。其主要原因在于七、八段抽汽压差较小，导致疏水压差较低，同时和#5,#6低加相比，疏水流量较大所致。其疏水压差(采用抽汽压差代替)和疏水流设计低加疏水采用逐级自流方式。以该机组低加运行情况为例进行分析。
1.1低加水位控制问题
      造成低加危急疏水汽水混流的主要原因是由于#7#8低加水位显示不正常，解决这一问题的关键是对低加水位计和水位开关进行校验，使水位计和水位开关能正常运行，确保运行人员可通过危急疏水调整门调整低加水位，保证不出现低加满水现象，避免危急疏水汽水混流和水击现象。
1.2低加疏水压差低
      7#8低加正常疏水不畅，是由热力系统设计、管道设计、设备安装、设备运行等原因引起的。其主要原因在于七、八段抽汽压差较小，导致疏水压差较低，同时和#5,#6低加相比，疏水流量较大所致。其疏水压差(采用抽汽压差代替)和疏水流量在额定工况的设计值见表1。
表1额定工况低加设计参数
名称 疏水压差/kPa 疏水流量/t·h-1
#5低加至#6低加 207 25.649
#6低加至#7低加 122 48.909
#7低加至#8低加 73 73.15
#8低加至凝汽器 57.6 124.268
      由表1可知，汽液两相流疏水器抽汽压力越低的加热器疏水压差越小，然而疏水流量却越大，因此，从热力系统设计值看就容易发生疏水不畅。
      从实际运行情况看，由于低压缸运行状况、低压缸排汽真空随循环水温度变化，往往导致七、八段抽汽压力偏离设计值，而且由于七、八段抽汽压力较低，其相对变化量可能较大。七、八段抽汽压力偏离设计值可能对低加疏水不利。
1.3汽液两相流疏水器安装不合理
      7#8低加安装在同一个壳体内，#7低加正常疏水从低加底部引出，至少需要经过3个弯头才能引至#8低加。如果现场安装条件不好，可能需要增加疏水管道长度和弯头，增加了管道阻力，不利于低加疏水的畅通。#7低加疏水管道安装的时候受现场条件制约，弯至#7,#8低加上方，再弯下来进入#8低加(见图1)。这种安装方式对低加疏水是非常不利的。从300MW机组设计参数看，七、八段抽汽压差仅73kPa,换算成水柱约为7.3mH?O。要克服管道高差的影响，可能只有30～40kPa的压差将疏水送入#8低加，很难满足疏水流量的要求，导致疏水不畅。如果疏水管道高于7,8低加较多，同时七、八段抽汽压差偏低设计值较远，正常疏水可能无法流动。即便考虑采用虹吸，也需要疏水先充满管道，在运行中难以实现。
(a)改造前(b)改造后
图1汽液两相流疏水器疏水管道的的安装方式
2对策
      从以上分析知，七、八段抽汽压差太小和正常疏水管道布置不合理是造成#7#8低加疏水不畅的主要原因。汽液两相流疏水器解决该问题的对策如下：
      1)校核低加水位计，保证低加水位计量准确可靠。保证低加不会满水至低压缸，同时可以保证低加危急疏水管道不至于发生汽水混流和水击。由于避免了蒸汽直接从危急疏水漏入凝汽器，有利于经济性，但低加水位出现高Ⅱ值时#7#8低加危急疏水可能仍然需要开启运行。
      2)改造低加疏水管道，尽量减少管道弯头和管道长度或增加管道通流面积，疏水管道降至#8低加疏水口的水平高度以下，以降低管道阻力。这样可以增加低加疏水通流能力，但当七、八段抽汽压差较小仍有低加疏水不畅的问题。
      该方法适用于#7,8低加危急疏水改造前运行时开度较小的机组。当改造前运行的危急疏水开度很大，改造后低加疏水有所改善，但不能完全解决问题。一旦低压缸运行状况发生变化或低压缸排汽压力变化较大，引起七、八段抽汽压差减小，低加正常疏水不畅，导致危急疏水需要开启。
      3)可以采用增加汽液两相流疏水器将#7低加疏水打至#7低加出口。汽液两相流疏水器采用变频方式自动控制，保证低加水位正常。由于汽液两相流疏水器较小，增加变频汽液两相流疏水器投资并不大。七、八段抽汽压差不再作为#7低加疏水动力，因此不需要考虑低压缸及排汽真空变化对疏水的影响。由于#7低加汽液两相流疏水器至#7低加出口，#8低加的疏水流量大大降低，从而保证了#8低加疏水可以正常自流至凝汽器。
3采用汽液两相流疏水器改造的经济性核算
      按等效热降法分析，七段抽汽和上级疏水在#7低加的放热量可分为2部分，1部分为抽汽焓、上级疏水焓至#7低加饱和水焓；2部分为#7低加饱和水焓至#7低加正常疏水焓。如果#7低加逐级自流至#8低加，这2部分热量都将被利用于#7低加。如果#7低加疏水端差增加，则热量将有一部分被利用于#8低加，从而引起熵增，对机组经济性不利。
      如果采用增加汽液两相流疏水器的方式，取水口一是从正常疏水管道上取水，二是从危急疏水管道上取水。这样1部分热量都将被利用于#7低加。2部分热量则不同，如果从正常疏水管道上取水，这部分热量被利用于#7低加；而从危急疏水管道上取水，热量将被利用于#6低加，因此，汽液两相流疏水器的取水口好在#7低加的危急疏水管道上。这也是采用汽液两相流疏水器的加热器全部不设疏水冷却段的原因。
      以300MW机组为例，按设计热平衡图和等效热降法计算，如果#7低加疏水由正常疏水全部改走危急疏水，且危急疏水温度为进汽压力下的饱和温度，热耗率将比设计值增加约18.7kJ/kWh,折合供电煤耗约0.75g/kWh。如果从正常疏水取水后泵至#7低加出口，热耗率将比设计值降低2.3kJ/kWh;如果从危急疏水取水打至#7低加出口，热耗率将比设计值低4.2kJ/kWh。由以上计算看，如果#7,#8低加疏水能够逐级自流，考虑到汽液两相流疏水器的成本、用电量以及运行维护，不采用汽液两相流疏水器是合理的，但是，如果疏水完全不能逐级自流，增加汽液两相流疏水器后热耗率将下降4.2+18.7=22.9kJ/kWh,折合供电煤耗约0.916g/kWh,扣除汽液两相流疏水器的耗电，供电煤耗将下降约0.85g/kWh。
      以上计算中危急疏水温度采用进汽压力对应的饱和温度，且#7低加疏水全部走危急疏水。如果#7低加有部分疏水通过正常疏水流动，其改造经济性将有所下降；如果#7低加疏水全部走危急疏水且存在汽水混流现象，其改造经济性还将上升。
      300MW汽轮机末两级低压加热器疏水不畅主要是由于设计疏水压差较小，且疏水流量较大引起的。另外，部分机组疏水管径较小、管道安装不合理也是一个重要原因。对问题较轻微的机组，可采用调整疏水管径、减少疏水管道弯头和长度的方式进行改造；对一些问题较严重的机组建议采用加装汽液两相流疏水器的方式进行改造，可以彻底解决此问题，有利于机组的节能降耗。