(1 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 410007;2湖南中天工程监理有限公司 410007)
摘要:高压加热器是电厂回热系统的重要辅机之一，布置在给水泵和锅炉之间，利用汽轮机高中压缸的抽汽加热给水，提高机组热效率并满足锅炉各种工况下省煤器进口温度参数要求。目前已投运的1000MW等级机组的高加系统布置分单列高压加热器和双列高压加热器。
关键词:高压加热器；二次再热；单列；双列
常规百万等级一次再热机组再热后的蒸汽温度有所提高，导致高压加热器最高蒸汽温度来自三段抽汽，即通过再热后的第三段抽汽蒸汽过热度最高，一般在此处设置一级外置式蒸汽冷却器。对于百万等级二次再热机组，因蒸汽经过两次再热，多段抽汽的过热度较高，可以考虑多级外置式蒸汽冷却器，将回热系统温升分配加以经验修正，可以带来更好的经济效益。即对1000MW级超超临界二次再热机组的高压加热器布置及选型的方案进行研究和对比。
1.高压加热器简述
高压加热器按结构型式划分，可分为表面式和混合式两种。混合式加热器是加热用蒸汽直接与通过加热器的锅炉给水相接触，加热蒸汽和温度较低的锅炉给水接触后自身凝结成水，并将凝结放热传给锅炉给水，使给水温度升高，提高机组循环热效率。表面式加热器是通过受热面的金属管壁传递给管内的锅炉给水，由于存在传热端差，将影响机组循环的回热效率。虽然表面式加热器比混合式加热器传热效果差，但由于表面式加热器组成的回热系统简单，运行可靠和维修方便，所以在汽轮机回热系统的高压加热器和低压加热器设备选择中得到广泛采用。
高压加热器按布置形式划分，可分为立式和卧式两种。卧式具有结构简单、布置合理、检修维护方便和疏水容积大的优点，且解决了顺置立式加热器传热管内积水无法排出和抽芯不方便的问题；倒置立式加热器疏水容积较小，水位控制较困难的问题。此外，通过理论分析和实践证明，卧式布置的加热器传热效果好，加热器内疏水的水位比较稳定，而且便于加热器的结构设计，因此，目前大型汽轮发电机组一般采用卧式加热器。
大容量机组高压加热器按传热管型式划分，主要U形管、螺旋管(又称为盘香式管)和蛇型管。由于高加位于给水泵后，压力参数较高。U形管式加热器由于管板、水室、筒体一般较厚，水室分隔板在与管板、水室焊接和在高加快速切除时热应力较高。制造厂通常的解决方法是将水室分隔板组件制成半圆锥形或半球形，其底面与管板密封焊接，在水室分隔板组件与给水出口管之间用一个过渡圈连接。而螺旋管式加热器进出口为联箱结构，不存在水室分隔板和管板，因此热应力小。但存在热效率低，体积大的缺点。目前国内尚未进行大容量螺旋管式加热器加工制造的技术引进工作，蛇形管布置为德国BDT公司(Balcke－Dürr)等专利，其专利转让费用较高。故国内制造厂目前所设计生产的高压加热器为U形管卧式布置型式。
2．高加系统布置方案
高压加热器水侧应设置旁路。高压加热器水侧旁路是在加热器发生故障或严重泄漏而发生壳侧满水时，必须将加热器从系统中隔离出来，且保证机组正常供水。
高压加热器水侧旁路分小旁路和大旁路两种。小旁路是指为每一台加热器设置一个专用旁路。当某一台高压加热器因故障从系统中隔离后，给水可经旁路通过，其他加热器仍能正常工作，因而对机、炉的运行经济性和安全性影响不大，其缺点是除旁路管道外，还要为每台加热器配至少3只隔离阀门，设备投资大，系统复杂。大旁路指一组加热器(2台或以上)设置1个公用的旁路。当有一台加热器发生故障时，其他几台加热器需一起从系统中隔离，相应的汽轮机抽汽全部停用，锅炉给水温度大幅度下降，因而对机、炉运行经济性和安全性有重大影响。其优点是系统简单、隔离阀门少，投资节省,特别对于1000MW超超临界机组，由于容量大，参数高，要求隔离阀门的口径大，单个阀门费用很高。
高压加热器采用大旁路还是小旁路，主要取决于高压加热器的可靠性。可靠性高，则使用旁路的机会少。根据设备制造厂的统计数据及电厂实际运行结果，高压加热器一般运行10年以上才有可能进行大修(换管)。从技术经济角度考虑，采用大旁路是合算的。从“经济适用、系统简单、安全可靠”的设计原则出发，推荐高压加热器水侧采用大旁路，其流程设置详见下图（暂未示意前置蒸汽冷却器）。
二次再热机组高加系统布置方案
3．单列与双列的技术经济比较
为简化高压给水系统，更有利系统的安全运行，目前，高加一般都采用大旁路系统。如果采用双列高加，当一台高加发生事故时，该列高加解列，还有另一列高加继续运行；如果采用单列高加，当一台高加发生事故，则所有高加将解列。从这方面讲双列高加的运行经济性较好，但随着国内制造厂生产能力和技术水平的提高，产品的运行可靠性和安全性能有了很大的保障，所以这方面双列高加所显示出来的优势越来越弱化。
1000MW机组采用单列高加和双列高加从设计、制造、运输上都是可行的，而且国内主要厂家都有百万机组运行或订货业绩。下面根据设备的价格以及主厂房布置，从经济性上对采用单列高加和双列高加进行简要比较。
3.1 加热器设备价格比较
由于单列高压加热器较双列高压加热器的球形水室制造工艺较复杂、锻造管板厚，上海外高桥三期高压加热设备招标报价时，单列高加的报价较双列高加总价约高250万元，随着厂家制造工艺日渐成熟，以及制造材料的逐渐国产化，在近年的华润苍南电厂、浙江六横电厂、陕西府谷清水川煤电一体化等百万项目的设备招标报价结果看，百万等级单列、双列高加的本体价格基本相当。
3.2 管道及阀门价格比较
单列高压加热器给水管道全容量管径为Ф660×65，双列高压加热器给水管道半容量管径为Ф457.2×47.5，结合其它工程比较的比较结果，单列高加给水管道、抽汽、疏水管道的材料量比双列高加均有所减少。双列高压加热器采用双路大旁路，单列比双列高压加热器的高压给水、抽汽和疏水阀门(国外进口)各减少一套。由于管径的不同，经询价得知，每台机单列高加给水和抽汽管道电动闸阀的价格比双列阀门减少大约200万元。
3.3 主厂房容积比较
从主厂房布置来看，由于汽机房布置模块有多种方式，各个方案高加的单双列对厂房的尺寸影响是不同的。下面针对比较典型的布置方案简单估算单双列高加对土建工程造价的影响。
在1000MW级超超临界二次再热机组回热系统中，双列高加相对单列高加增加了4台加热器，需要在除氧间增加一层加热器布置层，以除氧间跨度9.5m，主厂房长度187.2m，加热器布置层主厂房高度为5m计算，需要增加主厂房体积为：9.5×187.2×5=8892m3，按照造价290元/m3计算，2×1000MW机组采用单列式高加可节省土建造价约为290×8892≈260万元。
3.4 综合费用比较
综合设备本体、土建费用、管道及阀门差价比较，高效1000MW级超超临界机组采用单列高加可节省工程造价超过444万元人民币。
4. 结束语：
经以上分析采用单列U型管卧式高加，对于抽汽系统、高压给水系统、疏水系统而言，相比双列型管卧式高加，减少了给水管道和阀门的数量，各种仪表和高加配套件的数量减少了一半，管路阻力损失和设备维护工作量减少，加热系统热经济性高。同时，采用单列U型高加布置空间要求较小，有利于运行巡检及检修维护。目前国内采用单列、U形管高压加热器配置的外高桥三期和河南平顶山电厂(鲁阳电厂)1000MW机组已投入运行，实施过程中采用了单列、U形管高压加热器的电厂有江苏华电句容电厂等。
参考文献：
[1] 代云修，张灿勇.汽轮机设备及系统.中国电力出版社（2006）.
[2] 周税.1000MW超超临界机组高压加热器选型探讨.热机技术（2007）.
[3] 王永涛，张新春，陈炜.双列高加在1000MW超超临界机组中的应用.电力建设（2006）.
论文作者:曾芳1,曾宪乔2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/14
标签：加热器论文; 高压论文; 旁路论文; 机组论文; 系统论文; 疏水论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2017年第29期论文;