电厂回热加热器运行优化

刘海峰

摘要：电厂汽轮机采用回热加热系统是提高机组运行经济性的重要手段之一，回热加热器的运行可靠性和运行性能的高低，直接影响机组的运行经济性，回热加热器的投入率是经济指标中重要的一项考核指标。本文对回热加热器从投退、运行维护和保养等方面对如何优化电厂回热加热器的运行从而达到提高机组经济性的目的进行分析。

关键词：回热加热器；水位；端差；经济性；保养

1前言

在当前电厂运行中，为了提高热效率，节能损耗，回热加热系统得到了广泛的应用。回热加热系统是利用从汽轮机中抽出的一定数量的做过功的蒸汽来加热凝结水和给水，而给水温度的提高可以提高机组热效率从而节约燃料，还可以减少排汽在凝汽器中的热损失，使蒸汽的热量得到充分的利用。

电厂汽轮机采用回热加热系统是提高机组运行经济性的重要手段之一，而加热器是回热加热系统中一个非常重要的组成。电厂运行中对加热器的投退维护以及对加热器水位等参数的分析调整，确保加热器在经济状况下安全运行，对机组的经济性有着重要的意义。

如果回热加热系统发生故障导致停运，就会大大降低进入锅炉的给水温度，从而增加燃料消耗量，增加发电成本，降低经济性。同时原有的抽汽继续在汽轮机内流通，使汽轮机缸体与转子的胀差加大，也会影响机组的安全运行。另外，此时由于进入锅炉的给水温度降低，给水在锅炉中吸热量增加，而蒸发量却减少，蒸汽量的减少会导致蒸汽温度过高，危及过热器的安全。

另外如果平时的操作和调整不规范，对回热加热器的使用寿命影响也很大，操作和调整的优化可以提高设备的可靠性和使用寿命，减少不必要的检修工作和修理费用。

2回热加热器优化分析

下面将对回热加热器从投退和运行以及维护保养等各个方面进行优化分析。

2.1回热加热器的合理投退分析

以高压加热器为例，高压加热器没有转动部件，运行人员一般不易对其安全性引起注意，但实际上高加的工作条件很差，特别是管子和管板连接处的工作条件是最为恶劣的，在高压加热器投停过程中，如果操作不当，管子与管板结合面受到很大热冲击，再加上机械应力，很有可能使原有缺陷扩大，甚至管子端口泄漏。热冲击主要受高加的温度变化率的影响，即高加出口给水温度变化率。美国福斯特·惠勒公司（FW）曾经做过温度变化率对高加寿命影响的试验，其试验资料显示：当温度变化率小于1.85℃/min时，高压加热器可以承受无穷次交变；当温度变化率小于3.7℃/min时，高压加热器可以承受30万次交变；当温度变化率小于7.4℃/min时，高压加热器可以承受2万次交变；当温度变化率小于13.15℃/min时，高压加热器可以承受1250次交变。因此在日常运行和投退中严格控制高压加热器的温度变化率对减少高压加热器所受到的热冲击具有重要意义。

在高压加热器缓慢变工况时温度变化率一般不会太高，只有在汽机变工况幅度较大时，以及投退时才会出现温度变化率较大的现象，所以探讨高压加热器的投退方式和急剧变工况时的处理问题对高加的安全运行有重要的作用。

2.1.1机组启停过程中高压加热器的投退

如果带负荷后投退高压加热器，此时由于抽汽压力、温度较高，控制比较困难，容易引起高压加热器及管道振动。因此高加随机滑启滑停对高压加热器的安全及寿命有很大的好处。

高压加热器在机组启动过程中最合理的投入方式应该是随主机滑启，就是在锅炉点火前，向高加注水检漏合格后，水侧投运，随着给水温度的升高而使高加升温预暖，从汽侧来讲对于每个高压加热器随机投运是指“有汽即开”，即当抽汽段有汽时就开始开启抽汽逆止门和电动门，随着抽汽压力温度上涨，加热器得到缓慢预暖，自然投运，随机投运加热器不仅有利于加热器预暖，而且由于进入汽机蒸汽增多还有利于暖机。

当前国家能源集团荆门发电有限公司#6、7号640MW机组低压加热器采用的就是随机滑启，即汽轮机开始冲转后即可投入低压加热器汽侧，高压加热器水侧是锅炉冷态清洗合格后投入，汽侧则是等到汽轮机切缸完成后才投。之所以高压加热器的汽侧没有随机投入，一方面由于中压缸启动方式下高压缸刚开始进汽较少，另一方面冲转过程中投高压加热器汽侧压力参数不好控制。在高压加热器汽侧随机滑启的实际应用上，我们可以进行分析实践，制定合理的操作规范。

同样高压加热器理论上应随主机滑停。在主机停运时，随着机组负荷的下降，高加整体温度也逐渐下降，由于主机负荷下降，各个高加之间的压差减小，疏水可能流动不畅，引起高加水位升高，为防止这种情况，疏水自动应保证可靠投入，且确保事故疏水阀能及时参与调节，机组负荷70MW左右时高加抽汽电动门关闭，汽侧切除后高加切至旁路。但实际中机组停运过程中分离器水位快速上涨时即会打闸停机，此时负荷尚未滑至70MW这么低，因此高压加热器随机滑停一般未实行。

2.1.2机组运行中高压加热器的投退

机组运行中，高压加热器的投退操作，要领只有一个字，即“慢”。

在机组运行中停运高加时，要将高加的汽侧和水侧同时切除，使高加自然冷却，高压加热器汽水侧同时切除后，为防止进汽门不严蒸汽漏入高加，高压加热器内积水受热而定容升压，应将高压加热器水侧的排空门打开或将高压加热器水侧的放水门打开。

高压加热器检修后投运，为不使高压加热器的温升率超过允许值，一般高压加热器检修后，先稍开高压加热器注水门和水侧出口放水门，让很小流量的热水进入高压加热器，在水室和传热管中缓慢流动，当高压加热器的出水温度稳定以后，关闭放水门，高压加热器通水，关闭注水门，这样高加的温升率就不会过高，这种方法是通常使用的。在高压加热器投入过程中一定要做好暖管疏水，才能防止热冲击和管道振动。

在机组运行中投、退高压加热器时，对进汽门的操作，都宜用“分断间歇操作法”，即不是连续开启或关闭，而是分成若干次，每次稍开或稍关，这样对高压加热器设备有利，对高压加热器水位的形成也有利。

2.2加热器的运行监视和优化调整

2.2.1加热器温升、端差

回热加热器参数异常时将会影响其寿命和经济性。回热加热器的出水温度、进出水温差、端差等是判断高加运行是否正常的重要依据。在机组各个负荷工况下，回热加热器参数各有一定的正常值，运行中必须对这些参数随时关注并通过比较可以对回热加热器的运行状况进行分析判断。一般说回热加热器的端差指的是回热加热器的上端差，即回热加热器进汽压力下的饱和温度与回热加热器出水温度之差，它反映了回热加热器的加热效果。上端差的过大虽然没有发生直接的明显损失，但是增加了热交换的不可逆性，产生了额外的冷源损失降低了装置的经济性，将上端差保持在设计值对机组的热经济性有很大的好处。一般来说，加热器上端差增大的可能原因是:加热器抽空系统不良、受热面积结垢、水位过高及水侧旁路门未全关、部分冷水走旁路等。加热器上端差有可能出现负值：当抽汽为过热蒸汽，且过热度达到一定值（压力一般比较高，基本是一抽）时，且加热器设置内置过热蒸汽冷却段才会出现负值，一般在0~-1.7之间，再小是非常难做到的，成本极高且会对设备安全有影响。下端差是指回热加热器疏水温度和回热加热器进水温度之差，它反映了回热加热器水位是否合适。下端差合理范围一般为5.6-8度（这时的加热器是带内置式疏水冷却段的），立式的加热器小于10度就可以了，要求小于5.6度，加热器设计就很难做到了。

当发现回热加热器端差偏离设计值时，需立即对其原因进行分析。如果是因为管路结构或阀门不严等原因造成的，应积极联系并配合检修处理。如果是由于加热器水位不准或不正常导致的应分析原因并加以调整。

2.2.2加热器水位监视调整

2.2.2.1回热加热器水位异常的影响

回热加热器的水位是运行中必须监视的一个重要参数，因其对回热加热器的端差有极大的影响。水位过高或过低甚至无水位运行，都会对系统的经济性和安全可靠性造成严重的影响。

1. 当回热加热器水位过高时，将淹没一部分有效受热面，给水在回热加热器中的吸热量会减少，给水温度降低，降低了吸热过程中的平均温度，从而降低热效率。当回热加热器因为管束泄漏或疏水调节系统故障等原因导致水位过高或满水时，回热加热器壳侧的水就有可能通过抽汽管道倒流入汽轮机，造成汽轮机进水，引起叶片断裂、大轴弯曲等重大事故。回热加热器满水是导致汽轮机进水事故的一个主要原因。

2. 加热器水位过低运行，不仅使加热器不能进行正常热交换，同时使蒸汽进入疏水管道，汽液两相流动对管道特别是弯头冲刷严重，既影响设备寿命，又降低机组热经济性。另外，水位低还会排挤下一级进汽。在水位过低的情况下，疏水冷却段不能正常工作，加热器排出的疏水过冷度很小，在流动过程中很容易因为压损而造成疏水在管道里闪蒸，形成高速流动的汽水混合物会对管道中的弯头和阀门等产生严重的侵蚀。

3. 回热加热器无水位运行也是影响加热器效率的一个常见现象。当由于一些设备原因水位不能自动调整，水位不方便监视，运行人员为求方便省事，维持加热器低水位运行。无水位运行就是指加热器运行中不能保持其正常水位而任其自流。加热器无水位运行会导致本级抽汽随疏水串入下级加热器，它不仅将高能抽汽贬为低能级使用，大幅度降低机组热效率，而且汽水两相流动还会使管壁、阀门等遭受汽蚀和冲击，并引起疏水管道振动和损坏，影响系统的安全运行。

2.2.2.2举例说明

下面引用华能玉环电厂的一些数据来说明调整加热器水位对机组经济性的影响。

华能玉环电厂高低加采用双室平衡容器液位计，水位信号取自远传液位计，由于就地和远传液位计选型和安装等原因，经常造成两者偏差很大，影响水位的监视和调节。为准确调整加热器水位，控制加热器端差，特对加热器的就地和远传液位计进行统一标定。标定后的端差变化情况如下表

^【2】。

表 2-1 华能玉环电厂加热器就地和远传液位计标定前后端差变化

工况	#1高加	#2高加	#3高加	#5低加
调整前	6.4	9.6	0.4	3.21
调整后	1.33	6.95	-0.31	2.86
下降	5.07	2.65	0.71	0.35

端差变化对机组热经济性影响如下表。

表2-2 加热器端差变化对经济性的影响¹

参数（上端差每升高一度）	#1高加	#2高加	#3高加	#5低加
对热耗的影响%	0.0263	0.01	0.0125	0.0125
对发电煤耗的影响	0.07	0.03	0.03	0.03

从上面两个表格可以看到通过对加热器水位的标定，准确调整加热器水位后对端差的影响和对机组经济性的好处。

因此运行中应加强监视，经常检查水位自动调节系统，保持设备完好。运行人员要加强责任感，注意水位调整和监视，使各加热器水位在正常范围，既不能太高也不能太低，防止影响机组的热经济性。一旦发现水位异常，应立即检查时水位调节还是设备管道破裂等其它原因，查明原因后根据情况判断是退出处理还是运行调整。故障处理完后尽快恢复正常运行方式。

2.3加热器停运防腐

高加停运后的腐蚀，除了不可逆转的腐蚀损坏外，将会对后续启动和运行期间的汽水品质带来不利影响，直接的影响是延长了启动时间。

如果机组停运要持续100小时以上，高加就需要提前考虑防腐措施。惯用的防腐方法有干防腐和湿防腐。干防腐即把水排除，湿防腐即把氧排除。

干防腐通常在有压力下排水并抽空，在无需保持设备可用性长期停机、高加停运后有检修工作、可以排尽水的高加汽侧、卧式管板结构的高加水侧以及存在冰冻危险的气温条件下，宜采用干防腐方法；湿防腐是在由于运行原因干防腐不适合时采用。高加水侧排尽水比较困难一般归入此类，湿防腐要求系统必须严密。

不论干防腐还是湿防腐，均可利用氮气来作为防腐剂，用氮气实施防腐的系统要保持至少30mbar的的轻度过压状态，考虑监视的可能性一般充氮压力维持3-5KPa。

只要是充氮防腐，就需要监视系统氮气压力，下降后及时补充。

3总结

以上对回热加热系统的运行和维护等做了一些简单的分析。回热加热器的安全经济运行已经纳入大型火电厂安全运行和节能降耗的工作范畴，探讨加热器运行的优化技术空间很大，进一步挖掘节能潜力，合理操作调整，一定能获得很大的优化收益。

参考文献

【1】葛晓霞，缪国均.加热器端差对机组经济性影响.汽轮机技术,2006.

【2】涨守文，吾明良等.100MW超超临界火电机组高、低加端差优化节能分析.北极星电力网,2011.

【3】周征宇.热电厂高压给水加热器的节能降耗综合治理.电站辅机，2003.

作者简介：刘海峰（1985-），男，湖北武穴人，助理工程师，主要从事火电厂集控运行工作。

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