简述高压加热器选型

邓璋峰

摘要：对1000MW机组的双列高压加热器和单列高压加热器从制造能力，系统配置，设备投资和运行经济性等各方面进行经济技术比较，选择一个最为经济合理的配置方案。经技术经济比较，本工程推荐采用单列高压加热器的配置方案。

关键词：高压加热器；比较；选择；配置方案

1高压加热器的作用

提高机组效率，提高给水温度，进而减少进入锅炉的给水和炉膛的温差，减少了温差换热损失，效率增加。另外抽气也使得排到冷凝器的蒸汽减少，减少了热量损失。如果是核电厂，还能使堆芯过冷，引入正反应性，使反应堆超功率。

2高压加热器的结构

该装置由壳体和管系两大部分组成，在壳体内腔上部设置蒸汽凝结段，下部设置疏水冷却段，进、出水管顶端设置给水进口和给水出口。当过热蒸汽由进口进入壳体后即可将上部主螺管内的给水加热，蒸汽凝结为水后，凝结的热水又可将下部疏冷螺管内的部分给水加热，被利用后的凝结水经疏水出口1被疏流出体外。本装置具有能耗低，结构紧凑，占用面积少，耗用材料省等显著优点，并能够较严格控制疏水水位，疏水流速和缩小疏水端差。

3工程举例

一新建电厂位于浙江省沿海，建设2×1000MW超超临界燃煤发电机组，并留有再扩建的余地。

此工程主机已完成三大主机订货，汽轮机采用某汽轮机公司产品，型式是2×1000MW国产超超临界一次中间再热、单轴、双背压、凝汽式、八级回热燃煤机组，机组参数为25MPa/600℃/600℃，循环水设计冷却水温度18℃，设计排汽压力4.9kPa（a）。

4技术成熟

国内现在已投运的1000MW机组的电厂有华能玉环电厂、山东邹县电厂四期、上海外高桥电厂三期、国电泰州电厂、浙江国华宁海电厂二期、国电北仑发电厂三期、华能汕头海门电厂、天津北疆发电厂和华能金陵电厂等。除了上海某电厂三期采用单列、卧式、U形管高压加热器以外，其余电厂均采用双列、卧式、U形管高压加热器。1000MW级超超临界机组的双列高压加热器与600MW超临界机组的单列高压加热器外形尺寸接近，而1000MW级超超临界机组的单列高压加热器由于加热面积较大，因此高压加热器的直径和长度均较大，以下为国内600MW及以上机组所采用的高压加热器外形尺寸的对照表，所有高压加热器均为卧式、U形管：

高压加热器的管束布置方式有两种，U形管布置和蛇形管布置，目前国内高压加热器生产厂商普遍采用U形管型式的管束布置，究其原因大致有以下方面：

（1）U形管布置模型简单，传热计算结果比较准确；

（2）U形管布置技术成熟，能提供技术支持的国外厂商较多；

（3）管束在壳体中的弯曲少，流动阻力小，管束装配相对简单；

（4）对于单列高压加热器而言，U形管布置的生产成本较低；

蛇形管布置为某一国外公司专利，其专利转让费用较高。

对于600MW及以下容量的机组，采用U形管布置的单列式高压加热器完全可以满足加热面积的要求。但随着机组容量的增大，特别是对于1000MW机组，其高压加热器所需要的换热面积增加，对于U形管管束布置的单列式高压加热器而言只有以下两种方法可以达到目的，一是增加管束的长度，二是增加管束中换热管的数量。如果增加管束的长度，由于现在的600MW机组高压加热器管束长度已经超过了10米，再增加长度会导致管束运输困难，因此不宜采用。如果增加换热管数量，则需要相应增加管板的面积及厚度，并且加大高压加热器壳体的直径。对于U形管型式的高压加热器而言，其热应力集中的区域正好位于管板与壳体的连接处，增加换热管数量后，会给管板与壳体的设计制造带来很多新的问题。上海某电厂三期所采用的单列、U形管高压加热器正是采用增加换热管数量的方法来增加换热面积。

1）高压加热器的整体重量和各个部件的重量较大，受制于车间的起重能力，退火炉小车的承载能力等；

2）管板厚度增强，对于管板材料的采购、加工和起重要求较高；

3）球形封头厚度增加，对于球形封头材料的采购和加工要求较高；

对于上述难点，上海某一公司已基本有了解决方案。首先对高压加热器各个部件均进行了优化设计，将高压加热器总重控制在180吨以内。其次由于高压加热器的半球型水室封头壁厚较厚，达到了220mm，在与高压加热器管板的连接处较易产生裂纹，因此对高压加热器关键件进行了强度计算及球形封头与管板连接处的有限元应力分析计算，保证其结构的合理性。为了减少高压加热器管板的热应力，在高压加热器过热段采用了封闭式的包壳，使过热蒸汽对管板不进行接触，汽侧管板接触到的仍是饱和温度，使管板两侧的温差降到最小，从而可以减少热应力对高压加热器管板的影响。

5经济比较

5.1投资比较

高压加热器是否采用单列还是双列，其结果不仅仅影响到给水系统，同时对抽汽系统、加热器疏水系统也会产生影响。当采用单列高压加热器时，其管束的型式则可以选择U形管布置或者蛇形管布置。因此，由于单列、蛇形管高压加热器价格过高，在国内也无相应的制造和运行业绩，下面仅对采用U形管布置的单列高压加热器和双列高压加热器进行经济比较。详如下表（按一台机组计算）：

表5-1单列与双列高压加热器投资费用比较表（按人民币计算）

根据上表的比较，采用双列、U形管高压加热器时，每台机组在高加设备投资、给水系统、加热器疏水系统、抽汽系统的管道阀门投资等方面比采用单列高加要高288万元。本次比较所采用的高压加热器价格数据为上海某电厂三期招标时的价格，目前单列、U形管高压加热器仅有上海动力设备有限公司有订货业绩。

5.2运行经济性比较

对采用双列高压加热器和单列高压加热器的抽汽管道作水力计算，抽汽管道采用双列高压加热器时的压降比采用单列高压加热器时的压降要增加0.4%，根据汽轮机厂的热平衡计算，采用单列高压加热器时机组热耗可以下降0.3kJ/kW.h，则煤耗比采用双列高压加热器可减少0.01g/kW.h，对运行经济性的影响非常小。

当然，采用双列高压加热器配置的给水系统运行方式灵活，对负荷的适应性较好。当一列高压加热器停运时，运行的一列高压加热器尚可通过60%~65%的给水流量，机组有较好的热经济性。而采用单列高压加热器配置的给水系统时，任一高压加热器故障时，高压加热器均从系统中退出，此时机组的运行经济性差。

6结论

根据前文的论述比较，双列、U形管、卧式高压加热器技术上成熟可靠，对机组负荷变化的适应性好，能切除一列高压加热器运行且对机组热耗影响较小，但系统较复杂，费用相对于单列、U形管、卧式高压加热器略高；单列、U形管、卧式高压加热器对于国内的加热器制造厂而言存在一定的制造难度，目前只有上海某公司一家制造单位有运行业绩，对将来的设备招投标工作会带来困难，对机组负荷变化的适应性较差，但系统简单，运行及维护较为方便，且费用最低；对于采用蛇形管布置的高压加热器而言，由于国内制造厂尚未引进该技术，且其技术引进费用较高，对于1000MW机组而言，每台机组整套蛇形管单列高压加热器比U形管单列高压加热器费用高1500万元，如果采用进口设备，则价格更高。