影响回热加热器端差因素分析

杨笑宁 王波

摘要：通过阐述“加热器”、“端差”等基本概念，扼要分析了端差对汽轮机相对内效率的影响。根据影响加热器端差的因素，从设计、制造、安装与运行维护方面进行了深入的分析。以实践为依据，列举针对存在的问题采取相应措施后所取得的效果。

关键词：加热器；端差；影响因素；防范措施

0 引言

随着高参数、大容量汽轮发电机组快速服役以及汽轮发电机组设计、加工技术日臻完善，仅仅依靠设计制造对提高汽轮机相对内效率已经没有多少潜力可挖。

影响汽轮机机组经济性的主要因素有初终端蒸汽参数、汽轮机相对内效率、厂用电率等。受制于材料制约，进入汽轮机做功的初端蒸汽参数尚未超越超超临界水平，终端低压缸排汽参数受制于机组阻塞背压不可能无限降低，汽轮机相对内效率在无颠覆性认知情况下不可能有大的突破空间。在当前电力行业市场竞争剧烈的形势下，如何在现有技术条件下尽可能提高火力发电设备的经济性就成了当务之急^[1]。

本文结合机组实际运行工况，详述影响汽轮机回热加热器端差的因素，并通过案例分析消除影响因素后回热系统运行效果，为今后的设备制造、安装检验、运行维护提供参考。

1 基本概念

1）回热加热器

“回热加热器”是指从汽轮机中间级抽出部分蒸汽来加热凝结水或锅炉给水的热力设备^[3]。

2）加热器端差

加热器端差有上下端差之分，上端差又称给水端差，下端差又称疏水端差。

“上端差”是指加热器抽汽压力下的饱和温度与加热器出口水温之差；“下端差”是指加热器疏水温度与加热器进口水温之差。

在加热器的型式、结构确定后，影响加热器换热效率的因素主要在于其端差是否达到设计值。

2 加热器端差分析

1）上端差大分析

上端差大，说明工质未充分被抽汽加热，也就是说本级抽汽加热能力不够，这就等于把本级加热器的加热任务推卸给了下一级加热器，增加了下一级加热器的加热量，相当于排挤了本级低品质抽汽，增加了下一级高品质抽汽量，致使汽轮机相对内效率降低。

1）下端差大分析

下端差大，说明加热器疏水没有被充分冷却，本级加热器抽汽换热的能力没有被充分利用就排到了下一级加热器，排挤了下一级加热器低品质的抽汽，增加了本级高品质抽汽量，致使汽轮机相对内效率降低。

3 影响加热器端差的因素

工程实践中回热加热器换热效果不佳的影响因素主要有以下4个方面：

1. 设计方面

随着高参数、大容量汽轮发电机组的快速推广应用，抽汽过热度越来越高，甚至过热度达到200 ℃以上，过热度越高，传热不可逆损失越大，加热器端差越大。为解决加热器传热过程中的不可逆损失，工程实践中通过设置内、外置蒸汽冷却器方式提高加热器传热效果，降低加热器端差。由下述加热器传热端差公式可知：

（1）

式中：

A——传热面积，m²；

∆t——加热器温升，℃；

K——传热系数，kJ/(m²·h·℃)；

G——水的流量，kg/h；

C_p——水的定压比容，kJ/(kg·℃)。

因此，在G、C_p、K、∆t确定的前提下，减小端差θ是以增加加热器传热面积实现的，也就是以增加金属消耗量和投资为代价换来的，以我国某加热器制造厂为例，为了减小材料消耗、降低成本，将加热器端差提高1℃，传热面积减少了4m²。可见，在设计阶段，应根据技术经济比较确定相对合理的传热端差。

2. 制造方面

加热器设计定型后，影响其换热效果的因素往往在于设备制造质量。制造厂家须按照标准流程严格控制各项工艺，尤其是精加工、预热、焊接、热处理工艺，严防废弃物堵塞管束之间有限空间，防止汽侧导流隔板泄漏引起换热面积减少，加热器温升偏离设计情况；同时应预防管束泄漏，否则给水进入汽侧，造成加热器水位上升，热量交换空间被压缩造成传热效果下降，严重时给水通过抽汽管道进入汽轮机造成水冲击事故。

3. 安装方面

安装前应对加热器进行严格检验，在确保加热器整体质量合格的前提下才能进入安装阶段。同样，安装阶段应严格按照安装作业指导书要求控制安装工艺，加强质量监督，保证安装质量，尤其是保证水侧、汽侧严密、畅通，汽侧不凝结气体能顺畅排出，避免排空管道因堵塞造成排气不畅，不凝结气体凝结形成水塞造成传热恶化，换热效果降低从而使得传热端差增大^[4]。

4. 运行维护方面

回热加热器实际运行中，由于运行维护不善引起加热器性能下降的原因主要有以下几个方面：

（1）加热器汽侧积聚空气形成气塞，造成管束换热能力差。

加热器投运前严格按照运行规程检查汽侧排气阀处于完全开启状态，加热器投运后检查阀后温度，确保加热器汽侧排气管道畅通。加热器汽侧积聚空气会在管束表面形成气膜，严重阻碍加热器热传导，降低加热器传热效率。对于工作压力小于大气压的低压加热器，应通过真空系统灌水试验方式查找管道和阀门漏点并消除。

（2）加热器水位偏离设计。

加热器水位过高，上部管束被水淹没，换热面积减少，致使本级抽汽加热能力不够造成上端差增大，给水温升降低，同时加热器水位过高存在汽轮机进水风险，影响机组安全。

实践中可通过加热器水位优化运行方式调整，将换热效果最佳的水位作为加热器基准水位进行控制。

（3）抽汽压力、温度偏离设计值。

抽汽压力、温度偏离设计值，抽汽压力偏高的加热器会排挤上一级加热器疏水，影响上一级加热器抽汽量，疏水不畅，各级加热器运行工况偏离设计，势必影响到各加热器端差^[2]。

（4）汽水品质不良。

汽水品质控制不良，加热器在长期运行过程中汽、水侧管束表面势必会积盐、结垢，影响换热效果并增加抽汽压损，加热器温升降低^[4]。

（5）加热器水侧旁路门内漏或水室隔板不严致使水侧短路。

高压加热器水侧入口三通阀或低压加热器旁路阀内漏，使进入加热器管束的水量减少，在抽汽量不变的情况下加热器温升升高，上端差减小，下端差增大。

4 案例分析

1）某发电企业1号汽轮机为上海汽轮机有限公司设计生产的N330-16.7/537/537型亚临界一次中间再热、单轴、双缸双排汽、凝汽式汽轮机。配置的高压加热器为哈尔滨锅炉厂有限责任公司生产的卧式U型管表面加热器，THA工况下加热器设计端差为5.60 ℃。

机组自2005年投产以来，满负荷工况下1号高压加热器下端差最高达21.8 ℃，较THA工况高16.2 ℃，经运行、检修多次调整和排查均无效果。

2018年作为专项攻关项目将该加热器壳体开孔，利用内窥镜检查发现其蒸汽凝结段与疏水冷却段之间的导流隔板漏焊，部分蒸汽短路至疏水冷却段致使疏水温度升高，加热器温升下降、端差增大。

经热平衡计算得知，该机组1号高压加热器下端差每升高1 ℃，机组热耗率升高0.06 kJ/(kW·h)，满负荷工况下因下端差影响机组热耗率0.972 kJ/(kW·h)。因下端差超过设计值影响标准发电煤耗0.036 g/(kW·h)、供电煤耗0.039 g/(kW·h)。该发电企业1号机组全年负荷率75%，年设备利用4500 h，则全年增加发电标准煤耗40.1 t。

5 结论

（1）提高加热器的设计制造和安装水平，防止汽侧隔板和水侧管束泄漏导致换热效果下降，保证加热器排气管道顺畅，及时排查内部漏焊、裂纹等隐患。

（2）提高运行维护水平，确保汽水品质合格，优化调整加热器水位，加强抽汽参数和端差监视，定期检查处理阀门内漏，保证加热器处于最优工作状态。

参考文献：

[1] 芦金文. 1050MW超超临界机组高压加热器端差及回热系统优化浅议[J]. 神华科技, 2018, v.16；No.93(3):48-52.

[2] 张卫彬, 于学斌, 张春发. 回热加热器变工况计算方法研究[J]. 汽轮机技术, 2018, 60(3).