楊浩 高秀志 季丹 孫蓮 鄭湘泉

東方汽輪機(jī)有限公司 四川德陽(yáng) 618000

隨著高效大功率火力發(fā)電機(jī)組的研發(fā)與投運(yùn)，給水回?zé)嵯到y(tǒng)的回?zé)峒?jí)數(shù)越來(lái)越多（9-12 級(jí)），末級(jí)低壓加熱器的抽汽壓力很低（15-25kPa），內(nèi)置虹吸式疏冷段結(jié)構(gòu)不能再使用；次末級(jí)低加抽汽與末級(jí)低加抽汽之間的級(jí)間壓差很小（20-40kPa），已不足以克服內(nèi)部疏水流動(dòng)阻力、疏水管道高度壓差以及疏水調(diào)節(jié)閥所需壓差，不能實(shí)現(xiàn)疏水逐級(jí)自流，故次末級(jí)低加不能設(shè)置內(nèi)置疏冷段。如系統(tǒng)要求考慮回收末兩級(jí)低加疏水熱量，且保證末兩級(jí)低加的疏水暢通，最佳方案是：兩級(jí)不帶疏冷段低加+共用外置式疏水冷卻器[1-5]。

1 低抽汽壓力下內(nèi)置虹吸疏冷段應(yīng)用受限

內(nèi)置虹吸疏冷段結(jié)構(gòu)如圖1 所示，利用級(jí)間壓差產(chǎn)生的虹吸作用，將殼體下部?jī)?chǔ)存疏水吸到上部疏水冷卻腔室中，在疏水虹吸上升過(guò)程中，隨著液柱上升，疏水壓力會(huì)降低，少量疏水會(huì)閃蒸，形成兩相流，兩相流的比容（體積流量和流速）會(huì)隨抽汽壓力的降低而增加，當(dāng)抽汽壓力降低到一定值后，兩相流的流速已超過(guò)臨界流速，會(huì)引起換熱管振動(dòng)，對(duì)加熱器的安全產(chǎn)生重大隱患（兩相流流速分析見(jiàn)圖2），就本工程而言，末級(jí)低加的抽汽壓力很低，已不能夠再使用內(nèi)置虹吸疏冷段結(jié)構(gòu)。

如圖2 所示，當(dāng)疏水冷卻段實(shí)際流速低于臨界流速時(shí)，管系振動(dòng)合格；當(dāng)實(shí)際流速低于臨界流速時(shí)，振動(dòng)計(jì)算不合格。而抽汽壓力越低，實(shí)際流速越高，振動(dòng)計(jì)算不合格的趨勢(shì)增大。

2 內(nèi)置浸沒(méi)式疏冷段結(jié)構(gòu)形式及其劣勢(shì)

為解決低抽汽壓力下內(nèi)置虹吸疏冷段的閃蒸兩相流問(wèn)題，內(nèi)置浸沒(méi)式疏冷段被開(kāi)發(fā)了出來(lái)，將管束下方部分管束封閉成疏水冷卻段（見(jiàn)圖3），低加正常液位線(xiàn)上移，疏水靠重力進(jìn)入疏冷段，下降過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生疏水閃蒸，但為儲(chǔ)存飽和疏水和控制水位，必須在疏冷段與凝結(jié)段管束之間預(yù)留儲(chǔ)水空間，會(huì)導(dǎo)致低加筒體直徑加大300-600mm，會(huì)對(duì)凝汽器喉部通道阻力和凝汽器冷卻管束間蒸汽分配產(chǎn)生不利影響，降低機(jī)組出力。

其次，浸沒(méi)式疏冷段比虹吸式疏冷段長(zhǎng)很多，加之疏水流動(dòng)空間受限，流速較高，故浸沒(méi)式疏冷段的流動(dòng)阻力（-10kPa）比虹吸式疏冷段的流動(dòng)阻力（-4kPa）高很多，故在低加疏水出口處，疏水的過(guò)冷度并不大，如遇到管道上升，則易發(fā)生疏水閃蒸，阻塞管道，引起疏水不暢。

對(duì)于末級(jí)低加，雖然可以采用內(nèi)置沒(méi)式疏冷段代替內(nèi)置虹吸式疏冷段，但對(duì)于次末級(jí)低加，無(wú)論是采用內(nèi)置沒(méi)式疏冷段結(jié)構(gòu)，還是采用內(nèi)置虹吸式疏冷段結(jié)構(gòu)，都不能實(shí)現(xiàn)疏水逐級(jí)自流到末級(jí)低加本體，只能將較高焓值的疏水直排到凝汽器，產(chǎn)生熱量損失。

3 外置疏水冷卻器的結(jié)構(gòu)形式

外置疏水冷卻器可以布置到比本體低加低的位置，通過(guò)U 形疏水管靠重力自動(dòng)疏水。疏水冷卻器實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)水---水換熱器，根據(jù)疏水走管程或殼程，又可以細(xì)分成：疏水走管程的疏水冷卻器和疏水走殼程的疏水冷卻器。實(shí)際工程上多采用疏水走管程的疏水冷卻器，這是由于給水流量通常是疏水流量的十多倍，疏水走管程，換熱管根數(shù)少，管束的占比小（布管面積與殼體橫截面之比），殼程介質(zhì)縱流窗口空間大，有利于大流量給水通過(guò)，且給水溫升只有幾度，即使給水出口溫度也低于疏水出口溫度，故管/殼程介質(zhì)不需要嚴(yán)格按純逆流布置，但管系的折流板跨距大，折流板間需要設(shè)置支持板（疏水走管程的疏水冷卻器見(jiàn)圖4）。

工程上也有采用疏水走殼程的疏水冷卻器，由于給水全流量通過(guò)換熱器，故換熱管根數(shù)多，長(zhǎng)度短，折流間距小，殼側(cè)傳熱系數(shù)低，殼程介質(zhì)流動(dòng)不

均勻，換熱面積浪費(fèi)多。針對(duì)疏水走殼程的疏水冷卻器，本文作者推薦采用部分給水流經(jīng)疏水冷卻器（1/3-1/2 給水），通過(guò)減少換熱管根數(shù)，在換熱面積略微增加的情況下，增加了換熱器長(zhǎng)度，增加折流板間距，殼程介質(zhì)流動(dòng)均勻，換熱器的長(zhǎng)徑比合適（改進(jìn)后的疏水走殼程的疏水冷卻器見(jiàn)圖5）。

4 外置式疏水冷卻器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通常末兩低加布置在凝汽器喉部，與凝汽器熱井之間有足夠的高差維持疏水自流，外置式疏水冷卻器只需位于兩者之間合適位置即可[6-8]。采用外置式疏水冷卻器后，本體低加布管可以更加緊湊（不用考慮內(nèi)置式疏冷段的結(jié)構(gòu)），不用考慮過(guò)多的疏水儲(chǔ)水容積，低加筒體直徑可以做得更小，在相同設(shè)計(jì)壓力下，受壓元件的厚度可以減小，這樣低加本體的重量可以大大減輕，減小制造費(fèi)用；低加筒體直徑減小以后，布置在凝汽器喉部的低加（尤其是合體低加），可以減小汽機(jī)排汽損失及凝汽器管束間蒸汽分配影響，提高機(jī)組出力；采用外置式疏水冷卻器后，疏水靠重力自動(dòng)疏水，設(shè)備間通過(guò)U 形管連接，不需要配置正常疏水調(diào)節(jié)閥和事故疏水調(diào)節(jié)閥，疏水安全可靠（喉部低加疏水管道布置見(jiàn)圖6）。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)前文的技術(shù)分析，可以得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)于抽汽壓力低的末級(jí)和次末級(jí)低加，工程上要求考慮回收疏水熱量，建議設(shè)置外置式疏水冷卻器；

（2）對(duì)于外置式疏水冷卻器，如果要求給水全部流經(jīng)疏水冷卻器，考慮采用疏水走管程，給水走殼程的疏水冷卻器；

（3）如果工程要求給水走管程，疏水走殼程，可以考慮部分給水投入疏水冷卻器，在給水溫升較小的情況下，傳熱系數(shù)較高，設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單。

（4）采用外置式疏水冷卻器后，疏水管道需要設(shè)置U 形段，U 形水封高度通過(guò)運(yùn)行壓力進(jìn)行計(jì)算；

（5）采用外置式疏水冷卻器后，低加疏水通過(guò)高差自動(dòng)疏水，不再需要設(shè)置正常疏水調(diào)節(jié)閥和事故疏水調(diào)節(jié)閥。

（6）為進(jìn)一步減小喉部低加的筒徑，對(duì)于多個(gè)低壓缸的機(jī)組，可以采用非對(duì)稱(chēng)抽汽，末級(jí)與次末級(jí)分別從不同低壓缸抽汽。