超超臨界二次再熱百萬機組高壓加熱器布置方案

閆哲，張士明，顧勇

(江蘇華電句容發(fā)電有限公司，江蘇 句容　212400)

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超超臨界二次再熱百萬機組高壓加熱器布置方案

閆哲，張士明，顧勇

(江蘇華電句容發(fā)電有限公司，江蘇 句容212400)

摘要：通過闡述蛇形管高壓加熱器的結(jié)構(gòu)特點和性能優(yōu)點，提出在超超臨界二次再熱百萬機組中用蛇形管高壓加熱器取代U形管高壓加熱器。通過分析江蘇華電句容發(fā)電有限公司二期二次再熱百萬機組高壓加熱器選型方案，說明單列蛇形管立式高壓加熱器具有良好的穩(wěn)定性和工程實用性。

關(guān)鍵詞：二次再熱；高壓加熱器；蛇形管；U形管

0引言

火電廠高壓加熱器(以下簡稱高加)是利用汽輪機的抽汽加熱鍋爐給水的裝置。它可以提高電廠熱效率，節(jié)省燃料，并有助于機組安全運行[1]。目前高加可按水室配水和換熱管的不同形式進行結(jié)構(gòu)分類，通常分為U形管管板式(以下簡稱U形管式)和蛇形管集箱式(以下簡稱蛇形管式)。目前國內(nèi)的超超臨界機組大多采用單列或雙列U形管式高加布置方案，而在歐洲主要采用單列蛇形管式高加布置方案。

1問題的提出

目前，百萬千瓦等級的二次再熱機組給水泵出口壓力設(shè)計值通常在36～39 MPa，由于鍋爐給水要通過高加的換熱管并完成加熱過程，因此高加的管側(cè)設(shè)計壓力會達到44 MPa，給水壓力的大幅提升對高加設(shè)備自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計和工藝制作提出了更高的要求，同時增加了高加選型難度。

受給水壓力影響，單列U形管高加的水室半球形封頭厚度和管板鍛件厚度如果按照44 MPa的給水壓力進行設(shè)計，那么封頭和管板厚度都會超過GB 150.2—2011《壓力容器 第2部分：材料》中規(guī)定的最大公稱厚度[2]。在這種情況下，往往采用雙列U形管高加方案，以減小管板的通流面積，從而降低管板和封頭厚度。如國電泰州二期、華能萊蕪、神華北海等幾個二次再熱項目均使用雙列U形管高加布置方案[3]，由于雙列高加會增加廠房管道，現(xiàn)場空間會更加擁擠，后期維護工作量會增加，本文提出采用單列蛇形管高加布置方案解決二次再熱機組中的高加布置難題。

2高加的結(jié)構(gòu)類型

2.1高加的分類和結(jié)構(gòu)

2.1.1U形管高加[4]

U形管高加的殼側(cè)主要由蒸汽進口、疏水進口、疏水出口和殼體4個部分組成，管側(cè)則主要包括給水進口、給水出口、換熱管、水室、封頭、人孔密封板、管板和U形管。

2.1.2蛇形管高加

蛇形管高加的殼側(cè)與U形管高加的殼側(cè)相似，也是由蒸汽進口、疏水進口、疏水出口和殼體組成。其管側(cè)結(jié)構(gòu)與鍋爐集箱類似，包括給水進、出口集管和蛇形管2大部分。蛇形管通常在殼體內(nèi)彎成3程或4程，與U形管高加相比主要結(jié)構(gòu)優(yōu)勢是用厚度較薄的集管代替了水室及管板結(jié)構(gòu)，降低了部件厚度和應(yīng)力。

2.2蛇形管高加的技術(shù)優(yōu)點

(1)部件的熱應(yīng)力分布均勻、負荷適應(yīng)性強。通常U形管高加需要較大的管板直徑和厚度,如圖1所示，機組啟、停過程中的溫度分布不均會使管板產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，加大熱裂紋的風險。蛇形管高加的集管厚度一般在70～120 mm，僅有管板厚度的15%左右，如圖2所示，熱應(yīng)力分布比較均勻，具有較好的抗熱沖擊性能，提高了溫升速率限制和變工況運行次數(shù)。

(2)故障率低，可靠性好。U形管高加的管板與U形管采用角焊縫和脹接連接，通常采用氦檢漏。在機組頻繁啟、停及熱沖擊運行中易發(fā)生管口泄漏。而蛇形管高加通過集管上的短接頭與蛇形管焊接連接，對焊縫進行100%射線檢測，確保了焊接質(zhì)量。因此，蛇形管高加的管子損壞率極低，可以運

圖1　U形管高加管板

圖2　蛇形管高加集管

行50年以上。據(jù)德國BD公司統(tǒng)計，從1935年開始生產(chǎn)的1 200臺蛇形管高加超過100萬根管子的損管率僅為0.013%，過去40年中僅有30根損壞，其中第1根管子損壞發(fā)生在運行20年后。

通過以上介紹可以總結(jié)出，蛇形管高加取消了管板并采用獨特的連接手段，從結(jié)構(gòu)設(shè)計上解決了U形管高加管板過厚造成熱應(yīng)力過于集中的問題,消除了管板產(chǎn)生裂紋的隱患，提高了負荷適應(yīng)能力，因此可靠性、運行壽命得到提高。蛇形管和U形管高加主要技術(shù)特點對比見表1。

3高加布置方案與投資情況對比

3.1單列與雙列

百萬千瓦等級二次再熱機組如果采用雙列高加系統(tǒng)，則需要設(shè)置4級雙列50%額定容量的高加，#2，#4高加前置式蒸汽冷卻器分別串聯(lián)在每列#1高加后。這樣1臺機組回熱系統(tǒng)總共有10個高加，系統(tǒng)相當復(fù)雜，管線、閥門數(shù)量眾多，運行維護難度大。相比雙列高加，單列高加給水和加熱蒸汽管道的長度有所減小，相關(guān)管道的阻力也相應(yīng)減少，可以降低汽輪機運行熱耗。

表1　蛇形管與U形管高加的技術(shù)特點對比

3.2立式與臥式

目前國內(nèi)超超臨界機組基本都使用臥式U形管高加[5]，如果采用蛇形管高加，可以選擇立式或者臥式，2種形式的運行性能和可靠性基本一致，沒有明顯的優(yōu)缺點。但立式便于集中布置，節(jié)省了臥式高加分層布置所增加的給水管道，在投資方面有優(yōu)勢，廠房占地面積也會減少，因此，從優(yōu)化廠房布置的角度考慮應(yīng)優(yōu)先選用立式。

3.32種主要高加布置方案投資對比[6]

以江蘇華電句容發(fā)電有限公司二期二次再熱火電機組基建項目為例，通過上海電站輔機廠提供的資料進行計算，進行2種布置方案的投資對比。與U形管高加相比，蛇形管高加所需材料尺寸規(guī)格較高，設(shè)備總質(zhì)量也大。雖然蛇型管制造和裝配工藝較為復(fù)雜，但沒有U形管高加的管板和球形封頭等鍛件，所以1套蛇形管高加的本體制造成本比U形管雙列高加僅高出150萬元。

單列高加與雙列高加相比，主要節(jié)省了廠房的給水管道用量，給水全容量管道規(guī)格為? 660 mm×83 mm，給水半容量管道規(guī)格為? 457 mm×55 mm，每臺機組減少管道質(zhì)量減少約40 t，同時抽汽、疏水管道減少約10 t。按照高壓給水管道采用15NiCuMoNb5-6-4材質(zhì)(合金鋼)計算，采用單列高加，2臺機組給水管道能節(jié)省382萬元。

綜合上述情況，采用單列蛇形管高加相比雙列U行管高加至少能節(jié)省工程造價約232萬元。

4結(jié)論

本文針對二次再熱機組參數(shù)的特點和高加的選型要求，通過分析對比蛇形管高加和U形管高加的結(jié)構(gòu)和性能特點，闡述了蛇形管高加的優(yōu)勢。結(jié)合華電句容發(fā)電有限公司二期二次再熱機組高加的實際布置和造價情況，說明采用單列蛇形管立式高加布置方案具有可靠性高、節(jié)約廠房布置空間、減小維護工作量及節(jié)省工程造價等優(yōu)點。因此，在二次再熱機組中優(yōu)先推薦采用單列蛇形管立式高加布置方案，蛇形管高加在高參數(shù)機組中應(yīng)得到推廣并有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]蔡錫琮.高壓給水加熱器[M].北京：水利電力出版社，1995.

[2]凌峰. 蛇形管式高壓加熱器在大型火電機組中的應(yīng)用[J]. 電站輔機, 2014, 35(3):5-7.

[3]王泳濤，張新春，陳煒.雙列高加在1 000 MW超超臨界機組中的應(yīng)用[J].電力建設(shè)，2006(8)：32-34.

[4]張志剛，U型管高壓給水加熱器有限元分析[J].機電信息，2014(18)：157-158.

[5]史進淵，林振坤，柳惠齡.臥式高壓給水加熱器的可靠性分析[J].動力工程，1993(3)：53-58.

[6]范旭光.高壓給水加熱器水位變化對機組經(jīng)濟性的影響分析[J].機械工程師，2012(7)：185-186.

(本文責編：齊琳)

中圖分類號：TM 311

文獻標志碼：B

文章編號：1674-1951(2016)05-0041-02

收稿日期：2016-01-20；修回日期：2016-05-01

作者簡介：

閆哲(1987—)，男，江蘇揚州人，工程師，工學碩士，從事電廠汽輪機檢修、基建管理方面的工作(E-mail:yz_jrhd@126.com)。