1000MW火电机组末级低压加热器疏水系统优化

发赵沒禺
POWER EQUIPMENT
第！！卷第5期2019年&月
Vol. 33 , No. 5Sept. 2019
1 000 MW 火电机组末级低压加热器
疏水系统优化
陈兵兵，李丽君，程祖田
（中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司，郑州@50007）
摘 要：分析了 1 000 MW 超超临界机组末级低压加热器疏水系统存在的问题，提出了一种新型自平衡
水封的末级低压加热器疏水系统&通过对新型疏水系统进行理论研究及工程应用，阐述了疏水系统的工作
原理及实施方法，总结了末级低压加热器汇合点、疏水冷却器布置以及疏水立管等重要参数选取的经验公 式，为百万机组末级低压加热器疏水系统设计及布置提供理论参考，具有广泛的应用前景&
关键词：火电机组；疏水系统；末级低压加热器；自平衡；U 形水封；系统优化
中图分类号：TK267 文献标志码：A 文章编号：1671-086X （2019）05-0358-04
Optimization on the LP Heater Drainage System
ofal 000 MW Thermal Power Unit
Chen Bingbing , Li Lijun , Cheng Zutian
（POWERCHINA Henan Electric Power Survey &Design Institute Co., Ltd.,
Zhengzhou 450007, China ）
Abstract : By analyzing the problems existing in the final low-pressure (LP ) heater drainage system of a
1 000 MW ultra-supercritical uiit, a new type of self-balancing water-sealing LP heater drainage system was proposed. Through theoretical research and engineering application of the new LP heater drainage system ,
its working principle and implementation method were elaborated , while a summary was carried out on the
empiricalformulas to determine the important parameters for arrangement of the final LP heater combination point , the drainage cooler and the drainage riser , etc. The new system proposed may serve as a referenceforthedesignandlayoutoptimizationoftheLPheaterdrainagesystemin1000 MW units !which
hasbroadapplicationprospects.
Keywords : thermal power unit ； drainage system ； final LP heater ； self-balancing ； U-shaped water seal ；
system optimization
火电机组中，加热器疏水系统的作用是以合 理的方式疏放及回收各级加热器的蒸汽凝结水, 同时保持加热器内水位在正常范围内，以保证加 热器的加热效果并防止汽轮机进水E &
由于最末2级加热器抽汽压力低，加热器疏 水处于饱和水临界状态，机组负荷变化会引起疏
水状态发生改变，影响低压加热器（简称低加）疏 水工作特性&另外，因主厂房布置所限管道走向 复杂、管道阻力大以及疏水汇合点选择不合理等
原因，易引起疏水流动不畅，甚至疏水管道内疏 水汽化形成气液两相流，造成疏水管道振动，若
振动加剧焊口裂纹易使机组真空变差，溶氧量升
高，加剧系统设备的氧化腐蚀，不利于电厂安全 稳定运行因此分析末级低加疏水不畅原 因、研究疏水管道振动机理、探讨有效应对措施
是保证电厂安全稳定运行的重要任务&
1末级低加疏水系统配置
1.1系统配置
针对1 000 MW 一次中间再热、四缸四排汽、 单轴、双背压凝汽式的超超临界机组，最末2级低 加布置于凝汽器喉部,2级低加疏水汇合后进入外
收稿日期：2018-08-13；修回日期：2018-09-05
作者简介：陈兵兵（1987—）,男，高级工程师，主要从事热机、燃机系统的设计与研究&
E-mail ： huluanbing@163. com
第"期陈兵兵等$000MW火电机组末级低压加热器疏水系统优化・359・
置疏水冷却器,疏水经过疏水冷却器加热凝结水后进入低加疏水立管,最终流入凝汽器热井&
低加疏水系统流程见图1。

图1末级低加疏水系统流程图
1・2存在问题
根据最末2级低加疏水压力和温度特点，最末2级低加疏水汇合点高度若低于次末级低加疏水水位高度，末级低加疏水管道将无法建立水封，汇合点后疏水管道内易产生气液两相流，管道阻力增加，疏水会倒逼至末级低加壳侧，引起疏水不畅&显然该系统配置最末2级低加疏水汇合点对系统可靠性影响很大，且实现难度较大&根据以往工程经验，疏水汇合点高度均应小于0.5=，而在规划管道布置时由于主厂房布局等原因是很难实现的&
按照疏水冷却器的运行要求，疏水冷却器应满水运行，为保证疏水冷却器壳侧满水，疏水冷却器应低位布置，若有条件可将疏水冷却器布置于地下室内&显然该类型疏水配置对疏水冷却器布置较为苛刻，不易满足&
另外，常规低加疏水配置的一个重要缺陷是未考虑最末2级低加水侧爆管泄漏工况，由于加热器汽侧为非调节级抽汽，汽侧管道上无隔离阀，一旦发生水侧泄漏，汽轮机存在进水的风险，系统运行的可靠性较差&
2新型疏水系统优化方案
2.1方案简介
为优化末级低加疏水系统，笔者提出新型自平衡水封的末级低加疏水系统，见图2。

+1$次末级低加汽侧压力"2—末级低加汽侧压力"3—凝汽器侧压力血一次末级低加疏水水位高度02—U形水封底部高度03—末级低加疏水水位高度0—次末级低加与末级低加疏水汇合点高度05—低加紧急疏水引出口高度0—疏水冷却器出口高度07—低加疏水立管汇合点高度08—末级低加疏水出口高度；△+%—次末级低加疏水管道阻力损失；△"—末级低加疏水管道阻力损失
图2新型末级低加疏水系统流程图
该系统主要由2级U形水封装置组成，末级低加汽侧与凝汽器形成第1级U形水封，末级低加疏水管道内的水位高度为0;次末级低加汽侧与末级低加汽侧之间形成第2级U形水封，次末级低加疏水管道内的水位高度为0&
次末级低加采用U形水封结构，为避免最末2级低加疏水汇合处出现气液两相流，水封出口应接至末级低加水位以下&为保证末级低加疏水通畅，应尽量减小次末级低加疏水对末级低加的阻塞，U形水圭寸有效高度应大于最末2级低加 汽侧静压头之差。

另外，由于加热器汽侧无隔离阀，若最末2级低加水侧爆管泄漏，低加出现高水位，汽轮机进水风险极大。

为排除此风险，新型疏水系统在最末2级低加疏水管道上设置了一套公用的紧急疏水回路，紧急疏水母管上设置低加紧急疏水气动真空快开阀和低加紧急疏水电动真空隔离阀&
2.2理论分析
2.2.1壳侧阻力计算
为了满足端差要求，低加内部一般设置2个传热段:凝结段和疏水冷却段&其中凝结段中蒸汽凝结成水，其体积急剧缩小，其余蒸汽自动补充，属于自然对流，故可忽略压力损失&而在疏水冷却段，为了提高该段的换热效果，隔板采用
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折流板，疏水流动属于强制对流，所以低加壳侧的压降损失主要在疏水冷却段⑷。

而对I000 MW超超临界机组，由于末级低加抽汽压力较低，如果设置低加疏水冷却段，疏水采用调节阀控制，会使加热器的疏水阻力增大，且末级低加布置于凝汽器喉部，疏水冷却段的设置不但导致低加壳体直径的增加，而且疏水管道的布置以及系统阀门的布置较复杂&因此，对1000MW超超临界机组最末2级低加均采用取消疏水冷却段的加热器&为保证末级低加疏水通畅，最末2级低加配置外置疏水冷却器，疏水通过U形水封流入凝汽器，经对比，此种低加疏水配置系统布置简单，运行经济性好、安全可靠性高曰&
显然，低加壳侧阻力可忽略不计，最末2级低加运行时为0=水位，抽汽侧压力可近似等于加热器疏水管道汽侧压力&
2.2.2疏水管道阻力计算
按照DL/T5054—2016《火力发电厂汽水管道设计规范》，管道系统的压力损失包括直管的沿程阻力损失和管道组成件的局部阻力损失。

对于管道的压力损失，须计算终端和始端的高度差引起的压力损失。

(1)计算雷诺数&
-e=K(1)式中：-e为雷诺数2为管内介质流速，=/s；K 为管子内径,=;$为介质动力黏度，Pa・s；,为介质的比体积，=3/kg。

(2)确定阻力系数&
确定管道摩擦因数，计算管道的总阻力系数。

(2)式中：％为管道总阻力系数"为管道摩擦因数L 为管道总展开长度，包括附件长度，=；为管道附件的局部阻力系数总和&
根据管壁相对粗糙度(管子等值粗糙度e与K 的比值)通过查表，取S=0.0457mm，查图确定"
(3)计算管内介质的动压力&
式中：+为管内介质的动压力，Pa。

(4)计算疏水管道的阻力损失&
(+=%+(4)式中：△+为疏水管道的阻力损失，Pa。

2.2.3疏水系统综合分析
由于末级低加抽汽压力低、疏水管道流动动力小、疏水处于饱和水与饱和蒸汽临界点附近，运行参数变化对疏水流动状态影响较大，故在疏水管道设计过程中，必须综合考虑疏水压力、温度、疏水管道阻力、机组工况变化等各种因素进行精确计算。

该新型末级低加疏水系统模型中忽略速度的影响，末级低加汽侧与凝汽器形成第1级U形水封，可得：
03/07_+_
+—(5)
式中'为水的密度，kg/m3；g为重力加速度，m/s2。

次末级低加汽侧与末级低加汽侧之间形成第2级U形水封，可得：
01/07«)为避免次末级低加与末级低加疏水汇合处出现气液两相流，水封出口应接至末级低加水位以下(0400),根据实际工程经验预留10=的裕量，即最末2级低加疏水汇合点高度取值为：
04/03—1.0(7)为保证末级低加疏水通畅，尽量减轻次末级低加疏水对末级低加的阻塞，-形水封有效高度应大于(+1—02)/((g)&
采用新型疏水系统后，保证疏水冷却器满水
运行工况的必要条件为06004,降低了对疏水冷却器的布置要求，不设置地下室，仅将疏水冷却器布置于主厂房0=即可满足要求&
为避免紧急疏水影响疏水冷却器水位05应
介于04与06之间，即06005004，根据工程经验，05略高于06即可，推荐高度取值为：
05~06+0.5(8)另外，07直接影响最末2级低加疏水管道内的疏水水位，若疏水立管汇合点选取不当，将无法保证末级低加水管道内的U形水封&根据U 形水封特点，07应保证机组全负荷工况下均能形成水封，且07不应高于08&为保证全负荷工况下末级低加均处于无水位工况运行，建议预留(+2—03)/((g)+0-5，即
07/08—+2—
+3—0.5(9)
P M
3工程应用
为说明新型疏水系统的配置，以某1000 MW超超临界机组为例进行工程应用&机组为C100-28/600/620型一次中间再热、四缸四排汽、单轴、双背压凝汽式汽轮机，设置9级回热抽汽，
第5期陈兵兵等$000MW火电机组末级低压加热器疏水系统优化-361-
最末2级低加布置于凝汽器喉部，分别为8号低加和9号低加&机组最大连续运行工况为低加疏水可能出现的最恶劣工况(水封破坏工况)，8号+号低加汽轮机的最大出力(TMCR)工况运行参数见表1。

表1低加TMCR工况运行参数
参数8号低加9号低加抽汽压力66.4230
抽汽温度/\886631
3.1核心参数选取
3.1.1疏水立管汇合D选取
疏水立管汇合点高度须结合主厂房布置以及加热器布置高度综合考虑08为&95=,按式(9)可知0/6.54=,根据主厂房实际布置条件, 0推荐值为6.6=。

3.1.2疏水冷却器布置合理性分析
为校核疏水冷却器布置高度是否合理，该工程的疏水冷却器安装在主厂房0m处，0为2.30 =。

根据式(5)和式(6)可知(管道阻力损失是有利于水位的保持的，即阻力越大，疏水管道水位越高，因此可忽略管道阻力损失的影响)：0/ 0.21m,h3/@.64m0由式(7)可知0=3.64m，取整为3.6m。

保证疏水冷却器满水运行工况的必要条件为0低于0即可，显然0=2.3m、0=3.6m，满足运行工况要求，即疏水冷却器布置合理&
3.1.3U形水封高度及紧急疏水D选取
为保证9号低加疏水通畅，应尽量减轻8号低加疏水对9号低加的阻塞,U形水封有效高度应大于4.43m。

为保证U形水封不被破坏，建议水封高度预留一定的裕量，该工程U形水封有效高度取5.1m，即U形水封最低点高度为一1.5m。

由式(8)可知0为2.8m可避免紧急事故工况汽轮机进水，保证疏水冷却器内满水&
3.2工作过程分析
根据以往工程运行经验，TMCR工况为末级低加疏水系统运行的最恶劣工况，机组最低负荷运行工况为疏水流动不畅最恶劣工况(抽汽压力最低、压差小、流动缓慢)，该工程根据以上要求，最末2级低加汽侧与凝汽器形成2级U形水封，按照上述计算结果设置可满足机组在TMCR工况下末级低加系统疏水通畅，在机组最低负荷运行工况汽轮机防进水，保证机组安全可靠运行&
当机组运行参数发生变化时，末级低加汽侧压力发生变化，第1级疏水U形水封的水位跟随+#的波动自动调整水位高度形成U形水封的自平衡，末级低加疏水管道内水位跟随+变化在0与07之间波动；第2级疏水U形水封水位高度跟随第1级疏水U形水封和次末级低加汽侧压力自平衡，次末级低加疏水管道内水位在0与07之间波动，在此过程中最末2级低加壳侧内均为0m水位，能有效避免汽轮机进水&
当最末2级低加水侧爆管泄漏进入紧急疏水工况时，低加出现高水位，为降低汽轮机进水风险，在最末2级低加疏水管道上设置的公用紧急疏水回路动作，紧急开启低加紧急疏水气动真空快开阀和低加紧急疏水电动真空隔离阀，对疏水系统进行紧急疏水&
4结语
笔者针对1000MW超超临界机组末级低加疏水系统设置情况，提出了一种新型自平衡水封的末级低加疏水系统，通过理论分析研究，得到以下结论：
(1)为保证末级低加疏水系统通畅，减轻次末级低加疏水对末级低加的阻塞作用，U形水封有效高度应大于(+1—+)/(g)。

(2)该新型末级低加疏水系统能有效降低对疏水冷却器的布置要求，疏水冷却器布置于主厂房0m即可保证低加疏水通畅&
(3)为降低汽轮机进水风险，在最末2级低加疏水管道上设置公用紧急疏水回路，提高了低加事故工况下的机组安全可靠性&
(4)疏水立管汇合点高度应保证机组全负荷工况下均能形成水封，为保证所有工况下末级低加均处于0m水位工况运行，其汇合点高度建议比末级低加疏水出口处高度低(+—+)/(g)+0.5。

参考文献：
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