第三章 回热加热系统

第二节 回热(机组)原则性热力系统
回热系统既是汽轮机热力系统的基础．也是全厂热力系统的核心、它 对机组和全厂的热经济性起着决定性的作用。
一、回热加热器的类型
按照内部汽、水接触方式的不同分为：混合加热器、表面式加热器。
按受热面 布置方式
立式：占地面积小，便于安装和检修，为中、小机组和部分 大机组采用
第三章 回热加热系统
第一节 热力系统的概念及分类 第二节 回热(机组)原则性热力系统 第三节 表面式加热器系统的热经济性 第四节 给水除氧及除氧器 第五节 除氧器的运行及其热经济性分析 第六节 汽轮机组原则性热力系统计算
第一节 热力系统的概念及分类
热力系统是实现热功转换热力部分的工艺系统。 它通过热力管道及阀门将各主、辅热力设备有机地联系起来，在各种工 况下能安全、经济、连续地将燃料的能量转换成机械能最终转变为电能。
串联方式 优点：蒸汽冷却器的进水温度高，与蒸汽换热平均温差小，冷却器内火用 损少，效益较显著； 缺点：主水流全部通过冷却器，给水系统的阻力增大，泵功消耗多。 并联方式 优点：主水流中分了一部分到冷却器，给水系统的阻力小，泵功可减小。 缺点： 进入较高压力加热器的水量减少，相应的回热抽汽量减小，回热抽汽做 功减少，热经济性稍逊于串联式; 进入冷却器的水温较低，换热温差较大，冷却器内火用损稍大。 蒸汽冷却器是提高大容量、高参数机组热经济性的有效措施。
五、实际机组回热原则性热力系统
一般系统都采用一台混合式加热器作为除氧器，将回热加热器分为高压 加热器组和低压加热器组。 高压加热器疏水逐级自流进入除氧器，低压加热器疏水也采用逐级自流 方式进入凝汽器热井或在末级或次末级加热器采用疏水泵将疏水打入加热 器出口水管道中。 西方中间再热机组回热系统的普遍特点：高压加热器全部采用内置式蒸 汽冷却段，高低压加热器全部都有内置式疏水冷却段，疏水采用逐级自流 方式。
蒸汽冷却器的连接方式
蒸汽冷却器的蒸汽侧连接较简单，水侧的连接方式不同，主要有串联和并联。 串联指全部给水流经冷却器，如图2-14中(b)、(d)、(e)、(f)所示； 并联连接只有部分给水进入冷却器，离开冷却器的给水再与主水流混合后送往 蒸汽发生器，如图2-14中(a)和(c)所示。
外置式蒸汽冷却器两种连接方式的比较
以范围划分，热力系统可分为全厂和局部两类 原则性热力系统：是一种原理性图 按用途来划分
对全厂而言，主要用来反映在某一工况下系统的安全经济性； 对不同功能的各种热力系统，则用来反映该系统的主要特征
全面性热力系统：是实际热力系统的反映
它包括不同运行工况下的所有系统，以反映该系统的安 全可靠性、经济性和灵活性。 对不同范围的热力系统，都有其相应的原则性和全面性热力系统图。
第三节 表面式加热器系统的热经济性
一、表面式加热器的端差
表面式加热器的端差，也称上端差(出口端差)，通常是指加热器汽侧出口 疏水温度(饱和温度)与水侧出口温度之差，用θ 表示。如图2-10所示。
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端差愈小热经济性就愈好，可从以下两方面考虑： 降低回热抽汽压力，减小 t sj ，回热抽汽做功 比增加，热经济性变好。因为压力较低的回热抽 汽做功大于压力较高的回热抽汽做功。 升高水温 t wj ，结果是减小了压力较高的回热 抽汽做功比而增加了压力较低的回热抽汽做功比， 热经济性得到改善。
四、表面式加热器的疏水方式及热经济性分析
疏水：加热蒸汽进入表面式加热器放热后，冷凝而成的凝结水。
疏水收集方 式有两种
疏水逐级自流方式：利用相邻表面式加热器汽侧压差，将压 力较高的疏水自流到压力较低的加热器中，如图2-15所示。 疏水泵方式，如图2-16所示。
图2-15表面式加热器 采用逐级自流方式
三、蒸汽冷却器及其热经济性分析
再热使再热后的回热抽汽过热度和焓值都有较大提高，导致熵增、火用 损增大，削弱了回热效果。 装设蒸汽冷却器可减少回热加热器内汽水换热的不可逆损失，提高该级 加热器出口水温。
蒸汽冷却器的类型
内置式（也称为过热蒸汽冷却段）：它实际上是在加热器内 隔离出一部分加热面积，使加热蒸汽先流经该段加热面。它 提高的是本级加热器出口水温。 蒸汽冷却器
图2-16表面式加热 器采用疏水泵方式
不同疏水收集方式的热经济性
疏水泵方式的热经济性仅次于没有疏水的混合式加热器。
疏水和主水流混合后可以减少该级加热器的出口端差，因而提高了热经济性。
疏水逐级自流方式的热经济性最差。 从热量法角度分析，如下图所示
用做功能力法分析，如图2-18（e）所示。 采用 疏水逐级自流方式时
j—1级加热器的进水温度比 疏水泵方式低，汽侧压力不变， 放热的平均温度Ts不变，吸热 过程的平均温度Tw因进水温度 降低而下降，换热温差ΔTrj-1， 及相应的火用损Δer（j-1）加 大； 在压力较低的j+1级加热器 内，因j级加热器疏水压力由P’j 降低到P’j+1，产生压降损失 ΔP=P’j—P’j+1，热能贬值利用， 火用损增大。
亨利定律指出在一定温度条件下，气体溶于水中和气体自水中逸出是动 态过程，当处于动态平衡时，单位体积中溶解的气体量b与水面上该气体的 分压力pb成正比。其关系式为：
物理除氧
物理除氧是借助于物理手段，将水中溶解氧和其他气体除掉，并且水 中无任何残留物质。
火电厂和核电站中应用最普遍的是热力除氧法。
三、热力除氧原理
热力除氧原理是建立在亨利定律和道尔顿定律基础上的。
亨利定律反映了气体在水中溶解和离析的规律； 道尔顿定律则指出混合气体全压力与各组成气体分压力之间的关系。 它们共同奠定了用热力除去水中溶解气体的理论基础。
面式加热器的类型及其结构特点
水侧(管侧) ：受热面管束的管内部分和水室(或分配、汇集联箱) 组成，承受凝结水泵或给水泵的压力。
面式加热器
汽侧(壳侧) ：加热器外壳及管束外表间的空间构成。汽侧通过抽汽 管与汽轮机回热抽汽口相连，承受相应抽汽的压力。
按被加热水的引入和引出方式 水室结构 联箱结构 金属换热面管束 U形 折形 蛇形 螺旋形
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抽汽压降ΔPj加大，则Pj'、tsj随之减小， 引起加热器出口水温twj降低，使整机回热 抽汽做功比Xr减小，热经济下降。
抽汽压降ΔPj与蒸汽在管内的流速和局部阻力( 阀门、管道附件的数量、类型)有关。 一般表面式加热器抽汽管压降ΔPj不应大于抽汽压力Pj的10%，对大型机组则取 4%~6%较合适。
面式加热器的疏水设备选择 水封管
利用U形管中水柱高度来平衡加热器间压差，实现自动排水并在壳侧 内维持一定水位，U形管也可做成多级。多用于低压加热器。
浮子式疏水器
浮子式疏水器由浮子、滑阀及其相连的一套转动连杆机构组成。 多用于压力稍高的低压加热器，或小机组的高压加热器。
疏水调节阀
大机组的高压加热器常采用疏水调节阀，它的动作由一套水位控制 操作系统来操纵。常用的有电动、气动控制系统。
外置式：是一个独立的换热器，既可减小本级加热器的端差， 又可提高最终给水温度，降低机组热耗，提高热经济性。 外置式蒸汽冷却器分析： 给水流经冷却器，吸热升温进入蒸汽发生器，减小换热温差ΔTb，火用 损减少。 另一方面使蒸汽温度降低，既减小了加热器内的换热温差和火用损，又 使该级出口给水温度提高，降低了热耗。
新型水位控制器
一次调整到位后不再需进一步调节，可做到不用操作随机启动，水 位控制稳定，安全可靠，节能效果好，有广阔应用前景。
高压加热器的水侧旁路保护装置 作用：
若加热器管束破裂，水侧自动旁路保护装置，能快速而又严密地切断进 入高压加热器的进水，以保护汽轮机不进水，高压加热器筒体不超压，并 保证不中断地向蒸汽发生器供水。 中、小机组多设有高压加热器的小旁路或大旁路。现代大机组均配有 水侧自动旁路保护装置，主要有水压液动控制和电动控制两种。
第四节
给水除氧及除氧器
一、给水除氧的必要性
水中含有溶解的活性气体，金属发生化学反应，使金属表面遭到腐蚀， 其中危害最大的是氧气。 对亚临界和超临界压力的直流锅炉，要求给水彻底除氧，因为锅炉无排 污，且蒸汽溶盐能力强。
二、给水除氧方法
给水除氧有化学除氧和物理除氧两种方法。 化学除氧 化学除氧是向水中加入化学药剂，使水中溶解氧与它产生化学反应生成 无腐蚀性的稳定化合物，达到除氧的目的。 该法能彻底除氧，但不能除去其它气体，且价格较贵，还会生成盐类， 电厂中较少单独采用。
与蒸汽冷却段(器)相似，疏水冷却装置也分内置式、外置式两种。
下端差(入口端差)：加装疏水冷却器(段)后，疏水温度与本级加热器进口 水温之差，如图2-20所示。
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下端差一般推荐5~10 ° C。
两种疏水收集方式的比较
疏水逐级自流方式
优点：系统简单、无转动设备、工作可靠、投资小、不需附加运行费、 维护工作量小等。 缺点：热经济性最差。而疏水冷却段的采用可不同程度地弥补疏水逐级 自流对热经济性的影响。 大多数机组的回热系统均因该优势而乐于采用此种方式，尤其是高 压加热器几乎全部采用它，低压加热器的绝大部分也采用它。 疏水泵方式 优点：热经济性高 缺点：系统复杂，投资增加，且需用转动机械，既耗厂用电又易汽蚀， 使可靠性降低，维护工作量大。
疏水冷却段(器)及其热经济性
采用疏水冷却段(器)的目的： 减少疏水逐级自流排挤低压抽 汽所引起的附加冷源热损失及火 用损Δer（j+1），又可避免采用 疏水泵方式带来其他问题，如图 2-19所示。
从热量法分析： 将加热器中疏水出口水温降低后 再排至压力较低的j+1级加热器中， 可减少对低压抽汽的排挤，减小疏 水逐级自流带来的负面效果。 从做功能力法分析： 加装疏水冷却段(器)后，加热蒸汽在j级加热器中的放热过程平均温 度降低了。如图2—18中(d)，蒸汽放热过程由1-3-2变为1’-3-2’，换 热温差由ΔTr降为ΔTr’，熵增由Δs减为Δs’，佣损减少 Δerj=Tenδs。故热经济性获得改善。 对于j+1级，疏水能位降低，熵增减小，火用损也下降。