加热器端差

——仅供参考
(2)影响端差的原因分析。造成该机组端差大的原因有以下几个方面：
——仅供参考
1)高压加热器泄漏堵管，影响高压加热器的传热效果，导致上、下端差加大。高压加热器泄漏堵管的原因 有设计制造因素;此外，高压加热器启停时，给水温度变化率超标也是造成高压加热器泄漏堵管的一个原因。
2)运行参数偏离设计参数较大。由于机组设计和制造缺陷，以及运行调整和系统泄漏的原因，机组运行的 热力性能指标达不到设计值，使得机组在偏离设计值较大的工况下运行。
加热器端差究竟如何选择?从图 3-1 可看出，随着换热面积 A 的增加，θ 是减小的，它们有如下关系
式中 A——金属换热面积，m2;
Δt——水出、进口的温度差，℃;
K——传热系数，kJ/(m2·h·℃);
G——水的流量，kg/h;
cp——水的定压比热容，kJ/(kg·℃)。
因此，减小端差 θ 是以付出金属耗量和投资为代价的。我国某制造厂为节省成本，将端差增加 1℃，金属换 热面减少了 4m2。各国根据自己钢材、燃料比价的国情，通过技术经济比较确定相对合理的端差。我国的加热 器端差，一般当无过热蒸汽冷却段时，θ=3～6℃;有过热蒸汽冷却段时，θ=-1～2℃。机组容量越大，θ 减小 的效益越好，θ 应选较小值。例如 ABB 公司 600MW 超临界燃煤机组，四台低压加热器端差均为 2.8℃;东芝 350MW 机组的四台低压加热器端差也为 2.8℃;国产优化引进型 300MW 机组最后三台低压热器均为 2.7℃。
图 3-2 疏水冷却器的设置
(二)疏水冷却段(器)及其热经济压力降产生热能贬值，又避免采用 疏水泵方式带来其他问题，可采用疏水冷却段(器)，如图 3-2 所示。
由于在普通加热器中疏水出口水温为蒸汽侧压力下对应的饱和水温，若将该水温降低后再排至压力较低的 j+1 级加热器中，则会减少对低压抽汽的排挤，同时本级也因更多地利用了疏水热能而产生高压抽汽减少、低压 抽汽增加的效果，因此采用疏水冷却段(器)可以减小疏水逐级自流带来的负面效果。
表 3-1
某 300MW 机组高压加热器的数据
按照等效热降的分析理论，对三台高压加热器的端差偏离设计值的热经济性进行了加工，结果见表 3-2。 表 3-2
某 300MW 机组高压加热器端差对热经济性的影响
由表 3-2 可知，该机组三台高压加热器的性能均达不到设计要求，而且与设计值偏差较大，高压加热器堵管数 量多，均超过或接近允许堵管率，导致上下端差大，疏水温度高。在高压加热器正常投运中，由于高压加热器性 能差距的影响，较之设计工况，热耗率上升了 0.868%，发电煤耗上升了 3.366g/(kW·h)。
设置疏水冷却段(器)没有像过热蒸汽冷却段那样的限制条件，因此目前 600MW 机组的所有加热器都设置 了疏水冷却段。设置疏水冷却段除了能提高热经济性外，对系统的安全运行也有好处。因为原来的疏水为饱和水， 当自流到压力较低的加热器时，经过节流降压后，疏水会产生蒸汽而形成两相流动，对管道下一级加热器产生冲 击、振动等不良后果，加装疏水冷却器后，这种可能性就降低了。对于高压加热器而言，加装疏水冷却段后，疏 水最后流入除氧器时，也将降低除氧器自生沸腾的可能性。
显然，端差 θ 越小，热经济性就越好。我们可以从两个方面来理解：一方面，如果加热器出口水温 twj 不变， 端差减小意味着 tsj 不需要原来的那样高，回热抽汽压力可以降低一些，回热抽汽做功比 Xr 增加，热经济性变好; 另一方面，如果加热蒸汽压力不变，tsj 不变，端差 θ 减小意味着出口水温 twj 升高，其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。例如一台大型机组全部高压加热器 的端差降低 1℃，机组热耗率就可降低约 0.06%。
3)加热器水位的影响。高压加热器在“基准”水位运行是保证加热器性能的最基本条件，当水位降低到一定程 度时，疏水冷却段水封丧失，蒸汽和疏水一起进入疏水冷却段，疏水得不到有效冷却，经济性降低;同时，水位 过低易造成疏水带汽，使本级疏水的汽液两相流大量窜入下一级加热器，排挤了下一级加热器的抽汽量，使高能 级抽汽变为低能级使用，造成机组的经济性大幅度降低。
式中 ηi——变化前汽轮机装置的效率;
η1——1 号高压加热器的抽汽效率;
H——变化前新蒸汽等效热降。
其他各加热器由于端差造成加热不足 Δτj，引起的煤耗相对变化率的计算按式(2-60)计算。
按照上述等效热降理论计算的该超临界机组加热器上、下端差与煤耗率相对变化量之间的关系见图 3-4 和 图 3-5。图中，加热器按抽汽压力从高到低编号。由图 3-4 和图 3-5 可知，在各个加热器端差偏离设计值的改 变值相同的情况下，煤耗值的改变有大有小，显示了对煤耗影响的各不相同，因此，根据实际情况对不同加热器 选择不同的加热器端差，在实际的应用中是非常必要的，也是提高运行管理水平的一个方面。
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称为下端差(入口端差，疏水端差，一般用符 号 表示)， =t′sj-twj+1，如图 3-2 所示。下端差一般推荐 =5～10℃。例如国产优化引进型 300MW 机组
——仅供参考
7 台表面式加热器下端差均为 5.5℃;石洞口二厂 600MW 超临界机组 7 台表面式加热器从高到低的下端差依次 为：5.8、5.7、5.7、5.7、5.8、5.7、5.7℃;国内设计及建设的 1000MW 超超临界机组，三台高压加热器的 下端差均为 5.6℃。
(四)高压加热器端差大的解决措施
在机组实际运行中，根据高压加热器端差大的具体表现形式，具体分析原因，提出详细的处理措施。一般应 对以下几个方面进行处理：
(1)高压加热器管系或管板泄漏是高压加热器运行中比较大的缺陷，应该作停机处理，制定详细的措施、步 骤和工艺。对加热器进行查漏、堵管、焊接，对泄漏严重、堵管率超过设计值的加热器，应更换最新设计的加热 器或铜管。
图 3-3 N300MW/16.67/537/537 热力系统
1—1 号高压加热器;2—2 号高压加热器;3—3 号高压加热器;4—除氧器;
5—5 号低压加热器;6—6 号低压加热器;7—7 号低压加热器;8—8 号低压加热器
(1)端差对热经济性的影响。该机组的原则性热力系统如图 3-3 所示。机组高压加热器的设计数据及运行数 据见表 3-1。由表 3-1 可知，该机组三台高压加热器端差、疏水端差、加热器温升都与设计值偏离较大，导致 机组的经济性下降。
2. 600MW 超临界机组加热器端差的热经济性分析
某 N600-24.2/566/566 型超临界机组，回热系统配置三台高压加热器、四台低压加热器和一台除氧器。 加热器端差对热经济性的影响分析如下：
各个加热器都有其端差设计值，考虑第 j 级加热器，当其运行端差偏离设计值 Δt 时，该变化造成的影响可 以认为是第 j 级加热器在运行中出现的给水加热不足 Δτj。按照等效热降的分析理论，当第一级高压加热器(即抽 汽压力最高的加热器)出现加热不足 Δτ1 时，会减少本段的抽汽量，使新蒸汽的做功增加 Δτ1η1，同时由于给水 加热终温降低，循环吸热量增加 Δτ1，此时加热器端差与装置效率的相对变化率(也即煤耗相对变化率)为
(三)加热器端差对机组热经济性影响分析实例
若加热器的端差在增大，将造成该加热器的出口水温度降低，造成给水吸热量减少，相应的抽汽量减少，同 时下一级(压力更高)加热器的进口水温度降低，抽汽量增加，使高品位的抽汽量增加，机组的热经济性下降。因 此，在运行中，应注意监视加热器的端差。以下通过实例计算对加热器端差对机组热经济性的影响作定量分析。
疏水冷却装置分内置式和外置式两种。内置式是在加热器内隔离出一部分加热面积，使汽侧疏水先流经该段 加热面，降低疏水温度和焓值后再自流到较低压力的加热器中，通常将之称为疏水冷却段。外置式疏水冷却器实 际上是一个独立的水-水换热器，如图 3-2 所示。借用主水流管道上孔板造成的压差，使部分主水流流入疏水冷 却器吸收疏水的热量。疏水的温度和焓值降低后流入下一级加热器中。
4)管束表面污垢。加热器长期运行后，会在管子内外表面形成以氧化铁为主的污垢，降低了传热效果，增 加压力损失，使高压加热器出口温度降低，造成高压加热器给水端差大。
5)空气积聚使传热效率降低。加热器中不凝结气体的来源是加热器停用、检修时滞留在加热器壳侧和水侧 的空气，以及抽汽或疏水带入或析出的不凝结气体。不凝结气体的存在降低了传热效果，增大了加热器的端差。
近几年来，一些大型机组，如国产优化引进型 300MW 机组、600MW 机组、进口机组完全采用疏水逐级 自流方式，且疏水最后汇于热经济性略好的热井中，此时应以确保凝结水泵安全运行来校核热井中净压水头高度 是否满足要求。这些机组首要考虑的就是系统简单、安全可靠。更有的将最低压力的低压加热器的疏水冷却段也 取消了，如北仓港电厂 2 号机压力最低的两台低压加热器就只有冷凝段，没有疏水冷却段。因为此处的抽汽压 力较低，疏水的温度与主凝结水的温度差已比较小，设置疏水冷却段的实际意义已不大。
1. 300MW 机组高压加热器端差分析
高压加热器端差过大对机组的热耗影响很大，直接影响到机组的发电煤耗。国内很多机组，如 125MW 机 组、200MW 机组、300MW 机组都存在加热器端差过大的问题。以山东省某电厂 N300MW/16.67/537/537 机组为例，分析高压加热器端差对机组热经济性的影响。
一、加热器端差 ?? ??
(一)加热器端差的定义
表面式加热器的端差，有时也称为上端差(出口端差)，若不特别注明，通常都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。图 3-1 所示，加热蒸汽以过热状态 1 进入加热器筒体，放热过程中温度下降、 冷凝至汽侧压力 P′j 下对应的饱和状态 2，以疏水温度 tsj 离开加热器，而给水或凝结水则以温度为 twj+1 的状态 点 a 进入加热器水侧，吸热升温后以温度为 twj 的状态点 b 离开。由于金属管壁传热热阻的存在及结构布置的原 因，普通的表面式回热加热器的 twj 比 tsj 要小，通常用 θ=tsj-twj 代表加热器的端差。