某電廠2×1000MW級機組工程熱力系統之高壓加熱器選型

王麗花

廣東省電力設計研究院機務環保部

概 述

隨著主機參數和容量的提高，機組配套輔機的參數、容量將有不同程度的提升。與常規亞臨界或超臨界600MW機組的配套輔機相比，1000MW超超臨界機組輔機的設計參數較前者具有更高參數和更大容量的特點，其設備結構、配置方式和布置形式均有所不同。在保證機組運行安全可靠的前提下，對系統進行合理優化，力求簡單實用、合理減少備用設備和容量，降低投資及設備的國產化，貫徹項目建設的優化要求，是本論文研究的重點。

1 高壓加熱器的選擇

高壓加熱器是電廠回熱系統的重要輔機之一，布置在給水泵和鍋爐之間，利用汽輪機高中壓缸的抽汽加熱給水，提高機組熱效率并滿足鍋爐各種工況下省煤器進口溫度參數要求。

高壓加熱器按布置形式劃分，可分為立式和臥式兩種。臥式具有結構簡單、布置合理、檢修維護方便和疏水容積大的優點，且解決了順置立式加熱器傳熱管內積水無法排出和抽芯不方便；倒置立式加熱器疏水容積較小，水位控制較困難的問題。因此，國內300MW以上機組高壓加熱器多采用臥式加熱器。

根據國內設備廠的設計和加工水平分析，一般來講，容量為600MW及以下的機組，其高壓加熱器采用單列配置。而對于大容量的百萬千瓦級機組，目前國內有雙列形式(2×50%容量)和單列形式(100%容量)兩種配置方式。對于采用單列100%容量的高加，雖然隨著設計壓力的提高和設備筒體直徑的增大，與600MW超臨界機組高壓加熱器相比，1000MW超超臨界機組高壓加熱器制造工藝要求更高，特別是高加的球形水室、管板厚度隨機組參數和容量的提高而加大、加厚，但是隨著近年國內制造廠設計加工能力的不斷提高，有一些制造廠也已經具備了生產能力，如上海動力設備有限公司已經取得百萬機組項目運行業績(外高橋三期項目),而且高加管側設計參數39MPa/310℃，殼側設計參數9.39MPa/444℃，完全涵蓋了國內三大動力設備制造集團提供的百萬機組熱平衡圖中高加的相關設計參數。

為簡化高壓給水系統，更有利系統的安全運行，目前，高加一般都采用大旁路系統。隨著國內制造廠對于大容量、高參數加熱器生產能力的進一步提高，單列型式的優勢表現得越來越明顯，采用單列高加，對于高壓給水系統而言，簡化了原百萬等級高加雙列系統的布置，各種儀表和高加配套件的數量減少了一半，減少了給水管道的數量，減少了管路阻力損失和設備維護工作量，節省電廠的廠房用地，且運行操作方便、廠房投資顯著下降，而且有利于其他輔助設備的靈活布置（例如給水泵組等）。

在國內已經進行設備招標、建設、運行的十幾個1000MW超超臨界項目中，雖多采用雙列高加的配置方式，但近來有越來越多的項目開始采用單列高加，而且歐洲600MW級以上的超臨界和超超臨界機組大多配置單臺容量為100%（單列）高加。

經過咨詢，采用單列形式與雙列形式的設備投資價格相差不多，采用單列高加，由于管徑加大，給水大旁路投資費用較高(比雙列高加2套給水大旁路投資總價增加8%～12%)，與節省一定數量的高壓給水管道的費用差不多，因此，單列形式與雙列形式系統總投資差不多，但單列形式明顯減少了主廠房用地。

上海動力設備有限公司根據上海汽輪機廠典型熱平衡參數，設計的雙列(2×50%容量)和單列(100%容量)高壓加熱器的參數如下表：

表1 雙列(2×50%容量)高壓加熱器參數表

表2 單列(100%容量)高壓加熱器參數表

對于目前常規的主廠房方案的布置尺寸，雙列形式(2×50%容量)和單列形式(100%容量)均能合理布置。

綜合上述因素，推薦采用單列形式(1×100%容量)的高壓加熱器。

2 高壓加熱器水側旁路的選擇

高壓加熱器水側旁路是在加熱器發生故障或嚴重泄漏而發生殼側滿水時，必須將加熱器從系統中隔離出來，且保證機組正常供水。

高壓加熱器水側旁路分小旁路和大旁路兩種。小旁路是指為每一臺加熱器設置一個專用旁路。當某一臺高壓加熱器因故障從系統中隔離后，給水可經旁路通過，其他加熱器仍能正常工作，因而對機、爐的運行經濟性和安全性影響不大，其缺點是除旁路管道外，還要為每臺加熱器配至少3只隔離閥門，設備投資大，系統復雜。大旁路指一組加熱器(2臺或以上)設置1個公用的旁路。當有一臺加熱器發生故障時，其他幾臺加熱器需一起從系統中隔離，相應的汽輪機抽汽全部停用，鍋爐給水溫度大幅度下降，因而對機、爐運行經濟性和安全性有重大影響。其優點是系統簡單、隔離閥門少，投資節省。特別對于1000MW超超臨界機組，由于容量大，參數高，要求隔離閥門的口徑大，單個閥門費用很高。

高壓加熱器采用大旁路還是小旁路，主要取決于高壓加熱器的可靠性。可靠性高，則使用旁路的機會少。根據設備制造廠的統計數據及電廠實際運行結果，高壓加熱器一般運行10年以上才有可能進行大修(換管)。從技術經濟角度考慮，采用大旁路是合算的。從“經濟適用、系統簡單、安全可靠”的設計原則出發，推薦高壓加熱器水側采用大旁路，即3臺全容量高加設置一個可快速切換的100%給水旁路。