05第五章 - 汽轮机抽汽系统解析

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第1章

1.1. 概述

汽轮机抽汽回热系统

在蒸汽热力循环中，通常要从汽轮机数个中间级抽出一部分蒸汽，送到给水加热器中用于锅炉给水的加热（即抽汽回热系统）以及用于各种厂用汽如给水泵汽轮机用汽等。 抽汽回热系统是原则性热力系统最基本的组成部分，采用抽汽加热锅炉给水的目的在于减少冷源损失，即避免了蒸汽的热量被循环冷却水带走，使蒸汽热量得到充分利用，热耗率下降；同时提高了给水温度，减少了锅炉受热面的传热温差，从而减少了给水加热过程的不可逆损失。综合以上原因，抽汽回热系统提高了循环热效率，因此抽汽回热系统的正常投运对提高机组的热经济性具有决定性的影响。

理论上抽汽回热的级数越多，汽轮机的热循环过程就越接近卡诺循环，汽热循环效率就越高。但回热抽汽的级数受投资和场地的制约，不可能设置的很多，而随着级数的增加，热效率的相对增长随之减少，相对得益不多，因此，600MW机组的加热级数一般为7～8级。 给水回热总加热量在各级中的分配是在一定的给水温度和一定级数的条件下，使循环热效率最高为原则，由此对应的各级抽汽回热参数，即为最有利分配的参数，抽汽参数的安排应当是：高品味（高焓、低熵）处的蒸汽少抽，而低品味（低焓、高熵）处的蒸汽则尽可能多抽。确定了分配方式，也就确定了汽轮机的抽汽点，通常，用于高压加热器和除氧器的抽汽由高、中压缸或它们的排汽管引出，而用于低压加热器的抽汽由低压缸引出。

对于加热器的性能要求，可归结为尽可能地缩小进入加热器的蒸汽饱和温度与加热器出口给水（凝结水）温度之间的差值，我们称之为给水（凝结水）端差，为实现这一目的，目前主要通过两种途径。一种途径是采用混合式加热器，从汽轮机抽来的蒸汽在加热器内和进入加热器的给水（凝结水）直接混合，蒸汽凝结成水，其汽化潜热释放到水中，压力温度相同，端差为0，但这种方式需设置水泵为给水（凝结水）提供压力，使其与相应段的抽汽压力一致，这就会消耗一定的能源，除氧器即是一种混合式加热器。另一种途径是采用表面式加热器，在结构上采取必要措施，尽量提高加热器的效果。

抽汽回热系统是原则性热力系统最基本的组成部分，我公司的原则性热力系统主要由下列各局部热力系统组成：连接锅炉、汽轮机的主、再热蒸汽管道；抽汽回热系统；主凝结水系统；除氧器和给水泵的连接系统；补充水系统等。对抽汽回热系统而言，习惯上，以除氧器为分界，把除氧器范围内的输入输出系统称为除氧器系统；除氧器以后，至进入锅炉省煤器的给水加热系统称为高压回热加热系统；凝汽器输出至除氧器的凝结水系统，称为低压回热加热系统。

我公司原则性热力系统图见图5－1

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AKA锅炉高压缸KCB中压缸低压缸CKKE给水泵汽轮机LB给水箱轴封加热器DK＃５低加＃６低加＃７低加＃８低加B.F.P.T凝结水泵EK 凝汽器4.90KPa发电机＃１高加＃２高加＃３高加给水泵图7-1 原则性热力系统图LCS S RED

1.2. 抽汽系统组成

汽轮机共设八段非调整抽汽，第一段抽汽引自高压缸，在全机第6级后，供#1高加；第二段抽汽引自高压缸排汽，即全机第8级后，供给#2高加、给水泵汽轮机及辅汽系统的备用汽源，第三段抽汽引自中压缸，在全机第11级后，供给#3高加；第四段抽汽引自中压缸排汽，在全机第14级后，供给除氧器、给水泵汽轮机、辅汽系统；第五至第八段抽汽均引自低压缸A和低压缸B，第五段抽汽引自全机第16级后，供给#5号低加；第六段抽汽引自全机第17级后，供给#6低加；第七段抽汽引自全机第18级后，引自低压缸A的抽汽供给#7A低加，引自低压缸B的抽汽供给#7B低加；第八段抽汽引自全机第19级后，引自低压缸A的抽汽供给供给#8A，引自低压缸B的抽汽供给#8B低加。 表5－1 不同工况下各级抽汽参数

抽汽级数 项目 VWO TMCR TRL THA 30%THA50%THA75%THA（定压） 72215 4.926 320.6 98173 3.378 274.0 （定压） （定压） 第一级 （至#1高加） 流量kg/h 138380 压力MPa 温度℃ 第二级 （至#2高加） 7.473 359.6 128369 7.129 354.1 162364 4.807 302.5 132685 7.090 353.5 167650 4.767 301.6 116081 6.689 347.1 149044 4.527 296.6 22710 2.158 280.7 34685 1.485 237.9 39725 3.290 293.2 57242 2.283 250.3 流量kg/h 172883 压力MPa 温度℃ 5.023 307.0 第 2 页 共 12 页

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抽汽级数 项目 VWO TMCR TRL THA 30%THA50%THA75%THA（定压） 45438 1.639 470.6 59442 0.928 370.5 71781 0.928 370.5 32629 0.289 239.4 33028 0.157 173.5 36223 0.077 106.6 44342 0.031 （定压） （定压） 第三级 （至#3高加） 流量kg/h 压力MPa 温度℃ 第四级 （至除氧器） 流量kg/h 压力MPa 温度℃ 第四级 （至给水泵汽轮机） 温度℃ 第四级 （至厂用汽） 流量kg/h 压力MPa 温度℃ 第五级 （至#5低加） 流量kg/h 压力MPa 温度℃ 第六级 （至#6低加） 流量kg/h 压力MPa 温度℃ 第七级 （至#7低加） 流量kg/h 压力MPa 温度℃ 第八级 （至#8低加） 流量kg/h 压力MPa 367.6 53449 0.424 236.3 52690 0.230 170.8 59082 0.114 105.2 83184 0.045 368.1 50587 0.406 236.8 49973 0.220 171.2 5596.3 0.109 105.4 77701 0.043 365.8 51903 0.395 234.6 51118 0.214 169.1 55413 0.106 103.7 44590 0.043 368.7 50000 46919 0.384 237.4 46548 0.208 171.7 51959 0.103 105.8 70775 0.040 330.0 12549 0.115 206.2 12860 0.063 144.1 13906 0.031 81.7 6563 0.013 371.3 20206 0.196 240.5 21033 0.107 174.5 22374 0.052 106.4 22034 0.021 78873 2.422 468.6 99324 1.219 367.6 74170 2.312 469.1 93844 1.168 368.1 99773 1.168 77467 2.289 468.3 96377 1.138 365.8 114454 1.138 68235 2.186 469.4 86791 1.102 368.7 93694 1.102 10178 0.717 438.0 20835 0.330 330.0 83254 0.330 25664 1.112 471.8 35866 0.559 371.3 57240 0.559 流量kg/h 104307 压力MPa 1.219 第 3 页 共 12 页

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抽汽级数 项目 VWO TMCR TRL THA 30%THA50%THA75%THA（定压） 69.8 （定压） （定压） 温度℃ 78.5 77.5 77.6 76.2 51.1 61.4 除第七、八段抽汽外，各抽汽管道均装设有气动逆止阀和电动截止阀，前者作为防止汽轮机超速的一级保护，同时也作为防止汽轮机进水的辅助保护措施；后者是作为防止汽轮机进水的隔离措施。由于四抽连接到辅汽联箱、除氧器和给水泵汽轮机等，用户多且管道容积大，管道上设置两道逆止阀。四段抽汽各用汽点的管道上亦设置了一个气动逆止阀和电动截止阀。

抽汽在表面式加热器中放热后的疏水，采用逐级自流方式。#1高加疏水借压力差自流入#2高加，#2高加的疏水自流入#3高加，#3高加的疏水流向除氧器。低压加热器逐级自流后，最后由#8低加流向凝汽器。由于各级加热器均设有疏水冷却段，可将抽汽的凝结水在疏水冷却段内进一步冷却，使疏水的温度低于其饱和温度，防止疏水的汽化对下级加热器抽汽的排挤。

为防止因加热器故障或失效引起事故扩大，每一加热器均设有保护系统，其基本任务是防止因加热器原因引起的汽轮机进水、加热器爆破和锅炉断水事故。具有异常水位保护、超压保护和给水旁路联动操作的功能。加热器的保护装置一般有如下几个：水位计，事故疏水门，给水自动旁路，抽汽电动截止门、抽汽逆止门联动关闭装置，汽侧及水侧安全门等。对于#7、#8低加，蒸汽入口处设置防闪蒸的挡板。

此外，轴封漏汽、门杆漏汽进入轴封冷却器，其疏水排入凝汽器。 1.2.1.

高压加热器

为了减小端差，提高表面式加热器的热经济性，现代大型机组的高压加热器和少量低压加热器采用了联合式表面加热器。该加热器由三部分组成：

（1）过热蒸汽冷却段 只利用加热蒸汽的过热度，在该加热器中，不允许加热蒸汽被冷却到饱和温度，因为达到该温度时，管外壁回形成水膜，使加热器的过热度被水膜吸附而消失，能位得不到利用，在此段的蒸汽都保留有剩余的过热度，被加热水的出口温度接近或略低于加热蒸汽压力下的饱和温度。

（2）凝结段 加热蒸汽在此段中是凝结放热，其出口的凝结水温是加热蒸汽压力下的饱和温度，因此被加热水的出口温度，低于该饱和温度。

（3）疏水冷却段 设置该冷却器的作用，是使凝结段来的疏水进一步冷却，使进入凝结段前的被加热水温得到提高，其结果一方面使本级抽汽量有所减少，另一方面，由于流入下一级得疏水温度降低，从而降低本级疏水对下降抽汽的排挤，提高了系统的热经济性。实现疏水冷却的基本条件，是被冷却水必须浸泡在受热面中，是一种水－水热交换器，该段加热器出口的疏水温度，低于加热蒸汽压力下的饱和温度。

一个加热器中含有上面三部分中的两段或全部。一般认为蒸汽的过热度超过50℃～70℃时，采用过热蒸汽冷却段比较有利，因此低压加热器采用过热蒸汽冷却段的很少，只有后两段的加热器，其端差则较大。

我公司选用上海动力设备有限公司提供的JG-2490-1-3、JG-2460-1-2和JG-1520-1-1型高压加热器。为卧式表面凝结、U型换热器，采用三台高压加热器大旁路配置。

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高压加热器的基本结构如图5-2所示

3675489101117152114131216141881－给水入口；2-人孔；3－给水出口；4-水室分流隔板；5－水室；6－管板；7－蒸汽入口；8－防冲板；9-过热蒸汽冷却段；10-凝结段；11－管束；12-疏水冷却段；13-正常疏水；14-支座；15-上级疏水入口; 16- 疏水冷却段密封件; 17- 管子支撑板；18- 事故疏水图7-2 高压加热器的结构

由钢管组成的U型管束放在圆筒形加热器壳体内，并以专门的骨架固定。管子胀接在管板上。被加热的水经连接管进入水室一侧，经U形管束之后，从水室另一侧的管口流出。加热蒸汽从外壳上部管口进入加热器的汽侧。借导流板的作用，汽流曲折流动，与管子的外壁接触，经凝结放热加热管内的给水。为防止蒸汽进入加热器时冲刷损坏管束，在其进口处设置有防冲板。加热蒸汽的凝结水（疏水）汇集于加热器的底部，采用疏水器及时排走。

三台高加均配有疏水冷却段、凝结段，蒸汽冷却段。

高压给水加热器内有合适的水容积，用于疏水水位的控制，并确保在所有运行工况下，疏水冷却段的管束均淹没在疏水中。同时在适当控制疏水水量的前提下，使加热器内积水的表面积暴露最小，以便减少在汽机甩负荷时疏水扩容后倒入汽机。

在启动过程和机组连续运行工况中，为去除集聚在蒸汽死区的非凝结气体，在加热器内装有排气接管和内部挡板，其排气量按进入加热器汽量的0.5%设计，管内径足够大，满足排气要求。启动排气接管与连续运行所需的排气接管分开布置。

高压给水加热器装有自密封型的人孔盖。自密封装置有密封座、密封环、均压四合圈组成，当水室充高压水后，该结构能使密封座紧紧压在水室槽内的均压四合环上，完全达到了自密封的效果，压力愈高，密封性能愈好。

高压加热器汽侧和水侧均装设泄压阀，汽侧泄压阀的最小排放容量为10％的给水流量。 用于连续水位测量配供单室平衡容器，就地指示水位表采用磁翻转式，并配有磁动开关。 表5－2 高压加热器主要技术规范

型式 单位 #1高加 #2高加 卧式、U形管 #3高加 第 5 页 共 12 页

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型号 数量 旁路型式 蒸汽冷却段 有效表面积 凝结段 疏水冷却段 管侧压力降 设计压力 加热器壳侧 设计温度 试验压力 设计压力 加热器管侧 设计温度 试验压力 给水端差 疏水端差 净重 运行荷重 充水荷重 管子数量 管子尺寸/壁厚 加热器管侧流程 壳体最大外径及壁厚 最大总长 单位 台 #1高加 JG-2490-1-3 1 大旁路 288 #2高加 JG-2460-1-2 1 #3高加 JG-1520-1-1 1 248.3 1851.7 360 0.084 5.55 350/300 8.325 34 300 51 0 5.6 108300 116328 132395 2788 Φ16×2.5 双流程 127.6 1057.7 334.7 0.061 2.80 510/258 4.2 34 258 51 0 5.6 76944 83632 91117 2673 Φ16×2.5 m 22058.6 143.4 MPa MPa ℃ MPa MPa ℃ MPa ℃ ℃ kg kg kg 根 mm mm m 0.079 8.22 400/325 12.33 34 325 51 -1.7 5.6 127464 135636 148200 2906 Φ16×2.5 Φ2280×90 ～11.43 Φ2220×60 ～12.93 Φ2180×40 ～9.25 第 6 页 共 12 页

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管子与管板的连接方式 水室与管板的连接方式 单位 #1高加 #2高加 焊接胀接 #3高加 焊接 在汽机最大连续出力（T-MCR）工况下 流量 进口压力 进口温度 给水 进口热焓 出口温度 出口热焓 流量 进口压力 抽汽 进口温度 进口热焓 疏水来源 进入加热器的疏水 流量 温度 热焓 流量 排出加热器的疏水 温度 热焓 1.2.2.

低压加热器

℃ KJ/kg t/h ℃ KJ/kg t/h ℃ KJ/kg 354.1 3027.9 128.369 265.2 1160.4 302.5 2940.7 1号高加 128.369 265.2 1160.4 290.734 224.0 962.8 469.1 3395.6 2号高加 290.734 224.0 962.8 364.904 196.0 834.9 KJ/kg ℃ KJ/kg t/h MPa 1132.9 286.7 1261.9 128.369 6.915 946.6 259.6 1132.9 162.364 4.663 824.4 218.4 946.6 74.17 2.249 t/h MPa ℃ 1859.25 ～29.7 259.6 1859.25 ～29.7 218.4 1859.25 ～29.7 190.4 #5～#8号低加采用东方汽轮机厂生产的卧式壳管表面式、U型加热器，管材采用不锈钢。低压加热器与高压加热器的基本结构相同，主要区别在于没有过热蒸汽冷却区，只有凝结段和疏冷段。因其压力较低，故其结构比高压加热器简单一些，管板和壳体的厚度也薄一些。管材均采用不锈钢材料，在所有加热器的疏水、蒸汽进口设有保护管子的不锈钢缓冲挡板。

下图为低压加热器的结构示意图

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1211910786324141315151-凝结水入口; 2-人孔; 3-给水出口; 4-事故疏水; 5-水室; 6-管板; 7-蒸汽入口; 8-防冲板; 9-凝结段; 10-管束; 11-上级疏水入口; 12-管子支撑板; 13-疏水段; 14-疏水冷却段密封件; 15-疏水出口 图 7-3 低压加热器结构示意图

其中#7A和#8A低压加热器合并而成一个同壳加热器安装在高压凝汽器的颈部，#7B和#8B 低压加热器合并而成一个同壳加热器安装在低压凝汽器的颈部，该低压加热器由壳体、管系、水室等部分组成，低压加热器壳体内设有一垂直的大分隔板将低压加热器分隔为左右互不相通的两个腔室，#7A/B、#8A/B低压加热器的管系就分别装在这两个腔室内。管系分别由支撑板支撑，并引导蒸汽沿管系流动，各管系内的疏水冷却段由包壳密封，以保证疏水畅通流动，凝结水从＃８低加水室进口进入管系进行加热后，流入出口水室，在水室转向后进入＃7低加管系，经＃7低加管系的升温后再进入水室，最后从水侧出口管离开低压加热器到上一级低压加热器。

下图为#7、#8同壳加热器侧视图

13121165 1- #8低加； 2- #8低加疏水出口； 3- 凝结水进口； 4- #8低加抽空气出口； 5- #8低加蒸汽进口； 6- #8低加汽侧放气门； 7- #8低加汽侧放水门；8- #7低加；9- #7低加疏水出口；10- #7低加抽空气出口；11- 凝结水出口；12- #7低加蒸汽进口；13- #7低加汽侧放气门；14- #7低加汽侧放水门；15- 中间隔板1510814391472图7-4 #7、#8同壳加热器侧视图

装设在凝汽器颈部是因为该两段抽汽流量大，压力低，蒸汽的比容很大，如果加热器布置在凝汽器外面，需要引出很大的抽汽管，在管道布置、保温层的铺设、安装上都存在难度，而布置在凝汽器喉部，则可节省空间、利于布置。同时由于以上原因且蒸汽压力较低，该两段抽汽出口没装逆止阀和截止阀，为防止蒸汽倒入汽机，在加热器蒸汽入口设有防闪蒸的挡板，当汽机跳闸时，可防止过多的蒸汽倒入汽轮机。

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凝结水旁路采用大小旁路相结合的方式；其中5#、6#低压加热器采用小旁路，5#、6#低压加热器可单独解列；合体低压加热器（＃7A、＃8A）与合体低压加热器（＃7B、＃8B）共用一个大旁路，＃7A、＃8A或＃7B、＃8B合体低压加热器能单独解列。

低压加热器正常疏水采用逐级自流的方式，即＃5低压加热器疏水流到＃6低压加热器，然后进入＃7低压加热器，再进入＃8低压加热器，最后疏水经8#低压加热器进入凝汽器。 每个低压加热器均设置事故疏水管路，在事故情况或低负荷工况时，疏水可直接进入凝汽器。 每个低压加热器配有2个双室平衡容器，低压加热器水位的变化由平衡容器输出，经差压变送器转变为4～20mA的电信号进DCS，由DCS控制低压加热器疏水调节阀的开度，以控制低压加热器的水位在正常的水位波动范围内，同时每个低压加热器配一个磁翻板液位计，可就地显示低加水位变化，并配有磁动开关，输出4～20mA的电信号供远传，可作为报警信号用。下图为低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图 图5-5 低加磁翻板式液位计、平衡容器连接示意图 表5－3 低压加热器主要技术规范 项目 加热器数量 型号 加热器型式 单位 #5低加 1 #6低加 1 #7低加 2 #8低加 2 JD-1100-Ⅳ JD-1100-III JD-1650-I、JD-1650-II 卧式U型 第 9 页 共 12 页 汽机培训教材 C版

项目 加热器布置 壳体最大外径及壁厚 最大总长 加热器管侧流程 管子与管板的连接方式 管板与水室连接方式 管子数量 管子尺寸/壁厚* 单位 mm m 根 mm #5低加 #6低加 #7低加 #8低加 单列 φ1632x16 11.35 11.6 双流程 胀焊 焊接 1269 φ16x0.9 1030/70 0.08 0.008 1000/100 0.08 0.008 0.6 265 0.93 200 0.81 4.0 170 5.0 2.8 5.6 25000 33000 25200 150 双列 φ1832x16 16.5 730 有效表面积（凝结/疏冷段） m2 管侧压力降 压力降 壳体压力降 加热器壳侧 设计压力 设计温度 试验压力 加热器管侧 设计压力 设计温度 试验压力 给水端差 疏水端差 净重 运行荷重 MPa MPa ℃ MPa MPa ℃ MPa ℃ ℃ kg kg MPa 2×580/100 2×754/216 0.08 0.01 0.1 0.013 150 0.75 46900 55000 * 每只加热器的外围管束（正对蒸汽流的）采用更厚一些的管子。 1.3. 系统运行和维护

抽汽回热系统的正常投运与否，对电厂的安全、负荷率、经济性影响很大。在实际运行

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