【正文】 9 加熱器端差的定量分析…………………………………………………………19 計(jì)算結(jié)果的分析………………………………………………………………………235 回?zé)峒訜崞鞫瞬钤龃蟮脑蚍治黾案倪M(jìn)措施……………………………………………25 5．1 回?zé)峒訜崞鞫瞬钤龃蟮脑蚍治觥?25 5．2 降低回?zé)峒訜崞鞫瞬畹母倪M(jìn)措施………………………………………………… 266 結(jié)論 ……………………………………………………………………………………… 28參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………… 29附錄…………………………………………………………………………………………… 31附錄1：英文文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………31附錄2：中文譯文 ……………………………………………………………………………351 前 言 我國(guó)的能源現(xiàn)狀和節(jié)能意義現(xiàn)如今全球能源供應(yīng)日趨緊張，而我國(guó)更是如此，電能作為我國(guó)日常能源供應(yīng)的主要能源，其消耗量非常大，并且目前我國(guó)電力行業(yè)形勢(shì)嚴(yán)峻，特別是在用電高峰期電力供應(yīng)明顯不足，因此電力生產(chǎn)中的節(jié)能具有非常現(xiàn)實(shí)的意義，而我國(guó)以火力發(fā)電為主，%，因此如何進(jìn)行火電機(jī)組的節(jié)能，提高火電機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性尤為重要。給水回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)是原則性熱力系統(tǒng)最基本的組成部分，采用蒸汽加熱鍋爐給水的目的在于減少冷源損失，一定量的蒸汽作了部分功后不再至凝汽器中向空氣放熱，即避免了蒸汽的熱量被空氣帶走，使蒸汽熱量得到充分利用，熱耗率下降，同時(shí)由于利用了在汽輪機(jī)作過(guò)部分功的蒸汽加熱給水，提高了給水溫度，減小了鍋爐受熱面的傳熱溫差，從而減少了給水加熱過(guò)程中的不可逆損失，在鍋爐中的吸熱量也相應(yīng)減少。 （2）對(duì)于鍋爐來(lái)說(shuō)，因給水溫度提高，鍋爐熱負(fù)荷降低，因此爐內(nèi)換熱面積減少，節(jié)約了鋼材用量。高低壓加熱器是火電機(jī)組熱力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，其工作狀況直接影響到電廠的熱經(jīng)濟(jì)性，而影響高低壓加熱器工作狀況的因素有很多，本文將只從加熱器端差的角度分析加熱器端差對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，以尋求一條節(jié)能的途徑。2 給水回?zé)峒訜崞? 給水回?zé)峒訜崞鞯姆诸惡徒Y(jié)構(gòu) 加熱器的分類回?zé)峒訜崞魇侵笍钠啓C(jī)的某些中間級(jí)抽出部分蒸汽來(lái)加熱凝結(jié)水或鍋爐給水，以提高熱經(jīng)濟(jì)性的換熱設(shè)備。而根據(jù)水側(cè)的布置和流動(dòng)方向的不同，表面式加熱器又可分為立式和臥式兩種，其中立式加熱器又可分為順置式與倒置式。為了提高回?zé)嵝?，更有效地利用抽汽的過(guò)熱度，加強(qiáng)對(duì)疏水的冷卻，高參數(shù)大容量機(jī)組的高壓加熱器，甚至部分低壓加熱器又把傳熱面分為蒸汽冷卻段、凝結(jié)段和疏水冷卻段三部分。 混合式加熱器和表面式加熱器的優(yōu)缺點(diǎn)比較混合式加熱器的優(yōu)點(diǎn):可將水直接加熱到蒸汽壓力下的飽和溫度，無(wú)端差，熱經(jīng)濟(jì)性高，它沒(méi)有金屬受熱面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，而且便于匯集不同溫度的汽水，并能除去水中含有的氣體。（4）如果單獨(dú)由混合式加熱器組成回?zé)嵯到y(tǒng)投入實(shí)際運(yùn)行，其廠用電量將大大增加，經(jīng)濟(jì)性反而降低。常用的表面式加熱器為管殼式加熱器。加熱器運(yùn)行中應(yīng)保持正常水位。為防止蒸汽從空氣管進(jìn)入下一級(jí)加熱器，在空氣管上均裝有適當(dāng)?shù)墓?jié)流墊。 加熱器內(nèi)積存空氣，同樣會(huì)影響傳熱效果，因?yàn)檫@些空氣會(huì)在管束表面形成氣膜，使熱阻增大，嚴(yán)重的阻礙了加熱器的熱傳導(dǎo)，降低了加熱器的換熱效率。運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)加熱器端差增大時(shí)，可以從以下幾個(gè)方面分析：（1）加熱器受熱面結(jié)垢，使傳熱惡化。（5）旁路門漏水或水室隔板不嚴(yán)使水短路。因此，各汽輪機(jī)制造廠家對(duì)回?zé)嵯到y(tǒng)停運(yùn)后的汽輪機(jī)組的帶負(fù)荷情況均有明確的限制，機(jī)組運(yùn)行中必須按其要求嚴(yán)格控制負(fù)荷，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。高壓加熱器正常運(yùn)行中，要保持水位正常，嚴(yán)禁無(wú)水位和高水位運(yùn)行，水位自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置應(yīng)正常。高壓加熱器水位過(guò)高，使管束換熱面積減小，給水溫度下降，影響回?zé)峤?jīng)濟(jì)性；容易造成保護(hù)動(dòng)作，而且一旦保護(hù)失靈，汽輪機(jī)將有進(jìn)水的可能。定期記錄高壓加熱器的出入口溫度和抽汽壓力。如果發(fā)現(xiàn)兩者的壓力差增加，則說(shuō)明進(jìn)汽被節(jié)流；如汽側(cè)壓力等于或高于抽汽壓力，則說(shuō)明水位過(guò)高。 高壓加熱器的停運(yùn)高壓加熱器的停運(yùn)可分為隨機(jī)停運(yùn)，帶負(fù)荷停運(yùn)和事故停運(yùn)。因此，停用某加熱器時(shí)，為保證相應(yīng)抽汽段以后汽輪機(jī)的各級(jí)不過(guò)負(fù)荷，應(yīng)該根據(jù)機(jī)組的具體情況減少負(fù)荷。而在機(jī)組投運(yùn)后，由于各種原因，除氧器的抽汽點(diǎn)參數(shù)有時(shí)偏離設(shè)計(jì)值，甚至比設(shè)計(jì)值低得多。 回?zé)嵯到y(tǒng)的影響因素汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)主要是由高壓加熱器、低壓加熱器、除氧器和各種水泵及相關(guān)管道所構(gòu)成，而回?zé)峒訜崞魇瞧啓C(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的核心組成構(gòu)件，其運(yùn)行狀況直接影響到回?zé)嵯到y(tǒng)乃至整個(gè)熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性，主要表現(xiàn)在加熱器端差（包括運(yùn)行中的加熱不足）、壓損、散熱損失、切除加熱器和給水部分旁路等因素對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的影響，在這些因素中，加熱器端差的大小是反應(yīng)加熱器性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)，端差越小，則加熱器的熱經(jīng)濟(jì)性越高。在設(shè)計(jì)中有技術(shù)經(jīng)濟(jì)選定的端差，在運(yùn)行設(shè)備 中，由于各種原因產(chǎn)生給水加熱不足謂之運(yùn)行端差。端差的存在和變化，雖沒(méi)有發(fā)生直接的明顯的熱損失，但卻增加了熱交換的不可逆性，產(chǎn)生了額外的冷源損失，降低了裝置的熱經(jīng)濟(jì)性。因而定量分析加熱器端差對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響，對(duì)熱力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化、節(jié)能改造、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行管理有重要的意義。由于它拋棄了常規(guī)熱平衡計(jì)算的缺點(diǎn)，無(wú)需全部重新計(jì)算便能查明系統(tǒng)變化的經(jīng)濟(jì)性，即可用局部運(yùn)算替代整個(gè)熱力系統(tǒng)的復(fù)雜計(jì)算，因而當(dāng)用于熱力系統(tǒng)局部定量分析時(shí)，等效熱降法簡(jiǎn)捷而準(zhǔn)確，且與一般熱力學(xué)分析結(jié)果完全一致。 （1）等效熱降：指回?zé)岢槠狡啓C(jī)lkg新蒸汽的作功，等效于kg新蒸汽直達(dá)冷凝器的熱降。各抽汽等效熱降計(jì)算出后，按做功與加入熱量之比，可得出相應(yīng)的抽汽效率： 式中 —取或者，根據(jù)加熱器型式而定； —1kg給水在加熱器j中的焓升； —1kg疏水在加熱器j中的放熱量； —加熱器j后更低壓力抽汽口腳碼。 方法應(yīng)用加熱器端差對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響主要決定于端差的大小和相鄰加熱器抽汽效率之差的大小，此外，還與前面加熱器有無(wú)疏水冷卻器及疏水份額大小有關(guān)。汽輪機(jī)的整個(gè)通流部分有四個(gè)汽缸組成，即1個(gè)單流高壓缸，1個(gè)雙流中壓缸和2個(gè)雙流低壓缸。8級(jí)回?zé)峒訜崞鞒跗鳛榛旌鲜郊訜崞魍猓?個(gè)高加熱器和4個(gè)低壓加熱器均為表面式加熱器，并設(shè)有疏水冷卻段，此外高加還設(shè)有過(guò)熱蒸汽冷卻段。汽輪發(fā)電機(jī)組額定設(shè)計(jì)功率350MW,，主蒸汽溫度538℃。8級(jí)回?zé)峒訜崞鞒跗鳛榛旌鲜郊訜崞魍猓?個(gè)高加熱器和4個(gè)低壓加熱器均為表面式加熱器，此外高加還設(shè)有過(guò)熱蒸汽冷卻段和疏水冷卻段。5 回?zé)峒訜崞鞫瞬钤龃蟮脑蚍治黾案倪M(jìn)措施根據(jù)上述計(jì)算可以看出加熱器端差變化確對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性有較大影響，計(jì)算結(jié)果表明了加熱器端差減小可以提高機(jī)組熱效率，降低熱耗和標(biāo)準(zhǔn)煤耗率，節(jié)約煤炭，驗(yàn)證了加熱器端差越小，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性越高，加熱器端差越大，機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性越低。其泄漏、堵管原因如下：加熱器設(shè)計(jì)、制造存在缺陷。加熱器啟停時(shí)，給水溫度變化速度超標(biāo)。（2）實(shí)際運(yùn)行參數(shù)與設(shè)計(jì)值偏離較大，如給水流量、給水入口溫度等。回?zé)峒訜崞髟凇盎鶞?zhǔn)”水位運(yùn)行是保證加熱器性能的最基本條件。（4）加熱器管束表面結(jié)垢，使傳熱惡化。不凝結(jié)氣體對(duì)加熱器熱力性能的影響有：在某些死區(qū)積聚形成不凝結(jié)氣體覆蓋層，減少了傳熱面積；在管子外壁凝結(jié)水膜周圍形成一個(gè)氣體層，使傳熱熱阻增加；不凝結(jié)氣體的分壓力升高，導(dǎo)致蒸汽的分壓力下降，使凝結(jié)過(guò)程的有效飽和溫度下降，降低其對(duì)數(shù)平均溫差。（7）加熱器水室短路。 降低回?zé)峒訜崞鞫瞬畹母倪M(jìn)措施 在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于各回?zé)峒訜崞鞫瞬钤龃蟮木唧w原因不同，因此我們面對(duì)不同的情況所采取的處理措施也不一樣。注意加熱器水位的調(diào)整和監(jiān)視，使其在正常范圍，并檢查疏水調(diào)節(jié)閥是否正常，及時(shí)更換泄漏的疏水調(diào)節(jié)閥。在回?zé)峒訜崞魍度脒\(yùn)行前，打開(kāi)回?zé)峒訜崞魃系娜颗趴諝忾T，等回?zé)峒訜崞鬟\(yùn)行正常后再按照規(guī)定關(guān)閉空氣門，保留排汽到除氧器的空氣門。一般情況下，回?zé)峒訜崞鞯臏厣什粦?yīng)大于3℃／min，溫降率不宜大于1．7℃／min。回?zé)峒訜崞鞒鰪S前必須做水壓試驗(yàn)，合格后方能出廠。確保高加三通閥無(wú)內(nèi)漏?；?zé)嵯到y(tǒng)既是汽輪機(jī)熱力系統(tǒng)的基礎(chǔ)，也是全廠熱力系統(tǒng)的核心，具有相當(dāng)?shù)墓?jié)能潛力，它對(duì)機(jī)組和電廠的熱經(jīng)濟(jì)性也起著決定性的作用。所以需要根據(jù)不同機(jī)組、不同加熱器，按實(shí)際情況選擇不同的加熱器端差以及對(duì)某些端差影響機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性較大的加熱器加強(qiáng)監(jiān)視與運(yùn)行維護(hù)是提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性的重要舉措。應(yīng)用目前最先進(jìn)的空氣動(dòng)力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)，三菱重工公司一直在進(jìn)行一個(gè)關(guān)于采用全覆式結(jié)構(gòu)的低壓末級(jí)葉片的開(kāi)發(fā)計(jì)劃。本文報(bào)告了應(yīng)用了最新設(shè)計(jì)技術(shù)的先進(jìn)的低壓末級(jí)葉片及檢驗(yàn)試驗(yàn)，以確保所開(kāi)發(fā)葉片的高效率和可靠性。由于上述原因，對(duì)于低壓末級(jí)葉片，三菱重工一直采用ISB結(jié)構(gòu)，從而有著葉片振動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用于60赫茲?rùn)C(jī)組的ISB結(jié)構(gòu)的低壓末級(jí)葉片如圖1，這些葉片外殼如圖2。在第二階段，旋轉(zhuǎn)振動(dòng)測(cè)試用來(lái)確認(rèn)葉片振動(dòng)特性，并在第三階段用汽輪機(jī)模型試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證葉片性能和在運(yùn)行工況到更嚴(yán)重工況下的葉片的振動(dòng)強(qiáng)度。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要校驗(yàn)靜強(qiáng)度和葉片的振動(dòng)強(qiáng)度。在空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)，全三維設(shè)計(jì)是利用必須是基于最新的數(shù)值方法的如Denton的代碼的三維多級(jí)粘性流分析的代碼用來(lái)降低葉片的損失和優(yōu)化流型。此外，對(duì)高馬赫數(shù)的流態(tài)，帶有負(fù)的吸力面的新設(shè)計(jì)的集中一點(diǎn)偏離的輪廓被用來(lái)控制沖擊波強(qiáng)度，以減小沖擊損失。在最新的粘性流分析中，可以精確分析了沖擊波和邊界層相互作用。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要葉片的形狀準(zhǔn)確的隨靜態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)應(yīng)力的變化而變化。旋轉(zhuǎn)振動(dòng)試驗(yàn)和汽輪機(jī)模擬試驗(yàn)的測(cè)量結(jié)果對(duì)型號(hào)作了標(biāo)準(zhǔn)界定。計(jì)算模式圖的示例如圖9. 先進(jìn)葉片的效率和可靠性已經(jīng)通過(guò)旋轉(zhuǎn)振動(dòng)試驗(yàn)和汽輪機(jī)將模擬試驗(yàn)得到驗(yàn)證為了確認(rèn)在運(yùn)行速度下的振動(dòng)特性，旋轉(zhuǎn)振動(dòng)試驗(yàn)是用三菱重工有限公司的高砂機(jī)械廠的高速平衡設(shè)備進(jìn)行的。葉片振動(dòng)特性不僅要在額度轉(zhuǎn)速下測(cè)試，還要在低速和高循環(huán)的運(yùn)行速度下測(cè)試，就如坎貝爾圖所示。此外，圖13為離心力作用導(dǎo)致的葉片變形的測(cè)試結(jié)果，這表明相鄰的外罩輪流接觸在校核的最后階段，利用模型汽輪機(jī)試驗(yàn)設(shè)施所開(kāi)發(fā)葉片的效率和可靠性都得到證實(shí)。 轉(zhuǎn)子測(cè)試是使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高達(dá)110%以上測(cè)量葉片噴嘴噴汽的固有頻率。為了獲得最大的結(jié)構(gòu)流量，進(jìn)行了數(shù)值模擬，改變了葉頂和圍帶的幾何形狀和間隙大小。特別是，由于大尺寸葉根和葉頂使葉片可能減少約60％的靜態(tài)局部應(yīng)力，ISB結(jié)構(gòu)用它來(lái)提高應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂強(qiáng)度，腐蝕疲勞強(qiáng)度和決策支持系統(tǒng)。對(duì)于高馬赫數(shù)狀態(tài)的虧損大幅減少。圖3 a和3 b顯示的縱切面和刀片到刀片的低壓汽輪機(jī)的最后三個(gè)級(jí)的計(jì)算網(wǎng)格布置的例子，圖4顯示了典型的結(jié)果的分析。彎曲的堆疊固定葉片和端壁被用來(lái)控制該階段跨度反方向的反應(yīng)程度。由于高膨脹比，低壓末級(jí)葉片的流場(chǎng)有一個(gè)很大的墻式擴(kuò)張傾向。2低壓末級(jí)葉片的設(shè)計(jì)低壓末級(jí)葉片分在兩個(gè)設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)，即空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)。第一階段是在設(shè)計(jì)中建立基本計(jì)劃。包括每分鐘3600轉(zhuǎn)的45英寸的鈦合金葉片，每分鐘30