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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2008/1/4 17:51:39
瑞能电厂200MW机组高压加热器紧急放水的设计
朱军辉
(广东省电力设计研究院，广东广州510600)
摘要：茂名瑞能电厂采用自然通风冷却塔系统，高压加热器紧急放水工程设计存在着三种可能的接法，分别是增设1个高压加热器紧急疏水扩容器，引入定期排污扩容器或引入冷却塔下的冷水池。为此，对三种接法进行了技术经济分析，并得出最佳的方案。
关键词：高压加热器；紧急放水；系统接法；技术经济分析；比较
火力机组运行中，当发生高压加热器管子破裂时，会有大量给水进入壳侧，引起高压加热器水位急剧上升。为了防止给水倒流入汽轮机而引发汽轮机进水的事故，在高压加热器的系统设计中有一路高压加热器紧急放水。《火力发电厂汽水管道设计技术规定条文说明》第8.3.6条规定：“对于中、小型机组，加热器紧急放水，在工程设计中一般都排至定期排污扩容器或引至循环水吸水口处。”
如果电厂采用直流供水系统，一般都设有虹吸排水井。对于200MW的机组来说，对应于凝汽器循环水单条出水管的虹吸排水井的容量约为600m3，虹吸排水井距离主厂房很近，将高压加热器紧急放水引入虹吸排水井应为最优的方案。由于茂名瑞能电厂不采用直流供水系统，所以这种接法并不适用于该工程。
1瑞能电厂可采用的紧急放水系统接法
茂名瑞能电厂采用自然通风冷却塔系统，高压加热器紧急放水系统接法有三种方式可选用。
1.1增设1个高压加热器紧急疏水扩容器(接法一)
《火力发电厂汽水管道设计技术规定》第8.3.6.2条的规定：“给水加热器的紧急放水应单独引至高压加热器紧急疏水扩容器或凝汽器等。”对于茂名瑞能电厂而言，可单独设一个高压加热器紧急疏水扩容器来接收高压加热器紧急放水。
1.2引入定期排污扩容器(接法二)
将高压加热器紧急放水引至定期排污扩容器，但定期排污扩容器的容量则必须相应地加大。
1.3引入冷却塔下的冷水池(接法三)
将高压加热器紧急放水引至冷却塔下的冷水池。由于茂名瑞能电厂设有一个自然通风冷却塔，冷却塔下的水池的直径为93224m，深度为2m，水池的水容积约为12000m3，因此，可以将高压加热器紧急放水引至冷却塔水池。高压加热器紧急放水仅在高压加热器爆管时才会短时放水，其引起冷却塔水池水温局部短时轻微升高，进而影响凝汽器背压的时间极短(仅为几秒)，所以，可不考虑高压加热器紧急放水进入冷却塔水池对全厂长期运行时热经济性的影响。
2三种系统接法的分析
2.1接法一分析
按照《火力发电厂汽水管道设计技术规定》第8.3.6.1条的规定给水加热器紧急放水量取下列二者较大值，并加10的裕度。(1)不小于最大负荷下管侧给水流量的10。(2)一根加热器管子破裂流出的水量(两个断口)按下式计算：
式中：qV——一根管子破裂流出的水量，m3/h；
Di——管子公称内径，mm；
pt——管侧设计压力，MPa；
ps——壳侧设计压力，MPa。
按第(1)项规定计算，加热器管侧给水流量为680t/h，紧急放水的质量流量qm=68t/h；按第(2)项规定，相关的计算数据如表1。
根据以上计算结果，取较大者144.37m3/h，考虑10的裕度后，高压加热器紧急放水量为158.8m3/h，水的温度为1922℃。
增设的高压加热器紧急放水扩容器的容量按下式计算：
式中：Vdk——扩容器的计算容积，m3；
qm,dbw——排污水量，kg/h；
h1——介质的饱和水质量焓，kJ/kg；
η——散热损失因数，取为0.8；
h2——扩容器压力下的饱和水焓，kJ/kg；
x——扩容器内蒸汽干度，取0.97；
γ——扩容器内汽化潜热，kJ/kg；
R——蒸汽单位容积容许极限强度，取为2000kg/(m3·h)。
相关的计算数据如下：qm,dbw=126131.39kg/h，h1=834.09kJ/kg，h2=439.36kJ/kg，γ＝2244.04kJ/kg。说明：高压加热器管侧的工作压力取1.427MPa(按高压加热器汽侧安全阀起跳压力计)，扩容器的工作压力取0.12MPa。
扩容器的计算容积为8.25m3，选用10m3的扩容器。
2.2接法二分析
在未考虑高压加热器紧急放水引入的前提下，原有的定期排污扩容器的相关计算数据如下：qm,dbw=17000kg/h，h1=1571.64kJ/kg，h2=439.36kJ/kg，γ＝2244.04kJ/kg。说明：锅筒的工作压力取13.8MPa，扩容器的工作压力取0.12MPa，排污量按连续排污量(2的蒸发量)加上定期排污量(0.5的蒸发量)考虑。
扩容器的计算容积为3.99m3。考虑到除氧器溢放水、主蒸汽集箱疏水、锅炉再热冷集箱疏水等管道的疏放水，需要有一定的裕量，选用7.5m3的扩容器。
考虑高压加热器紧急疏水引入定期排污扩容器后，定期排污扩容器的计算容积为17.5m3，选用20m3的扩容器。
2.3接法三分析
将高压加热器紧急放水引至冷却塔下的冷水池，管道长度约增加160m，管道规格为219mm×7mm，埋地敷设。
3三种系统接法的经济性比较
三种系统接法的相关设备和管道的配置如表2所示。三种系统接法的投资(包括定排扩容器)如表3所示。
4结语
对于茂名瑞能电厂来说，如果增设一个10m3的高压加热器紧急疏水扩容器，定期排污扩容器为7.5m3，投资为8.46万元；如果将定期排污扩容器容量加大至20m3，高压加热器紧急放水引入定期排污扩容器，投资为9.16万元；如果维持原来的定期排污扩容器容积(7.5m3)不变，将高压加热器紧急放水引入冷却塔下的冷水池，投资为13.15万元。因此，高压加热器紧急放水引入冷却塔下的冷水池方案最不经济；加大定期排污扩容器体积，将高压加热器紧急放水引入定期排污扩容器方案与新增设一个扩容器方案两者投资额非常接近。由于只设一个扩容器后系统接法和运行后管理较方便，因此，推荐采用高压加热器紧急放水引入定期排污扩容器方案。
参考文献
［1］DL/T5054—1996，火力发电厂汽水管道设计技术规定［S］.
［2］水利电力部西北电力设计院.热机计算手册［M］.北京：水利水电出版社，1973
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