CN201540039U - 直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器 - Google Patents

直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器 Download PDF

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Abstract

本实用新型直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器以3个结构实例提供了一种安全可靠，节省投资的方式实现超临界直流炉在启动过程中产生的直流炉启动疏水直排凝汽器的方案。在凝汽器的低压旁路进口部位或者筒体端盖部位增加单孔或者多孔直流炉启动疏水喷嘴，喷嘴经套管和连接环与凝汽器外壳或者低压旁路进口弯头连接以减小热应力，使直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置。有无启动炉水循环泵的直流炉启动***均适用；采用高低压串级旁路或一级大旁路的超临界汽轮发电机组均适用；新建机组或原来采用大气式扩容器的在役机组改造均适用。

Description

直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器
(一)技术领域：本实用新型涉及一种直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器。直流炉启动疏水指发电站用的超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水；低压旁路指从发电站用的超临界汽轮机的中压联合汽门前到凝汽器的旁路；消能装置指内置于凝汽器喉部有减压减温效果的，能够避免带压蒸汽、带压疏水对凝汽器的冷凝管产生有害冲击的设施。低压旁路用的消能装置和直流炉启动疏水用的消能装置通常作为凝汽器的部套由凝汽器供应商提供。
(二)背景技术：现有技术发电站用的超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水先进入大气式扩容器，扩容闪蒸出来的蒸汽经大气式扩容器的排汽管排入大气，饱和水经疏水箱、疏水泵打入凝汽器以回收工质。启动疏水通过大气式扩容器时会受到严重的铁污染，疏水含铁量会成百倍超标，如果勉强回收，将导致凝结水精处理装置短期失效，离子交换树脂早期报废。同时，因扩容闪蒸出来的蒸汽经大气式扩容器的排汽管排入大气，大约要损失30％的启动疏水。在冬季，北方地区，经大气式扩容器的排汽管排入大气的携带有微水滴的蒸汽，在大气式扩容器附近会形成冻雨，使地坪、平台、扶梯覆冰，带来安全隐患。
现有技术也有将超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水，经过一个布置在凝汽器喉部的背包式减压减温器直排凝汽器回收工质。这种***已经有若干成功案例，避免了启动疏水通过大气式扩容器时会受到的严重铁污染。但该背包式减压减温器的减压减温能力(疏水量、疏水进口压力、疏水进口焓值)需要按照整个启动过程中最大工况来设计的，凝汽器供应商往往感觉设计和布置有难度，困惑，甚至拒绝启动疏水直排凝汽器方案。
背包式减压减温器与凝汽器结合的焊缝在运行中有较大的热应力，多年运行后会产生热疲劳裂纹。
(三)发明内容：
本实用新型直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器在凝汽器的低压旁路进口部位或者筒体端盖部位增加单孔或者多孔直流炉启动疏水喷嘴，喷嘴经套管和连接环与凝汽器外壳或者低压旁路进口弯头连接以减小热应力，使直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置。本实用新型提供了一种新的技术方案，以安全可靠，节省投资的方式实现超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水直排凝汽器的方案，解决凝汽器供应商设计、制造背包式减压减温器的困难。
直流炉启动疏水与低压旁路排汽同源，源自同一个压力容器——启动分离器。
每一台超临界直流炉的启动工况都是亚临界工况(约8MPa)，水冷壁入口是温度低于启动压力下的饱和温度的水，水冷壁出口是达到启动压力下的饱和温度的汽、水混合物，该汽、水混合物进入启动分离器分离，向上排出的饱和汽经过热器***加热，高压旁路减压减温后进入再热器***再热，而后经低压旁路减压减温，到低压旁路出口的蒸汽就是我们通常所说的低压旁路排汽。向下流出的饱和水经启动分离器水位调节阀减压后，到启动分离器水位调节阀后的含部分汽的饱和水就是我们通常所说的直流炉启动疏水。
低压旁路排汽量的最大值总是大于直流炉启动疏水量的最大值。
低压旁路排汽的设计容量一般为30％到35％BMCR(锅炉最高连续负荷)或者更大流量，再加上高压旁路和低压旁路的喷水量必然大于30％BMCR。直流炉启动疏水的最大值小于或者等于启动电动给水泵的容量，一般为25％BMCR到30％BMCR。设置在凝汽器喉部的低压旁路的消能装置的通流能力是按照低压旁路排汽量的最大值设计的，该设计值总是大于直流炉启动疏水量的最大值，尚没有一个凝汽器供应商表示设计和布置上述设计容量的低压旁路的消能装置有任何困难。
低压旁路排汽参数通常压力为0.7MPa的饱和汽。直流炉启动疏水的参数通常压力为0.7MPa的带有部分汽的饱和水。低压旁路排汽的焓值总是显著高于直流炉启动疏水的焓值，前者的焓值大约是后者的一倍。
低压旁路排汽量与直流炉启动疏水量在任何工况下都不可能同时达到最大值，无须各自配置按照各自最高参数(流量压力焓值)设计的消能装置，最有效，最经济的技术方案是直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置。
启动电动给水泵的容量为30％BMCR，大于或者等于超临界直流炉的最低直流负荷(25％BMCR到30％BMCR)，只要有30％BMCR的水或者汽水混合物流过水冷壁，就能够保证直流炉启动过程中水冷壁的安全。如前所述，在使用启动电动给水泵上水的启动期间，进入启动分离器的汽、水混合物的总量为30％BMCR，不会更多，汽多水就少，水多汽就少，两者呈互补关系。换一种表达方式，在使用启动电动给水泵上水的启动期间，如汽轮机尚未冲转，则低压旁路排汽量与直流炉启动疏水量之和恒等于30％BMCR；如汽轮机已冲转进汽，则汽轮机中、低压缸的通流量加低压旁路排汽量再加直流炉启动疏水量之和恒等于30％BMCR，此时，低压旁路排汽量与直流炉启动疏水量之和必定小于30％BMCR。当启动电动给水泵30％BMCR的容量不能满足直流炉启动需要时，需起动流量和压头更高的汽动给水泵，此时启动分离器已处于干态，直流炉启动疏水量已为0。
以上所述就是直流炉启动疏水与低压旁路可以合用一个消能装置的物理基础，一台按低压旁路最大排汽量、最高压力、最高焓值设计的消能装置，在引入直流炉启动疏水后，对该消能装置而言是轻载工况，启动疏水占的份额越大就越是轻载。
本实用新型直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器既适用无启动炉水循环泵的直流炉启动***，也适用于有启动炉水循环泵的直流炉启动***。
有启动炉水循环泵的直流炉启动***在启动炉水循环泵工作正常时，并无大量启动疏水，只有在启动炉水循环泵故障或者新建机组启动炉水循环泵不能按时到货等特殊情况下，要启动直流炉，才会发生大量启动疏水。这时，有启动炉水循环泵的直流炉启动***实际上蜕化为无启动炉水循环泵的直流炉启动***。启动炉水循环泵故障是一个小概率事件，为这个小概率事件配备一套大气式扩容器、疏水箱、疏水泵来回收受到严重铁污染的启动疏水实在是得不偿失，对1000MW级的超临界直流炉，配套的大气式扩容器、大气式扩容器的排汽管、疏水箱、疏水泵等设备总重量往往超过200t。
有的超临界汽轮机组采用一级大旁路，即从高压缸前到凝汽器的旁路，一级大旁路排汽参数与低压旁路排汽参数相当，约为0.7MPa的饱和汽，在前述直流炉启动疏水与低压旁路可以合用一个消能装置的全部论述中，将低压旁路改为一级大旁路后结论仍然适用。故本实用新型同样适用采用一级大旁路的超临界汽轮机组，即直流炉启动疏水与一级大旁路合用消能装置。直流炉启动疏水与一级大旁路合用消能装置的凝汽器同属本实用新型保护范围。
本实用新型直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器既适用于新机组在设计阶段采用，可以降低造价，简化***，提高***安全性；也适用于原来采用大气式扩容器、疏水箱、疏水泵的在役机组，可以避免启动疏水通过大气式扩容器时受到的严重铁污染。
本实用新型直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器提供了一种新的技术方案，以最安全可靠，最节省投资的方式实现超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水直排凝汽器的方案。采用本实用新型的效益在于：
·启动疏水直排凝汽器避免了启动疏水通过大气式扩容器时受到的严重铁污染，安全可靠。
·低压旁路排汽量与直流炉启动疏水量在任何工况下都不可能同时达到最大值。无须各自配置按照各自最高参数(流量压力焓值)设计的消能装置。
·任何一台能够接受30％BMCR或者更多流量的低压旁路排汽的凝汽器必定能够接受与其配套的任何一台直流炉的启动疏水。
·最有效，最经济的技术方案是直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置，实现超临界直流炉在启动过程中产生的启动疏水直排凝汽器的方案。
·直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置可以从同侧进疏水，也可以从对侧进疏水。
·与背包式减压减温器相比，设计和布置更容易，安全裕量更大，投资更省。
·既适用无启动炉水循环泵的直流炉启动***，也适用于有启动炉水循环泵的直流炉启动***。
·既适用采用高、低压串级旁路的超临界汽轮机组，也同样适用采用一级大旁路的超临界汽轮机组。
·既适用于新机组在设计阶段采用，可以降低造价，简化***，提高***安全性；也适用于原来采用大气式扩容器、疏水箱、疏水泵的在役机组，可以避免启动疏水通过大气式扩容器时受到的严重铁污染。
(四)附图说明：
图1低压旁路的消能装置
图1是某660MW四缸四排汽汽轮机的低压旁路的消能装置。该机配有2台凝汽器，每台凝汽器在其喉部各设置一台卧式类长柱形两级扩容减压的消能装置，设计流量17.5％BMCR，压力0.7MPa，饱和汽。
低压旁路排汽由喉部单侧进入凝汽器。筒体(4)经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，以减少热应力。筒体支架(8)比较高，便于筒体(4)热态轴向膨胀。
底部疏水孔及角钢遮挡(7)是在筒体(4)底部开的φ18mm疏水孔，筒体外焊有2小段角钢遮挡并使疏水转向，用于防止筒体(4)内积水。底部疏水孔及角钢遮挡(7)在每个筒体(4)上有2处。
图1只画出凝汽器喉部与低压旁路的消能装置有关的局部，并未画出凝汽器的主体冷凝管及完整壳体，示意凝汽器喉部壳体只有对侧端板(1)和一侧端板(2)，“一侧端板”实际是“低压旁路的消能装置进汽一侧端板”的简称，“对侧端板”则是“相对另一侧端板”的简称。
图2图1的局部放大图
低压旁路排汽由喉部单侧进入凝汽器。筒体(4)经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，以减小热应力。在图1至图6中凡标记有套管(9)和连接环(10)的部位焊接结构类同，目的均为减小热应力。
图3实施例一与低压旁路合用进口
图3低压旁路排汽经低旁弯头(13)由一侧端板(2)进入凝汽器，低旁弯头(13)平置，在低旁弯头(13)外侧正对筒体(4)中心线部位，启动疏水喷嘴(14)经套管(9)和连接环(10)与低旁弯头(13)焊接。启动疏水喷嘴(14)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，调整启动疏水喷嘴(14)出口通流面积可以在直流炉启动疏水的压力为0.7MPa条件下通流能力达到30％BMCR，维持启动疏水的压力近设计值，可以压低因蒸汽闪蒸引发的噪音。底部疏水孔及角钢遮挡(7)是在筒体(4)底部开的φ18mm疏水孔，筒体外焊有2小段角钢遮挡并使疏水转向，用于防止筒体(4)内积水。底部疏水孔及角钢遮挡(7)在每个筒体(4)上有2处。
图4图3的局部俯视图
低压旁路排汽经低旁弯头(13)由一侧端板(2)进入凝汽器，低旁弯头(13)平置，在低旁弯头(13)外侧正对筒体(4)中心线部位，启动疏水喷嘴(14)经套管(9)和连接环(10)与低旁弯头(13)焊接。
图5实施例二同侧进疏水有单独接口
图5低压旁路排汽由一侧端板(2)进入凝汽器，筒体(4)相应部位开长圆孔与带弯头疏水喷嘴(12)焊接，带弯头疏水喷嘴(12)在低压旁路接口上方设置单独的启动疏水接口，经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，带弯头疏水喷嘴(12)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，带弯头疏水喷嘴(12)由60°弯头和喷嘴组成，喷嘴由弯头出口压扁形成，简称带弯头疏水喷嘴(12)。
带弯头疏水喷嘴(12)经套管(9)和连接环(10)与端板(2)焊接，以减少热应力。
底部疏水孔及角钢遮挡(7)是在筒体(4)底部开的φ18mm疏水孔，筒体外焊有2小段角钢遮挡并使疏水转向，用于防止筒体(4)内积水。底部疏水孔及角钢遮挡(7)在每个筒体(4)上有2处。
图6实施例三对侧进疏水
图6在筒体端盖(5)开孔与多孔疏水喷嘴(15)滑动配合，在多孔疏水喷嘴(15)近端部周向均布3块滑动支板(11)，多孔疏水喷嘴(15)经套管(9)和连接环(10)与对侧端板(1)焊接，以减少热应力。本实施例中在低压旁路进口部位的对侧，在对侧端板(1)和筒体端盖(5)上开孔制造了一个新的直流炉启动疏水进口。
多孔疏水喷嘴(15)上周向均布8列φ10mm疏水孔，该喷嘴疏水孔总通流面积为启动疏水管通流面积的40％。底部疏水孔及角钢遮挡(7)是在筒体(4)底部开的φ18mm疏水孔，筒体外焊有2小段角钢遮挡并使疏水转向，用于防止筒体(4)内积水。底部疏水孔及角钢遮挡(7)在每个筒体(4)上有2处。
挡环(16)与筒体端盖(5)之间留有必要的轴向热膨胀间隙，挡环(16)用于阻挡并折转从筒体端盖(5)开孔缝隙中逸出的蒸汽或疏水。
在图1、图2、图3、图4、图5、图6中：
1对侧端板    2一侧端板    3弧形顶板
4筒体        5筒体端盖    6弧形支板
7底部疏水孔及角钢遮挡                   8筒体支架
9套管               10连接环            11滑动支板
12带弯头疏水喷嘴    13低旁弯头          14启动疏水喷嘴
15多孔疏水喷嘴      16挡环
(五)具体实施方式：
低压旁路的消能装置通常设置在凝汽器喉部，为卧式类长柱形两级或更多级扩容降压消能装置，其轴线与凝汽器的冷凝管平行，单端进汽。
图1低压旁路的消能装置是某660MW四缸四排汽汽轮机的低压旁路的消能装置。该机配有2台凝汽器，每台凝汽器在其喉部各设置一台卧式类长柱形两级扩容减压的消能装置，设计流量17.5％BMCR，压力0.7MPa，饱和汽。
低压旁路排汽由一侧端板(2)进入凝汽器。筒体(4)经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，以减少热应力。筒体支架(8)比较高，便于筒体(4)热态轴向膨胀。
消能装置特征尺寸：
筒体内径800mm，筒体总长8325mm，筒体开孔段长4968mm，
开孔数714，孔径18mm，开孔总面积1816cm2，开孔区域筒体顶部60°范围，
弧形顶板与筒体形成的第2级喷嘴通流面积17785cm2。
底部疏水孔及角钢遮挡(7)是在筒体(4)底部开的φ18mm疏水孔，筒体外焊有2小段角钢遮挡并使疏水转向，用于防止筒体(4)内积水。底部疏水孔及角钢遮挡(7)在每个筒体(4)上有2处。
图1低压旁路的消能装置只是一个结构比较简约的实例，不同的凝汽器供应商有颇为不同的设计，有的扩容减压多达5级，有的在筒体下部开孔，有的加喷减温水，但也有共同点：
低压旁路的消能装置通常设置在凝汽器喉部，为卧式类长柱形，两级或更多级扩容降压消能装置，其轴线与凝汽器的冷凝管平行，单端进汽。低压旁路排汽参数通常压力为0.7MPa的饱和汽。
本实用新型直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器适用于不同的供应商生产的凝汽器，任何一台能够接受30％BMCR或者更多流量的低压旁路排汽的凝汽器必定能够同时接受与其配套的任何一台直流炉的启动疏水。
直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置可以从同一侧进疏水，也可以从对侧进疏水。
由于直流炉启动疏水达最大值时的容积流量远小于低压旁路排汽达最大值时的容积流量(大约为1∶3)，直流炉启动疏水引入低压旁路的消能装置时，宜通过一个单孔或者多孔的喷嘴，调整该喷嘴的开孔总面积可以在直流炉启动疏水的压力为0.7MPa条件下通流能力达到30％BMCR。
实施例一 与低压旁路合用进口 见附图 图3
低压旁路排汽经一个90°弯头，简称低旁弯头(13)由一侧端板(2)进入凝汽器，低旁弯头(13)平置，在该低旁弯头(13)外侧正对筒体(4)中心线部位，启动疏水喷嘴(14)经套管(9)和连接环(10)与低旁弯头(13)焊接。启动疏水喷嘴(14)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，调整启动疏水喷嘴(14)出口通流面积，可以在直流炉启动疏水的压力为0.7MPa条件下通流能力达到30％BMCR，维持启动疏水的压力近设计值，可以压低因蒸汽闪蒸引发的噪音。
实施例一与低压旁路合用进口技术方案的实质是在凝汽器壳体外以一种异形三通的方式引入直流炉启动疏水，凝汽器及其低压旁路消能装置均未做任何适应性修改。
实施例二 同侧进疏水有单独接口 见附图 图5
低压旁路排汽由一侧端板(2)进入凝汽器，筒体(4)相应部位开长圆孔与带弯头疏水喷嘴(12)焊接，带弯头疏水喷嘴(12)在低压旁路接口上方设置单独的启动疏水接口，经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，带弯头疏水喷嘴(12)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，带弯头疏水喷嘴(12)由60°弯头和喷嘴组成，喷嘴由弯头出口压扁形成，简称带弯头疏水喷嘴(12)。
带弯头疏水喷嘴(12)经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，以减少热应力。
带弯头疏水喷嘴(12)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，调整启动疏水喷嘴出口通流面积可以在直流炉启动疏水的压力为0.7MPa条件下通流能力达到30％BMCR，维持启动疏水的压力近设计值，可以压低因蒸汽闪蒸引发的噪音。
本实施例在凝汽器壳体上设置了启动疏水的单独接口，可能较易为常规设计者接受。本实施例的实质是在凝汽器壳体内以斜切三通的方式引入直流炉启动疏水。
本实施例中60°弯头外侧和对应喷嘴的筒体(4)底部区域会受到较强的汽蚀，宜局部预补强防范，如在易汽蚀部位预打补丁加厚。
实施例三 对侧进疏水 见附图 图6
凝汽器对侧通常距锅炉较近，由凝汽器对侧进直流炉启动疏水并与低压旁路合用消能装置也是不错的选择。在筒体端盖(5)上开孔与多孔疏水喷嘴(15)滑动配合，在多孔疏水喷嘴(15)近端部处周向均布3块滑动支板(11)，多孔疏水喷嘴(15)经套管(9)和连接环(10)与对侧端板(1)焊接，以减少热应力。
多孔疏水喷嘴(15)上周向均布8列φ10mm疏水孔，喷嘴疏水孔总通流面积为启动疏水管通流面积的40％，调整疏水孔总出口通流面积可以在直流炉启动疏水的压力为0.7MPa条件下通流能力达到30％BMCR，增加多孔疏水喷嘴(15)的附带好处是可以减轻含汽疏水对筒体的汽蚀作用和运行噪音。多孔疏水喷嘴(15)从筒体端盖(5)侧进入筒体(4)不会对低压旁路消能装置的最大通流能力产生明显影响，因为该区间轴向汽流已大大减少。
挡环(16)与筒体端盖(5)之间留有必要的轴向热膨胀间隙，挡环(16)用于阻挡并折转从筒体端盖开孔缝隙中逸出的蒸汽或疏水。挡环(16)与多孔疏水喷嘴(15)焊接。
本实施例中在低压旁路进口部位的对侧，在对侧端板(1)和筒体端盖(5)上开孔制造了一个新的直流炉启动疏水进口。
上述实施例一、实施例二、实施例三具有的共同技术特征是直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置。

Claims (3)

1.一种直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器，其特征在于：在筒体(4)的筒体端盖(5)上开孔与多孔疏水喷嘴(15)滑动配合，在多孔疏水喷嘴(15)近端部处周向均布3块滑动支板(11)，多孔疏水喷嘴(15)经套管(9)和连接环(10)与对侧端板(1)焊接，多孔疏水喷嘴(15)上周向均布8列φ10mm疏水孔，喷嘴疏水孔总通流面积为启动疏水管通流面积的40％，挡环(16)与多孔疏水喷嘴(15)焊接，筒体(4)底部开有φ18mm疏水孔，筒体外焊有小段角钢遮挡并使疏水转向，使直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置。
2.一种直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器，其特征在于：在低旁弯头(13)外侧正对筒体(4)中心线部位，启动疏水喷嘴(14)经套管(9)和连接环(10)与低旁弯头(13)焊接，启动疏水喷嘴(14)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，筒体(4)底部开有φ18mm疏水孔，筒体外焊有小段角钢遮挡并使疏水转向，使直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置。
3.一种直流炉启动疏水与低压旁路合用消能装置的凝汽器，其特征在于：筒体(4)相应部位开长圆孔与带弯头疏水喷嘴(12)焊接，带弯头疏水喷嘴(12)在低压旁路接口上方设置单独的启动疏水接口，经套管(9)和连接环(10)与一侧端板(2)焊接，带弯头疏水喷嘴(12)出口通流面积为启动疏水管通流面积的40％，筒体(4)底部开有φ18mm疏水孔，筒体外焊有小段角钢遮挡并使疏水转向，使直流炉启动疏水与低压旁路合用同一个消能装置。
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CN102175021A (zh) * 2011-01-27 2011-09-07 章礼道 能全面回收工质和热量的无泵直流炉启动***
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