加热器种类

投标编号：

XXXXXXXXXX

“热电联供”、“上大压小”

2×300MW环保型燃煤机组扩建工程

勘测设计投标文件

第二卷技术文件

第二册专题报告

给水加热器选型专题报告

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目录

1.加热器概述............................................................1

1.1加热器工作原理.......................................................1

1.2加热器主要性能和技术指标.............................................1

1.3给水加热器的种类和型式...............................................2

2.立式、卧式加热器经济性比较............................................4

2.1端差的比较...........................................................4

3.加热器与厂房布置......................................................5

3.1采用立式加热器.......................................................5

3.2采用卧式加热器.......................................................5

4.结论..................................................................6

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1.加热器概述

1.1加热器工作原理

给水加热器是电厂回热系统的重要辅机之一，它是利用汽轮机抽汽加热给水以提

高效率的换热设备。

表面式给水加热器的特点是汽轮机的抽汽和锅炉给水相互不混合，通过管壁来传

递热量。传热管内是给水，传热管外上是蒸汽。蒸汽在加热器里放出热量并凝结成疏

水，由疏水口排出。由于加热蒸汽一般均由一定的过热度，为使加热面积尽可能的小，

可设置一个过热蒸汽冷却段，以充分利用抽汽的过热度。蒸汽由汽相变为饱和水同时

放出汽化潜热的过程是在凝结段里完成的。凝结段是给水加热器的主要换热区域，管

内给水的大部分焓升是由这一区域提供的。为了进一步降低热耗并使疏水安全、顺利

排入下一级加热器，有的加热器还设置有疏水冷却段，使饱和疏水在这一区段里进一

步放出热量，以过冷水排出。

火电机组回热系统运行优劣将直接影响到机组的效率。理论上，回热抽汽的级数

越多，则发电机组的热经济性能越好，但设备投资要增加，系统随之复杂。给水加热

汽的设置是根据等焓分配原则结合电厂投资成本综合技术经济分析比较确定的，因而

具有最佳经济性。

1.2加热器主要性能和技术指标

1.2.1给水端差(TTD)

加热器进口抽汽压力下的饱和温度与给水出口温度之差为给水端差。给水端差越

小加热器的热经济性能越高，但加热面积相应增加。

1.2.2疏水端差(DCA)

离开加热器壳体的疏水温度与管侧给水进口温度之差就是疏水端差。蒸汽在壳侧

凝结成疏水时呈饱和水状态，由于饱和水在流出加热器到下一级低压容器过程中会因

管道压降而汽化，从而产生两相流动，使疏水发生困难并造成对设备的、管道的损害。

因此，现代大型机组的给水加热器普遍设置疏水冷却段以提高安全可靠性。在加热器

本体内设置疏水冷却段的加热器，疏水端差可以达到5.6℃。

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1.2.3管侧压降和壳侧压降

介质流经换热管内的摩擦损失和压力损失就是管侧压降。管侧压降太大会加重给

水泵的功耗，所以计算时都留有安全裕度。

介质流经加热器壳侧的压力损失为壳侧压降。壳侧压降不应超过加热器级间压差

的30％，过大有可能造成加热器的疏水不畅。

1.2.4其它

加热器运行性能的优劣是由许多因素构成的，除了上述各项热力性能外，还有加

热面积、投运率、堵管率等。

1.3给水加热器的种类和型式

1.3.1加热器的分类

按照布置型式分类，加热器可以分为立式加热器和卧式加热器，其特点如下：

种类优点缺点

立式

顺置疏水容积大，占地较小

传热管内积水无法排出，抽

芯不方便

倒置

布置合理，占地小，维修

方便

疏水容积较小，水位控制较

困难

卧式

布置合理，维修方便，疏

水容积大

占地大，水位控制要求高

1.3.2加热器结构

表面式加热器的壳侧内部结构有多种形式。电站用给水加热器壳侧内部蒸汽凝结

段是主传热区段，同时，根据蒸汽进口参数和系统对给水端差和疏水端差的不同要求

再配置过热蒸汽冷却段或疏水冷却段。

电站用的给水加热器可分为纯凝结段布置、二段布置和三段布置。

1.3.2.1二段布置

二段布置即在加热器纯凝结段的基础上设置内置式过热蒸汽冷却段或疏水冷却

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段。疏水冷却段和过热蒸汽冷却段都用包壳将受热面封闭，并以导流隔板导向，使蒸

汽或疏水按一定的速度和方向流经传热面。对于内置过热蒸汽冷却段来说，无论是卧

式加热器还是立式加热器都没有太大问题，二者的主要区别在于疏水冷却段引起的差

异。

1.3.2.1.1带疏水冷却段的二段布置倒置式立式加热器

这种加热器疏水聚集在壳体下部，管板的上方，这可以保护管板免遭蒸汽冲击。

在凝结段加疏水冷却段的倒置式立式加热器中，疏水水位在疏水冷却器包壳上面，因

此聚集在给水出口区域内的凝结水可视为静止的，所以这一区域内的传热面积属无效

面积，会影响到加热器的换热效率。这部分无效面积是由倒置式立式加热器的结构特

点决定的，因此不可避免。若疏水冷却段设置过长，无效面积会更大，所以相比卧式

加热器其疏水冷却段较小，疏水端差较大。

另外，对于低压加热器，由于抽汽压力低，负荷变化时比体积变化大，而且低压

加热器各级之间的压差一般都很小，末两极加热器之间的压差在40KPa左右，末级低

加和凝汽器之间压差只有约20KPa或更低，这就要求疏水冷却段压力损失非常小，而

立式加热器的疏水冷却段由于结构原因阻力较大，且疏水出口的高度差也产生静压，

因此采用立式布置的末两极低压加热器一般不设置疏水冷却段。

1.3.2.1.2带疏水冷却段的二段布置卧式加热器

蒸汽进入凝结区段冷却成凝结水滴下，聚集在壳体下部的弓形区域，疏水冷却段

采用全流量，并有一个吸水口浸入加热下方的冷凝水中。这种加热器水位允许波动范

围较小，水位过高会浸没一部分传热面积而影响效率；水位过低会使疏水冷却段的吸

水口露出水面，虹吸被破坏，蒸汽将大量进入疏水冷却段。

与立式加热器相比，这种卧式布置形式在正常水位情况下所有U形管束均与加热

蒸汽进行换热，没有无效换热面积，所以换热管束利用率高，加热器换热效率高。但

对加热器水位需严格控制。

1.3.2.2三段布置

在一个加热器中同时具有过热蒸汽冷却段、凝结段和疏水冷却段3个传热区段的

成为三段布置加热器。它具有结构紧凑、布置合理、系统简单等优点。

1.3.2.2.1三段布置立式加热器

对于立式加热器，若采用顺置式布置，由于疏水在壳体的底部，因此疏水冷却段

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往往需要布置的很长，需要一个全封闭的包壳，下部插入疏水中，利用虹吸作用将疏

水引出。导致疏水阻力损失增大，且需要考虑静压损失，在实际运行中可能造成疏水

排不出去的后果。因此三段布置的立式加热器一般采用倒置式布置。

倒置式三段布置加热器在过热蒸汽冷却段下部留有一个区域，这是这种形式所特

有的区域，因为过热蒸汽冷却器的面积往往小于疏水冷却段，而过热蒸汽冷却段的蒸

汽出口必须布置在疏水水位之上，以免疏水倒灌。这样就在过热蒸汽冷却段下部留下

一段不参加换热工作的区域，成为“无效换热区域”。这个“区域”是倒置式三段布

置加热器所必须的。

1.3.2.2.2三段布置卧式加热器

卧式布置采用U形管，半球形水室。具有全流量的蒸汽冷却段和疏水冷却段，过

热蒸汽冷却段采用全封闭结构，减少了管板、壳体和进汽管座的热应力，具有结构紧

凑、热效率高、省材、系统简单等优点。

2.立式、卧式加热器经济性比较

2.1端差的比较

以下列出了300MW等级机组的在使用立式加热器和卧式加热器时各级加热器的给

水端差和疏水端差。

2.1.1立式加热器端差（加热器号按照抽汽压力由高至低排列）

1号高

加

2号高

加

3号高

加

5号低

加

6号低

加

7号低

加

8号低

加

给水端差-1.7001.03.03.02.8

疏水端差5.65.65.68.08.0//

2.1.2卧式加热器端差（加热器号按照抽汽压力由高至低排列）

1号高

加

2号高

加

3号高

加

5号低

加

6号低

加

7号低

加

8号低

加

给水端差-1.7002.82.82.82.8

疏水端差5.65.65.65.65.65.65.6

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2.1.3端差对机组热耗的影响

根据以往工程的经验，对于300MW等级的汽轮发电机组，当采用两种不同形式的

给水加热器时，由于端差的差异，采用卧式加热器可比立式加热器减少热耗，在THA

工况发电标煤耗可降低约0.25g/kW·h，从而提高了整个机组的热经济性能。

如果按照2×300MW机组计算,两台机组每年节约标煤量约为825吨。按照标煤价

格600元/吨估算,每年可节约燃料费用约49.5万元(年利用小时按5500小时计算)。

3.加热器与厂房布置

3.1采用立式加热器

北京北重汽轮机组的常规布置均采用倒置式立式加热器，所有加热器布置在汽机

房B列和汽轮机基座之间，按顺序依次排列。加热器在运转层留有检修起吊孔，利用

汽机房天车可以对所有的加热器进行检修起吊，汽机房屋架下玄标高约为28.5m。

当采用立式布置时，由于加热器位置相对集中，所以凝结水管道和给水管道的布

置较紧凑，管道长度相对较短；各级加热器疏水管道均布置在汽机房0m层，管路也相

对较短；汽轮机各级抽汽管道、逆止阀、管道阀均布置在汽机房的中间层，管道走向

简洁，长度较短，管路阻力小。

但同时，采用这种布置方式后也存在比较明显的缺点，其一是由于很多管道都集

中布置在基座和B列侧之间，所以B列侧的通道较小，检修不方便；其二，立式加热

器的总长度在10m～12m左右，汽机房要留有足够高的检修起吊空间。采用立式加热器

时，汽机房的屋架下玄标高约比卧式加热器布置方式高出约1.5m左右，使主厂房的容

积相对较大，初投资增加。

3.2采用卧式加热器

若采用卧式加热器，1号、2号高加布置在汽机房中间层靠近B列侧，3号高加和

除氧器布置在运转层靠近B列侧位置，给水泵布置在除氧器下方0m层位置，5号、6

号低加布置在汽机房运转层A列侧，7号、8号低加布置在凝汽器的喉部。各级加热器

都预留有足够的抽芯或抽壳空间方便检修。汽机房下玄标高约为26.9m，汽机房跨度为

30m。

这种布置方式加热器布置较分散，汽机房内管道布置较均匀，整齐美观，易于补

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偿，管道热应力小，检修维护条件好；7、8号低加布置在凝汽器的喉部（国内大部分

电厂采用），减少了加热器的占地，有利于管道布置，也减少了至7、8号低加的抽汽

管道阻力。在汽机房0m的B列侧留有约3.5m宽的大通道，宽敞畅通，方便检修车辆

的通行出入。

其缺点是，凝结水、高压给水、加热器的疏水管道相对较长，管道用量相对较大。

4.结论

1）立式加热器由于其固有的结构特点，无论是两段式还是三段式都不可避免的存

在一部分“无效换热面积”，而且，对于低压加热器，其疏水冷却段的设置较困难，

导致疏水端差较大，机组的经济性差。卧式比立式加热器两台机组每年节约标煤量约

为825吨,每年可节约燃料费用约49.5万元。

2）因此相比卧式布置，立式加热器换热面积较大，换热效率较低，且制造工艺要

求较高，设计和制造难度都相对较大。

3）对于主厂房布置来说，立式加热器布置紧凑，与之相连接的管道比较集中，抽

汽管道，凝结水管道，锅炉给水管道，加热器的疏水管道走向简洁，距离短，节省材

料。但立式加热器是从0m到运转层（起吊孔）的相应位置全部占用（占用3层），而

卧式加热器占用2层（一般6.3m和12.6m）即可，空间利用上来说相当。

所以，卧式加热器主厂房采用方案二，汽机房（包括除氧器）为136.5×30m；而

立式加热器汽机房（包括除氧器）常规布置为154.5×30m，立式加热器汽机房面积较

大。

本工程因总平面布置原因，汽机房长度采用136.5m，如用立式加热器则采用双框

架136.5×（27+9）布置，其布置尺寸大于卧式加热器主厂房（方案二）

另外，立式加热器的起吊高度较高，汽机房屋架的下玄标高要增高约1.5m左右；

4）综合上述原因，采用卧式加热器较为合理，但因汽轮机已签订技术协议，本次

投标暂按立式加热器设计，只针卧式加热器进行了方案二的主厂房布置，下阶段可进

一步与主机厂讨论，进行技术经济论证，确定加热器形式。