[发明专利]改进型再热器管道与疏水冷却器系统

说明书

本发明涉及蒸汽轮机，更确切地说，涉及一种在汽-汽再热排水系统中使用疏水冷却器的改进装置与方法。

事实上，工作在微湿或低过热新蒸汽条件下的所有原子能汽轮发电机，都装有汽-汽再热系统以改善热性能及降低对叶片的侵蚀。

近几年，由于燃料价格上升，导致使用更高初始运转压力与温度的蒸汽，并提高再热性能，包括增加汽轮机系统的加热器数量。使用更高的压力与温度又导致其它方面设计上的改进，包括利用过热蒸汽提高回水温度，在加热器中增加疏水冷却装置来进一步冷却冷凝汽。

现有的汽-汽再热疏水装置是将冷凝蒸汽及加热蒸汽的混合体从汽水分离器再热器（以下简称为MSR）中的高压再热器中送入最高压给水加热器。在那里，流体与第一级汽轮机组抽汽口来的冷凝了的加热器蒸汽汇合。“加热蒸汽”指的是从主蒸汽管道来的少量干蒸汽通过再热器管束以防止冷凝汽因过度冷却而被收集。管束中标高较低的管子与最外边的“U”型管子与温度最低的入口蒸汽相遇时更是如此。

冷凝物被收集时，将导致过度冷却与随之而来的温度突变。冷凝物由于压力增高而被挤出管道时容易造成管道损坏。汽-汽再热装置在满负荷时通常向再热器提供全部再热蒸汽的约2%作为加热蒸汽以防止再热器管道中的温度上升。

从最高压力给水加热器中出来的冷凝蒸汽及其它排出流体逐级顺序地送入更低压力的给水加热器，直到在系统某处，流体成为主补给水流的一部分。

根据公开的美国专利（专利号4，825，657申请人为Silvestri和Viscovich，已转让给美国西屋电气公司）从MSR高压再热器中排出的流体比从最高压给水加热器出来的补给水热得多〔满负荷时，高出55℃（100°F），负荷为25%时，超过140℃（250°F）〕因此，流体在进行热交换之前必须将压力降低到补给水的压力水平，这样做的结果，导致热效率的损失。

将这一损失减少到最小的方法之一是将高压再热器排出的流体泵入最高压给水加热器的输出口。这个方法的主要缺点是：a）需要额外增加水泵。b）在稳定状态下有效正压水头不足和瞬时扩容难以避免气穴现象。c）对再热器管束的可靠性具有增强作用的加热蒸汽也被排出。

上面引用的发明申请书结合此处推荐的申请说明书提出一种在汽轮发电机系统内改进汽-汽再热系统热效率的设备与技术方法。

利用疏水冷却器接收从高压再热器来的流体并使之与最高压给水加热器的冷凝水进行热交换的方式，不用附加泵，将再热器排出的流体直接注入补给水流。这就避免了因降低再热器排水压力而引起的热效率损失。当系统在低于满负荷运转时，可以大大改善热耗。

本发明致力于提出对各种单级与多级汽水分离器再热器适用的改进新型。现有系统包括了调压集水器。从高压再热器排出的流体被集水器收集，然后导入热交换器（即疏水冷却器），在那里与高压给水加热器来的冷凝水进行热交换。使用了疏水冷却器可以避免由于降低再热器排水压力所造成的热效率损失。

本发明改进与增加疏水冷却器概念的主要目的是：需要将疏水冷却器的工作原理用于新的改进装置，还需要在避免产生操作与维修问题的前提下进一步改善蒸汽发生系统的热效率。

现在所用的再热器排水系统，在MSR再热器排水输出端与接收流体的给水加热器之间装有减压装置即调压集水器，用来接收冷凝了的加热蒸汽。然而集水器有一个明显的可靠性问题，即从高压MSR向排水管束内产生内扩容，这种扩容造成许多管束损坏，迫使机组以降低设备效率为代价减负荷运行。

再者，在低负荷时减少加热器压力，在许多情况下，随着再热器排水压力的增高，加热蒸汽所占比例亦随负荷减少而增加。而加热蒸汽的增加对使用疏水冷却器的汽轮机系统热耗有一点小影响。参见美国专利（专利号4，825，657）的表Ⅰ与表Ⅱ。

在没有使用其它控制方法的情况下，加热蒸汽量由疏水冷却器的冷却能力来控制。对两种使用疏水冷却器的样机（单级与双级再热装置）进行计算表明，在50%负荷时使疏水冷却器接收2%的加热蒸汽，那么在额定负荷情况下，加热蒸汽在单级装置中将在4.2%范围内（表Ⅰ）在双级装置中的范围为5.4%（表Ⅱ）。负荷降低时，加热蒸汽的比率亦随之减少。负荷降到50%以下时，加热蒸汽维持在2%左右。

从每张表的第3和第4栏可以看出，在额定负荷时，加热蒸汽流量高于2%，热耗有所增加，单级再热装置为252卡/千瓦小时（1.055千焦/千瓦小时）。双级装置为504卡/千瓦小时（2.110千焦/千瓦小时）。

本发明的主要目的是在低负荷时改善热耗，即消除任何降低热效益现象。