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旋膜除氧器在供熱機(jī)組大量補(bǔ)水工況中的應(yīng)用
胡波
（廣東省電力設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510600）
摘 要：通過對廣東省茂名電廠1×200
MW機(jī)組除氧器的選型，闡述了旋膜除氧器的原理和構(gòu)造，并通過分析其良好的技術(shù)特性和進(jìn)行投資比較，說明了旋膜除氧器在茂名熱電廠以煤代油熱電聯(lián)產(chǎn)技改工程中應(yīng)用的優(yōu)勢。
關(guān)鍵詞：電站 除氧器 旋膜 溶氧
1 工程簡介
廣東省茂名熱電廠5號機(jī)為1×200
MW以煤代油熱電聯(lián)產(chǎn)技改工程的機(jī)組，向茂名石油化工總公司提供中壓及低壓參數(shù)蒸汽，同時(shí)考慮純凝運(yùn)行工況。三大主機(jī)分別選用哈爾濱三大動(dòng)力廠產(chǎn)品。汽輪機(jī)為超高壓一次中間再熱、單軸、雙抽、三缸雙排汽沖動(dòng)非調(diào)整抽汽式機(jī)組。冷凝器為雙殼體、分體結(jié)構(gòu)、雙流程表面式冷凝器，冷凝器下部有淋盤式除氧裝置，達(dá)到凝結(jié)水充分回?zé)岢醯淖饔�。均由哈爾濱汽輪機(jī)廠設(shè)計(jì)制造。
中壓供汽參數(shù)（圍墻外1 m）：4 MPa，460℃，100 t/h。低壓供汽參數(shù)(圍墻外1 m)：1．275MPa，300℃，60 t/h。
由于中、低壓供熱蒸汽屬于開式供熱，共約160 t/h蒸汽無法回收，系統(tǒng)需要大量補(bǔ)充除鹽水維持汽、水系統(tǒng)平衡。這與我們常規(guī)電廠正常汽水損失補(bǔ)水有很大不同。
2 高、低壓除氧器聯(lián)運(yùn)方案
2.1 系統(tǒng)及參數(shù)
哈爾濱汽輪機(jī)廠在輔機(jī)技術(shù)協(xié)議中對冷凝器的補(bǔ)水量作了限制，最大補(bǔ)水量為60
t/h。當(dāng)給水中的溶解氧超過允許值時(shí)，就會(huì)在給水管道和省煤器中發(fā)生點(diǎn)狀腐蝕，若省煤器管發(fā)生腐蝕穿孔，則不僅會(huì)顯著降低汽輪機(jī)出力，而且會(huì)造成停爐。對于熱力除氧設(shè)備中，在給定的壓力下，當(dāng)水達(dá)到飽和溫度或稍高于飽和溫度時(shí)，氣相空間的水蒸氣分壓力接近于氣相的總壓力。約有90%的溶解氧以小氣泡的形式從水中逸出，剩余氣體只能以分子形式從水中擴(kuò)散出來。此時(shí)必須加大蒸汽與水的接觸面積，縮小氧逸出時(shí)所經(jīng)歷的擴(kuò)散距離，同時(shí)造成水的湍流來加強(qiáng)擴(kuò)散作用，達(dá)到深度除氧。若100
t/h的冷水直接進(jìn)入普通高壓除氧器，補(bǔ)水率達(dá)到20%，補(bǔ)水溫度20℃，氧的質(zhì)量濃度高達(dá)10
mg/L,其水溫?zé)o法升至對應(yīng)壓力下的飽和溫度，除氧效果差。因此對于其余補(bǔ)水量，我們只有考慮另設(shè)大氣再用補(bǔ)水泵送入高壓除氧器，實(shí)現(xiàn)溶解氧達(dá)標(biāo)的目的。此時(shí)所選用的高壓除氧器為常規(guī)使用的帶恒速噴嘴的淋水盤臥式除氧器。其系統(tǒng)連接及最大抽汽工況參數(shù)如圖1。
2.2 系統(tǒng)設(shè)備水位控制
2.2.1 純凝工況時(shí)的水位控制
純凝工況時(shí)正常補(bǔ)水進(jìn)冷凝器，高壓除氧器水位由汽封加熱器出口調(diào)節(jié)閥V1控制；冷凝器熱井水位由其進(jìn)水調(diào)節(jié)閥V2控制。
2.2.2 抽汽工況時(shí)的水位控制
抽汽工況時(shí)，總補(bǔ)水量為冷凝器與低壓除氧器補(bǔ)水量之和。低壓除氧器水位由其補(bǔ)水進(jìn)口調(diào)節(jié)閥V3控制；冷凝器熱井水位由其進(jìn)水調(diào)節(jié)閥V2控制；在冷凝器熱井水位允許和高壓除氧器出口含氧指標(biāo)合格的前提下盡量補(bǔ)水至冷凝器，以提高給水系統(tǒng)熱效率。補(bǔ)水泵進(jìn)高壓除氧器調(diào)節(jié)閥V4開度穩(wěn)定在高壓除氧器一定工況下的正常水位，水位波動(dòng)則由V1閥實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。
2.2.3 系統(tǒng)布置
兩臺(tái)除氧器布置在除氧煤倉間同一層樓板，總荷重約3．626 kN，土建結(jié)構(gòu)梁的設(shè)計(jì)將會(huì)使截面增大，梁高加高，除氧間整個(gè)空間減小，通道狹窄，而且均布置在集控室頂層，增加了運(yùn)行不安全性，給以后的運(yùn)行、維護(hù)、檢修都帶來很多不便。
這種傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路雖然能實(shí)現(xiàn)溶氧達(dá)標(biāo)，但是系統(tǒng)復(fù)雜，布置繁瑣，實(shí)際是一種無奈的選擇。
3 高壓除氧器全補(bǔ)水方案
3.1 方案
鑒于上述考慮，在與汽輪機(jī)廠的設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會(huì)上，我們提出了冷凝器全補(bǔ)水的要求,這樣不僅有利于冷凝器維持真空、減少循環(huán)水量，而且提高回?zé)嵯到y(tǒng)的效率。充分的理由得到廠家的許可，同意在冷凝器噴嘴上作調(diào)整，實(shí)現(xiàn)全補(bǔ)水。這樣補(bǔ)水系統(tǒng)就變得簡單而可靠。除鹽水全部直接進(jìn)入冷凝器初步除氧，再由凝泵送入高壓除氧器深度除氧，補(bǔ)水系統(tǒng)示意如圖2。
但是由于補(bǔ)水量的增大，原低加系統(tǒng)流量加大，非調(diào)整加熱抽汽的參數(shù)可調(diào)范圍小
，勢必造成凝結(jié)水溫度下降。若選用傳統(tǒng)的淋水盤式除氧器，由于流量增大，會(huì)使霧化水加熱不足，溫升受到限制，致使除氧效果降低；特別是低負(fù)荷時(shí)，進(jìn)口凝結(jié)水溫度偏低
，噴霧加熱后，尚不能完全達(dá)到對應(yīng)壓力下的飽和溫度，使多余氣體無法分離出來，影響深度除氧。因而選擇一個(gè)既能滿足大量補(bǔ)水要求，又能達(dá)到滿意的除氧效果的除氧設(shè)備就顯得非常重要。
3.2 旋膜式高壓除氧器
從傳熱傳質(zhì)機(jī)理上看，除氧器主要有：霧化、泡沸和旋膜。除氧器的主要控制指標(biāo)是淋水密度、提升溫度及溶氧的濃度差。旋膜除氧器的提升溫度可達(dá)到70℃，質(zhì)量濃度由7.6
mg/L降至7μg/L。
3.2.1 工作原理
旋膜除氧器是一種新型熱力除氧器，它依據(jù)亨利定律，在結(jié)構(gòu)上采用了三種不同功能的旋膜管組成的組件，建立了汽態(tài)區(qū)段傳質(zhì)方法，完善了旋膜技術(shù)，旋膜除氧器的傳熱傳質(zhì)方式與已有的液柱式、霧化式和泡沸式不同，它是將射流、旋轉(zhuǎn)膜和懸掛式泡沸三種傳熱傳質(zhì)方式縮化為一體的傳熱傳質(zhì)方式，因此有很高的效率。射流、旋轉(zhuǎn)膜、懸掛泡沸式三種傳熱傳質(zhì)方式源于石化系統(tǒng)的噴射降膜和泡沸傳熱傳質(zhì)方式，不同的是,將噴射冷凝擴(kuò)散管取消，利用噴嘴的射流及飛行冷凝。它不僅具有很大的吸熱功能，而且具有很大的解析能力，將自然降膜改為強(qiáng)力降膜，增加了液膜更新度，使液膜沿管壁強(qiáng)力旋轉(zhuǎn)，卷吸大量蒸汽，增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)功能，將相向泡沸改造為懸掛式泡沸，提高蒸汽流速高時(shí)的泛點(diǎn)(飛濺)，并能保持汽體通道，將獨(dú)立的三種傳質(zhì)傳熱裝置縮化為一體,在一個(gè)單元部件內(nèi)完成。有利于汽水接觸，強(qiáng)化了汽水間的傳熱和傳質(zhì)過程，使溶于水中的氣體易于析出。
3.2.2 主要特點(diǎn)
3.2.2.1 除氧效果好
旋膜除氧器除氧后水中溶氧量，高壓除氧器為1～7μg/L，保證值不大于5μg/L；低壓除氧器為5～7μg/L，保證值不大于7μg/L，完全達(dá)到和超過國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，降低了鍋爐、汽輪機(jī)系統(tǒng)的腐蝕速度。
3.2.2.2 適應(yīng)性強(qiáng)
a）適應(yīng)于入口溶氧量高、水溫低的情況。旋膜除氧器允許高壓除氧器入口水溶氧量達(dá)2
mg／L，入口水溫60℃；允許低壓除氧器入口水溶氧量10mg／L，入口水溫20℃。
b）適應(yīng)操作壓力變化范圍大的情況。高壓旋膜除氧器滑壓域0．002～1 MPa。
c）適應(yīng)低溫補(bǔ)水率大的情況。高壓除氧器低溫補(bǔ)水率為25%，補(bǔ)水溫度60℃。
3.2.2.3 穩(wěn)定性好
當(dāng)負(fù)荷突變25%、瞬間增補(bǔ)給水10%、改用低溫汽源、入口水溫大幅度下降時(shí)，除氧器仍能達(dá)到合格指標(biāo)且除氧器不會(huì)發(fā)生振動(dòng)。
當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，水箱內(nèi)水流分配管能將低溫水直接送至出水口處，完全防止給水泵入口汽化。
3.2.2.4 節(jié)能效果顯著
除氧器排汽量僅為出力的0.1%，不需外設(shè)排汽冷卻器，較之國內(nèi)其它除氧器節(jié)能達(dá)30%以上。
3.2.2.5 結(jié)構(gòu)簡單
因其具有結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，所以易改造，易安裝，維護(hù)工作量小。
3.2.3 使用情況
旋膜除氧器自20世紀(jì)80年代初問世以來，在太原第一熱電廠300 MW機(jī)組，北京第一熱電廠、渾江發(fā)電廠、朝陽發(fā)電廠等幾十臺(tái)200
MW以上機(jī)組工程應(yīng)用良好，尤其適用大量補(bǔ)水，進(jìn)水溫度低工況。目前該類型除氧器在廣東省尚無使用業(yè)績，在茂名熱電廠以煤代油熱電聯(lián)產(chǎn)技改工程中屬于首次應(yīng)用。
4 兩種方案設(shè)備配置投資比較
對于高、低壓除氧器聯(lián)運(yùn)方案，需配置一臺(tái)高壓除氧器、一臺(tái)低壓除氧器、兩臺(tái)高壓除氧器補(bǔ)水泵、四只水位控制閥等，投資約250萬元。
對于高壓除氧器全補(bǔ)水方案，需配置一臺(tái)高壓除氧器、兩只水位控制閥等，投資約100萬元�！ �
5 結(jié)論
顯然，針對該工程，高壓除氧器全補(bǔ)水方案比高、低壓除氧器聯(lián)運(yùn)方案有明顯優(yōu)勢 ：
a）系統(tǒng)簡單可靠，熱經(jīng)濟(jì)性高；
b）控制方便簡單，監(jiān)控要求低，運(yùn)行穩(wěn)定；
c）土建結(jié)構(gòu)輕巧，投資少，布置空間寬敞；
d）設(shè)備初投資少；
e）運(yùn)行費(fèi)用少，安全性高。
綜上所述，我們認(rèn)為采用高壓除氧器全補(bǔ)水方案在保證運(yùn)行安全可靠的前提下，能改善設(shè)備性能，簡化系統(tǒng)配置，是一種合理的設(shè)計(jì)思路。
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