旋膜除氧器在供热机组大量补水工况中的应用,除氧器相关-宏庆电力节能环保-产品展示

旋膜除氧器在供热机组大量补水工况中的应用

　

胡波

　

　（广东省电力设计研究院，广东广州510600）

　

    摘　要：通过对广东省茂名电厂1×200 MW机组除氧器的选型，阐述了旋膜除氧器的原理和构造，并通过分析其良好的技术特性和进行投资比较，说明了旋膜除氧器在茂名热电厂以煤代油热电联产技改工程中应用的优势。
    关键词：电站除氧器旋膜溶氧

1 工程简介
　　广东省茂名热电厂5号机为1×200 MW以煤代油热电联产技改工程的机组，向茂名石油化工总公司提供中压及低压参数蒸汽，同时考虑纯凝运行工况。三大主机分别选用哈尔滨三大动力厂产品。汽轮机为超高压一次中间再热、单轴、双抽、三缸双排汽冲动非调整抽汽式机组。冷凝器为双壳体、分体结构、双流程表面式冷凝器，冷凝器下部有淋盘式除氧装置，达到凝结水充分回热除氧的作用。均由哈尔滨汽轮机厂设计制造。
　　中压供汽参数（围墙外1 m）：4 MPa，460℃，100 t/h。低压供汽参数(围墙外1 m)：1．275MPa，300℃，60 t/h。
　　由于中、低压供热蒸汽属于开式供热，共约160 t/h蒸汽无法回收，系统需要大量补充除盐水维持汽、水系统平衡。这与我们常规电厂正常汽水损失补水有很大不同。
2 高、低压除氧器联运方案
2.1 系统及参数
　　哈尔滨汽轮机厂在辅机技术协议中对冷凝器的补水量作了限制，最大补水量为60 t/h。当给水中的溶解氧超过允许值时，就会在给水管道和省煤器中发生点状腐蚀，若省煤器管发生腐蚀穿孔，则不仅会显著降低汽轮机出力，而且会造成停炉。对于热力除氧设备中，在给定的压力下，当水达到饱和温度或稍高于饱和温度时，气相空间的水蒸气分压力接近于气相的总压力。约有90%的溶解氧以小气泡的形式从水中逸出，剩余气体只能以分子形式从水中扩散出来。此时必须加大蒸汽与水的接触面积，缩小氧逸出时所经历的扩散距离，同时造成水的湍流来加强扩散作用，达到深度除氧。若100 t/h的冷水直接进入普通高压除氧器，补水率达到20%，补水温度20℃，氧的质量浓度高达10 mg/L,其水温无法升至对应压力下的饱和温度，除氧效果差。因此对于其余补水量，我们只有考虑另设大气再用补水泵送入高压除氧器，实现溶解氧达标的目的。此时所选用的高压除氧器为常规使用的带恒速喷嘴的淋水盘卧式除氧器。其系统连接及最大抽汽工况参数如图1。

2.2 系统设备水位控制
2.2.1 纯凝工况时的水位控制
　　纯凝工况时正常补水进冷凝器，高压除氧器水位由汽封加热器出口调节阀V1控制；冷凝器热井水位由其进水调节阀V2控制。
2.2.2 抽汽工况时的水位控制
　　抽汽工况时，总补水量为冷凝器与低压除氧器补水量之和。低压除氧器水位由其补水进口调节阀V3控制；冷凝器热井水位由其进水调节阀V2控制；在冷凝器热井水位允许和高压除氧器出口含氧指标合格的前提下尽量补水至冷凝器，以提高给水系统热效率。补水泵进高压除氧器调节阀V4开度稳定在高压除氧器一定工况下的正常水位，水位波动则由V1阀实现调节。
2.2.3 系统布置
　　两台除氧器布置在除氧煤仓间同一层楼板，总荷重约3．626 kN，土建结构梁的设计将会使截面增大，梁高加高，除氧间整个空间减小，通道狭窄，而且均布置在集控室顶层，增加了运行不安全性，给以后的运行、维护、检修都带来很多不便。
　　这种传统系统设计思路虽然能实现溶氧达标，但是系统复杂，布置繁琐，实际是一种无奈的选择。
3 高压除氧器全补水方案
3.1 方案
　　鉴于上述考虑，在与汽轮机厂的设计联络会上，我们提出了冷凝器全补水的要求,这样不仅有利于冷凝器维持真空、减少循环水量，而且提高回热系统的效率。充分的理由得到厂家的许可，同意在冷凝器喷嘴上作调整，实现全补水。这样补水系统就变得简单而可靠。除盐水全部直接进入冷凝器初步除氧，再由凝泵送入高压除氧器深度除氧，补水系统示意如图2。

　　但是由于补水量的增大，原低加系统流量加大，非调整加热抽汽的参数可调范围小，势必造成凝结水温度下降。若选用传统的淋水盘式除氧器，由于流量增大，会使雾化水加热不足，温升受到限制，致使除氧效果降低；特别是低负荷时，进口凝结水温度偏低，喷雾加热后，尚不能完全达到对应压力下的饱和温度，使多余气体无法分离出来，影响深度除氧。因而选择一个既能满足大量补水要求，又能达到满意的除氧效果的除氧设备就显得非常重要。
3.2 旋膜式高压除氧器
　　从传热传质机理上看，除氧器主要有：雾化、泡沸和旋膜。除氧器的主要控制指标是淋水密度、提升温度及溶氧的浓度差。旋膜除氧器的提升温度可达到70℃，质量浓度由7.6 mg/L降至7μg/L。
3.2.1 工作原理
　　旋膜除氧器是一种新型热力除氧器，它依据亨利定律，在结构上采用了三种不同功能的旋膜管组成的组件，建立了汽态区段传质方法，完善了旋膜技术，旋膜除氧器的传热传质方式与已有的液柱式、雾化式和泡沸式不同，它是将射流、旋转膜和悬挂式泡沸三种传热传质方式缩化为一体的传热传质方式，因此有很高的效率。射流、旋转膜、悬挂泡沸式三种传热传质方式源于石化系统的喷射降膜和泡沸传热传质方式，不同的是,将喷射冷凝扩散管取消，利用喷嘴的射流及飞行冷凝。它不仅具有很大的吸热功能，而且具有很大的解析能力，将自然降膜改为强力降膜，增加了液膜更新度，使液膜沿管壁强力旋转，卷吸大量蒸汽，增强传热传质功能，将相向泡沸改造为悬挂式泡沸，提高蒸汽流速高时的泛点(飞溅)，并能保持汽体通道，将独立的三种传质传热装置缩化为一体,在一个单元部件内完成。有利于汽水接触，强化了汽水间的传热和传质过程，使溶于水中的气体易于析出。
3.2.2 主要特点
3.2.2.1 除氧效果好
　　旋膜除氧器除氧后水中溶氧量，高压除氧器为1～7μg/L，保证值不大于5μg/L；低压除氧器为5～7μg/L，保证值不大于7μg/L，完全达到和超过国家标准的要求，降低了锅炉、汽轮机系统的腐蚀速度。
3.2.2.2 适应性强
　　a）适应于入口溶氧量高、水温低的情况。旋膜除氧器允许高压除氧器入口水溶氧量达2 mg／L，入口水温60℃；允许低压除氧器入口水溶氧量10mg／L，入口水温20℃。
　　b）适应操作压力变化范围大的情况。高压旋膜除氧器滑压域0．002～1 MPa。
　　c）适应低温补水率大的情况。高压除氧器低温补水率为25%，补水温度60℃。
3.2.2.3 稳定性好
　　当负荷突变25%、瞬间增补给水10%、改用低温汽源、入口水温大幅度下降时，除氧器仍能达到合格指标且除氧器不会发生振动。
　　当机组甩负荷时，水箱内水流分配管能将低温水直接送至出水口处，完全防止给水泵入口汽化。　　
3.2.2.4 节能效果显著
　　除氧器排汽量仅为出力的0.1%，不需外设排汽冷却器，较之国内其它除氧器节能达30%以上。
3.2.2.5 结构简单
　　因其具有结构简单的特点，所以易改造，易安装，维护工作量小。
3.2.3 使用情况
　　旋膜除氧器自20世纪80年代初问世以来，在太原第一热电厂300 MW机组，北京第一热电厂、浑江发电厂、朝阳发电厂等几十台200 MW以上机组工程应用良好，尤其适用大量补水，进水温度低工况。目前该类型除氧器在广东省尚无使用业绩，在茂名热电厂以煤代油热电联产技改工程中属于首次应用。
4 两种方案设备配置投资比较
　　对于高、低压除氧器联运方案，需配置一台高压除氧器、一台低压除氧器、两台高压除氧器补水泵、四只水位控制阀等，投资约250万元。
    对于高压除氧器全补水方案，需配置一台高压除氧器、两只水位控制阀等，投资约100万元。　　
5 结论
　　显然，针对该工程，高压除氧器全补水方案比高、低压除氧器联运方案有明显优势：
    a）系统简单可靠，热经济性高；
    b）控制方便简单，监控要求低，运行稳定；
    c）土建结构轻巧，投资少，布置空间宽敞；
    d）设备初投资少；
    e）运行费用少，安全性高。
　　综上所述，我们认为采用高压除氧器全补水方案在保证运行安全可靠的前提下，能改善设备性能，简化系统配置，是一种合理的设计思路。

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