電廠220 MW汽輪機(jī)除氧器循環(huán)加熱方式的改造

李宏偉

(勝利發(fā)電廠,山東257087)

勝利發(fā)電廠一期機(jī)組的回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)中采用YC-700除氧器。除氧器采用臥式、雙封頭、噴霧填料式結(jié)構(gòu),外殼有封頭及筒身組成,內(nèi)件主要有水室、噴嘴、淋水盤及波浪型填料層組成,內(nèi)件均采用不銹鋼制造,設(shè)計壓力為0.98 MPa,最高工作壓力為0.785 MPa,設(shè)計溫度為200℃,最高工作溫度為180℃,工作介質(zhì)為水和蒸汽。除氧器額定出力為700 t/h,除氧器與型號為YS-140的除氧水箱配套使用,幾何容積為175m3,有效容積為140m3,相當(dāng)于12 m in的除氧出水流量。機(jī)組正常運(yùn)行時,來自低壓加熱器的主凝結(jié)水進(jìn)入除氧器頂部水室混合后,經(jīng)噴嘴噴成傘狀水膜,經(jīng)填料淋下。來自機(jī)組四段抽汽的蒸汽作為熱源分兩路進(jìn)入除氧器,由下而上進(jìn)行混合加熱和傳質(zhì),一路由除氧器下部進(jìn)入,經(jīng)填料層進(jìn)入噴霧區(qū),另一路由中部進(jìn)入噴霧區(qū)。凝結(jié)水與蒸汽進(jìn)行熱交換,使溶于水中的氧氣及不凝結(jié)的氣體等得以去除,凝結(jié)水同時被加熱。除氧器加熱系統(tǒng)示意見圖1。機(jī)組啟動前及啟動開始后的一段時間,由于機(jī)組四段抽汽壓力低,使用廠用高壓聯(lián)箱作為除氧器的備用汽源,代替四段抽汽加熱凝結(jié)水。

圖1 除氧器加熱系統(tǒng)的組成

機(jī)組啟動時,需要經(jīng)過中速暖機(jī)、低負(fù)荷暖機(jī)等階段,目的是均勻加熱汽缸,各部件均勻升溫。除氧器水溫過低,就會導(dǎo)致進(jìn)入鍋爐的給水溫度偏低,為調(diào)整主汽溫度,鍋爐需要加大燃燒量,在調(diào)整燃燒量的過程中因主汽流量小,易造成主汽溫度偏高,主汽溫度偏高就要投減溫水,造成溫度大幅度波動,導(dǎo)致汽溫與缸溫的不匹配,延長機(jī)組整體啟動時間。所以,在啟動初期,提高除氧器水溫是鍋爐調(diào)整燃燒的主要手段之一。另一方面,在機(jī)組熱態(tài)啟動時汽包壁溫度較高,必須保證一定的上水水溫,以減小汽包上下壁溫差,避免產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力,縮短汽包壽命。如果啟動時除氧器水溫加熱緩慢,只有依靠延長啟動時間的方式解決,若時間不允許時,有時不得不以犧牲汽包壽命的辦法,采取緩慢上水的方式給汽包上水,對設(shè)備壽命產(chǎn)生不利影響,所以也要求除氧器水溫保證在100℃以上。

改造前,機(jī)組啟動初期除氧器的加熱,主要采用循環(huán)加熱法和再沸騰加熱法。在機(jī)組啟動除氧器上水后,當(dāng)水源的來水溫度較低需要提升水溫時,可使用循環(huán)加熱法加熱。該加熱系統(tǒng)由廠用高壓聯(lián)箱、備用汽源管道、除氧器循環(huán)加熱調(diào)整門、鍋爐疏水箱、爐疏水泵及相應(yīng)的管道閥門組成;運(yùn)行時首先將除氧器水箱的水放入鍋爐疏水箱,通過啟動爐疏水泵再將水送入除氧器的除氧頭,經(jīng)除氧頭內(nèi)的噴嘴噴出進(jìn)入填料,在水噴出的同時,將來自高壓聯(lián)箱的蒸汽經(jīng)備用汽源管道和除氧器循環(huán)加熱調(diào)整門的蒸汽分別由一、二次加熱管送入除氧頭,使水和蒸汽在填料內(nèi)充分混合,被加熱的水回收入水箱。采用循環(huán)加熱法,雖然在一定程度上能夠滿足快速加熱給水的要求,但由于爐疏水箱是一個敞口容器,被加熱到一定溫度的水進(jìn)入疏水箱會大量汽化從爐疏水箱冒出,既增加了工質(zhì)的損失,又影響環(huán)境,而且當(dāng)水溫達(dá)到80℃左右時,由于爐疏水泵的入口處于負(fù)壓狀態(tài),水在入口處就會發(fā)生汽化,導(dǎo)致爐疏水泵產(chǎn)生不打水現(xiàn)象。無法運(yùn)行,水溫也無法進(jìn)一步提高。

為了進(jìn)一步提升水溫,必須啟用再沸騰加熱器,該加熱系統(tǒng)由廠用高壓聯(lián)箱、備用汽源管道、再沸騰電動門等組成。運(yùn)行時來自高壓聯(lián)箱的蒸汽經(jīng)備用汽源管道和再沸騰電動門進(jìn)入除氧器水箱內(nèi)部水面以下蒸汽分配管,從分配管里噴出的蒸汽與水混合加熱水箱內(nèi)的冷水。但是采用這種加熱法,蒸汽從蒸汽分配管中必須克服水的阻力噴出,蒸汽與水的換熱面積小換熱速度較慢,增加蒸汽壓力加快蒸汽流動雖然可以加快加熱速度,但將造成嚴(yán)重的管道振動,而且由于在水箱內(nèi)加熱不均勻,水箱內(nèi)部汽水沖擊造成整個除氧器水箱發(fā)生強(qiáng)烈振動,極易造成除氧頭內(nèi)噴嘴等物件脫落,甚至發(fā)生除氧器因振動過大,導(dǎo)致焊口開裂、除氧器爆破的惡性事故的發(fā)生。

總之采用這種方式,在鍋爐上水前,除氧器內(nèi)水的加熱速度極其緩慢,控制調(diào)整不當(dāng)又威脅到除氧器的安全運(yùn)行,在機(jī)組啟動過程中,更難保證既除氧器能夠保持合適的水溫。在現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行中,兩種方法本身存在著固有的缺點(diǎn),盡管在機(jī)組啟動過程中,加強(qiáng)了對除氧器水溫的現(xiàn)場監(jiān)視、控制和調(diào)整,但效果并不理想,很難保證除氧器水溫在 100℃以上。

為了更好地解決這一問題,決定結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況對該系統(tǒng)進(jìn)行改造,改造方案在1#和2#機(jī)除氧器放水母管增加一路放水管道(安裝一截止閥),接至鍋爐疏水泵的入口,見圖1。當(dāng)需要除氧器上水投加熱時,關(guān)閉爐疏水箱至疏水泵入口門,將除氧器內(nèi)的水放至鍋爐疏水泵入口,啟動疏水泵,投入除氧器的循環(huán)加熱系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)快速將除氧器的加熱。由于除氧器在22 m運(yùn)轉(zhuǎn)層,而爐疏水泵安裝在-3 m,這樣進(jìn)入爐疏水泵的水即使在除氧器內(nèi)處于飽和狀態(tài),由于有25m的倒灌高度,提高了疏水泵的入口壓力,水在爐疏水泵入口已經(jīng)變?yōu)椴伙柡蜖顟B(tài),不會發(fā)生汽化,疏水泵可維持穩(wěn)定運(yùn)行,在啟動初期保持除氧器水溫100℃以上。改造后的系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)電廠一期的兩臺機(jī)組共同使用,屆時只需要簡單的將臨機(jī)除氧器加熱系統(tǒng)隔絕即可。

系統(tǒng)改造后,由于即使水溫高于100℃爐疏水泵也不會汽化,還可以實(shí)現(xiàn)不開給水泵,利用疏水泵直接將高于100℃的水輸送至鍋爐(即鍋爐反上水方式),系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性有所提高,并可以節(jié)約廠用電耗。系統(tǒng)改造只需截止閥一只,管道不到10 m,工作量不大,投資約6000元。

系統(tǒng)改造結(jié)束后,即趕上2#機(jī)組機(jī)組熱態(tài)啟動,通過對比試驗(yàn),除氧器水溫加熱速度由使用再沸騰加熱方式的0.1℃/m in,很容易升高到2℃/min (根據(jù)除氧器的設(shè)計要求,投入除氧器加熱,必須控制除氧器水溫溫升速度不超過2℃/min),鍋爐上水時水溫達(dá)到100℃以上,大大提高鍋爐上水速度。為了把水溫由20℃加熱到 100℃,改造前需要13 h,改造后可縮短到1 h以內(nèi),即機(jī)組啟動一次可多發(fā)電12 h,并且設(shè)備的安全運(yùn)行得到保障。

在機(jī)組啟動過程中,維持爐疏水泵運(yùn)行,鍋爐使用正上水方式用給水泵給鍋爐上水,通過控制加熱蒸汽流量的方法,利用該循環(huán)加熱方式一直持續(xù)到除氧器切換為正常運(yùn)行加熱汽源——四段抽汽,在低負(fù)荷階段除氧器水溫始終維持在100～110℃,對鍋爐調(diào)整燃燒起到了積極的作用,加快了機(jī)組的啟動速度,縮短了機(jī)組整體啟動時間。1#機(jī)組小修結(jié)束后,鍋爐酸洗及機(jī)組冷態(tài)啟動同樣使用該系統(tǒng)運(yùn)行,效果理想。目前改造的系統(tǒng)在歷次的機(jī)組啟動過程中均發(fā)揮了作用。