火電廠除氧設(shè)備熱經(jīng)濟性分析

(哈爾濱鍋爐廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150046)

0 引 言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源和環(huán)境問題成為了一個熱點問題，應(yīng)該引起全社會的重視。隨著國家火電 “上大壓下”的實施，以及脫硫脫銷等環(huán)保裝置在電廠的應(yīng)用，火電廠對大氣的污染已經(jīng)大大地降低了。電廠除氧設(shè)備經(jīng)濟性能的提高對電廠節(jié)能減排將起到關(guān)鍵的作用，如何提高除氧器設(shè)備的經(jīng)濟性能是一個綜合性問題，它體現(xiàn)在除氧器的設(shè)計、安裝、運行、監(jiān)督和保養(yǎng)等方面[1-7]。

1 除氧器在電廠回?zé)嵯到y(tǒng)中的作用

火電廠除氧器是利用汽輪機四段抽汽將凝結(jié)水加熱到對應(yīng)于除氧器運行壓力下的飽和溫度，除去溶解于給水中的氧氣及其它不凝結(jié)氣體，以防止或減輕鍋爐、汽輪機及其附屬設(shè)備管道等的氧腐蝕；作為一級加熱器，將鍋爐給水加熱通過本級回?zé)幔篃崮艿玫匠浞掷茫岣甙l(fā)電機組熱效率；同時，具有貯存鍋爐給水，吸收變負荷時給水量的變動，保持平衡的機能。其科學(xué)合理的投運則能提高整個電廠的效率, 同時對電廠的節(jié)能減排也是十分有利的。

2 除氧器的主要性能指標

要提高除氧器的經(jīng)濟性，滿足標準規(guī)定的基本性能要求是必須的，除此之外，我們應(yīng)該想辦法進一步合理優(yōu)化除氧的性能。其主要性能指標如下：

(1)給水溶解氧。要求不大于7 μg/L (大型機組要求不大于5 μg/L)。

(2)除氧器的出力。單位t/h，是指除氧器出水管在單位時間內(nèi)輸出符合規(guī)定溶解氧含量的給水量。它有額定出力、最大出力和最小出力。

(3)排汽量。單位t/h，一般為額定抽汽量的5‰，在條件允許的情況下應(yīng)盡量減少排氣量。

(4)溫升。單位℃，溫升是指除氧器工作壓力下的飽和溫度與除氧器進水的平均溫度之差。一般為10～15 ℃，大機組為20～35 ℃。

3 降低鍋爐給水中溶氧量

溶解于水中的氣體對熱力設(shè)備的危害表現(xiàn)在兩方面。其一，那些在熱力設(shè)備工作條件下不發(fā)生相變的的氣體會影響能量轉(zhuǎn)換過程中的傳熱效果，增加機組的不可逆損失。其二，以氧為主體對熱力設(shè)備金屬的腐蝕作用會大大縮短設(shè)備的使用壽命，降低設(shè)備的可靠性，甚至導(dǎo)致不可預(yù)測的事故。

在熱力系統(tǒng)中的水和汽的溫度一般都比較高，并且氧化腐蝕具有局部性和延續(xù)性，所以氧化腐蝕速度相當快。氧化腐蝕通常發(fā)生在給水管道及集箱、省煤器、疏水箱、低位水箱、凝結(jié)水泵出口和除氧器的除氧頭等處。

熱力設(shè)備在安裝、存放及停運期間，如果養(yǎng)護不善，通常會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，甚至有些很嚴重。盡管在設(shè)備起動運行前要清洗掉腐蝕產(chǎn)物，但留存下的腐蝕陷坑還會成為腐蝕電池的陰極，繼續(xù)發(fā)生腐蝕。因此，實踐表明，降低給水中的溶解氧達到設(shè)計值的要求是確保熱力設(shè)備安全、經(jīng)濟運行的重要工作。

為了降低除氧器出水含氧量可以采取如下的措施：

(1)在除氧器的設(shè)計計算中，遵循質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律，按熱力系統(tǒng)平衡圖進行各工況的設(shè)計計算，校核計算，確保給水中的溶解氧達到規(guī)范要求。

(2)檢查除氧器運行方式有無變化，如因凝結(jié)水溫度過低，應(yīng)提高凝結(jié)水溫度，當凝結(jié)水溫度無法提高時，應(yīng)開大進汽調(diào)節(jié)閥。

(3)若補給水或回收水含氧量過高，要改變運行方式，可以從再沸騰管通入輔助蒸汽，使除氧器中的水再沸騰，起到輔助除去給水中的氧氣及其它不凝結(jié)氣體的作用。

(4)雙體式除氧器，可調(diào)整除氧頭上、下加熱蒸汽的分配比例。為防止排汽帶水、設(shè)備振動，采用二路進汽，一次汽從除氧頭底部進入，為使蒸汽沿除氧器殼體截面均勻上升，可以采用環(huán)形管進汽，也可由水箱進入引至除氧頭底部再進入；二次汽可由二級除氧裝置上部進入噴霧空間，同時可以采用環(huán)形管進汽使蒸汽均勻上升。

(5)對設(shè)備作定期檢查，如發(fā)現(xiàn)噴嘴有堵塞物，則應(yīng)清除堵塞物體，使噴嘴的噴霧狀態(tài)恢復(fù)到理想狀態(tài)；如發(fā)現(xiàn)除氧盤或填料有脫落現(xiàn)象，則應(yīng)使其恢復(fù)到原來的位置。

4 合理布置排汽系統(tǒng)和設(shè)置排汽回收系統(tǒng)

一般要求啟動排汽和連續(xù)運行運行排汽分開設(shè)置，這樣有利于系統(tǒng)的布置。根據(jù)排汽量的多少和設(shè)備長度合理設(shè)置排汽口和節(jié)流孔板的數(shù)量，連續(xù)運行排汽口應(yīng)該均勻布置在除氧器的上部汽空間，對于大機組來說，排汽管路太多會給管道布置帶來困難，可以將各連續(xù)排汽管匯集到1根直徑較大的排汽母管上，使分離出的氣體能及時排出。為了使除氧器能充分地排氣而由不過分地增大熱損失，一般要求排汽流量控制在額定抽汽量的5‰。排汽管的內(nèi)徑按蒸汽最大流速為45 m/s來計算，但不管怎樣，排汽管的內(nèi)徑不得小于Dg25。排汽母管的面積至少應(yīng)是各排汽管面積總和的5倍，排汽節(jié)流孔板的面積按下式計算：

式中：M為連續(xù)排放的蒸汽流量(kg/h)；P為殼側(cè)運行壓力(MPa)。

需要嚴格控制排汽閥的開度。為了有效的除氧，必須將水中分離出來的氧氣和不凝結(jié)氣體經(jīng)排汽閥及時排出。閥門開度大小對溶解氧是有影響的。開度小，不僅不利于氣體排出，而且也影響除氧器內(nèi)的蒸汽流速。開度過大，雖然有利于改善除氧效果，但要增大汽、水損失和熱量損失。因此一定要兩者兼顧，既要做到能把氣體排出，又不造成過多損失。對于不同的機組，應(yīng)通過實踐摸索出適當?shù)呐牌y開度。

對于除氧器的排汽回收系統(tǒng)可以采用表面式熱交換，它既能回收余熱，又能夠充分分離余汽中的氧量。工作流程如圖1所示，將除鹽水管道過來的冷水接入除氧器排汽余熱回收裝置的水側(cè)，然后把除氧器分離出來的余汽接人除氧器排汽余熱回收裝置的汽側(cè)，讓水和汽在裝置的管束內(nèi)進行充分的熱量交換，并且把汽側(cè)的冷凝水再回收利用，最后把加熱后的除鹽水再送入除氧器除氧加熱。除氧器排汽余熱回收裝置本體以及加熱后的出水管道需要保溫，它可減少回收后的熱量損失。

圖1 除氧器排汽回收裝置系統(tǒng)圖

5 提高除氧器給水溫度和出水溫度

給水溫度是回?zé)嵫h(huán)效率的具體體現(xiàn)，是影響機組運行經(jīng)濟性的一個重要指標。提高給水溫度的途徑：

(1)利用抽汽加熱凝汽器凝結(jié)水，提高除氧器給水溫度。

(2)保證低加正常投入，控制給水溫度在額定值。

(3)為了保證除氧器的出水溫度，必須嚴格控制除氧器的抽汽壓力，來保證除氧器在合適的工作壓力下工作。降低除氧器的抽汽壓損可以提高除氧器的出口水溫。

除氧器的抽汽壓損是指從汽輪機抽汽口至除氧器的抽汽管道的總壓力損失，包括沿程阻力和局部阻力損失兩部分。因此抽汽壓損可以如下表述：

ΔP=(ξ+λ)Ρc2/2。

式中：ξ為局部阻力系數(shù)；λ為沿程阻力損失系數(shù)；c為抽汽管內(nèi)蒸汽的平均流速。

機組運行時，抽汽壓損增加將使除氧器內(nèi)壓力降低，則除氧器出口水溫降低，使整個機組熱效率下降。抽汽壓損主要與設(shè)計、安裝有關(guān)，但如果運行操作不當或疏忽，抽汽管上的閥門未全開，則壓損ΔP增加。若壓力自動調(diào)節(jié)閥失靈，應(yīng)開啟調(diào)節(jié)閥的旁路閥，維持除氧器壓力。若機組負荷降低而除氧器壓力降低到切換壓力以下時，應(yīng)聯(lián)動開啟高一級抽汽閥門或投入廠用輔助汽源。

(4)降低除氧器端差

除氧器端差：

TTD=ts-t1。

式中：ts為除氧器壓力下的飽和溫度；t1為除氧器出水溫度。

影響除氧器端差的因素主要有加熱蒸汽流量與壓力參數(shù)，加熱蒸汽流量與壓力不穩(wěn)定造成端差增大。

除氧器本身的影響，除氧器結(jié)構(gòu)的原因?qū)е陆o水沒有被蒸汽充分加熱就從出水管流入了下一級的加熱換熱設(shè)備，如噴嘴的霧化效果、淋水盤對給水的破碎、剖析及延緩加熱時間作用、再沸騰裝置在啟動及低負荷工況時的運行等。

除氧設(shè)備存在一定的泄露，如雙體式除氧器中除氧頭和水箱之間的連接管，服役時間比較長的雙體式除氧器比較常見在此處存在一定的泄露，如發(fā)現(xiàn)泄露，應(yīng)第一時間采取措施消除泄露。

(5)增加保溫層厚度，以減小向環(huán)境的散熱量；設(shè)法減小設(shè)備外壁表面空間與空氣的換熱系數(shù)，減少除氧設(shè)備的散熱損失。

6 除氧設(shè)備的選擇

能否合理地選用除氧設(shè)備，直接關(guān)系到機組的經(jīng)濟性，運行壽命和安全可靠性。實際經(jīng)驗指出，應(yīng)根據(jù)機組的參數(shù)，運行特點及安裝情況來選擇除氧設(shè)備的設(shè)計參數(shù)、容量和結(jié)構(gòu)型式。

(1)額定出力的選擇

除氧設(shè)備的額定出力主要取決于機組的最大消耗量，一般選其為系統(tǒng)熱平衡計算中的最大給水量的105%。

(2)工作壓力的選擇

通過技術(shù)經(jīng)濟分析論證，確定除氧設(shè)備的工作壓力。

(3)除氧設(shè)備結(jié)構(gòu)型式的選擇

火力發(fā)電廠的除氧設(shè)備，就其除氧頭和水箱的位置來分，可分為雙體式除氧器和一體式除氧器。單機容量在200MW及以上汽輪機組的除氧器應(yīng)采用臥式結(jié)構(gòu)；單機容量在125MW及以下汽輪機組的除氧器可以采用立式結(jié)構(gòu);單機容量在300MW及以上汽輪機組的除氧器采用一體式除氧器。

一體式除氧器的應(yīng)用降低了除氧器的占用空間，降低了除氧器的整體高度，避免了除氧頭和給水箱的工地對接，降低了除氧器的整體重量，減少了基礎(chǔ)載荷和土建投資。

一體式除氧器具有更低的排汽損失，常規(guī)除氧器排汽量為額定抽汽量的5‰，其排汽量僅為額定抽汽量的1～3‰，這使得機組的熱效率大大提高。

一體式除氧器作為一種新型、大型機組的熱力除氧設(shè)備以其優(yōu)越的性能和良好的性價比，得到越來越多的用戶的認可。

7 除氧器的調(diào)整、運行、監(jiān)督和停用保養(yǎng)

7.1 除氧器的調(diào)整

要使除氧器能獲得良好的除氧效果，除了除氧設(shè)備本身具有良好的性能外，還需對其進行調(diào)整，使其運行獲得最佳的工況。

新除氧器投入運行的調(diào)整是對設(shè)計、制造的特性進行鑒定；當除氧器運行方式(定壓運行和滑壓運行)改變或使用汽源、水源變動時的調(diào)整試驗可以判斷、完善新的運行方式；除氧器運行情況惡化，出水溶氧達不到標準值時的調(diào)整試驗是為了查明原因，采取對策。

根據(jù)設(shè)計除氧器提出的技術(shù)要求結(jié)合使用說明書中的條件和規(guī)定，有目的地針對調(diào)整試驗的內(nèi)容，進行調(diào)整試驗，找到符合標準規(guī)范內(nèi)的出水溶氧量下最佳的運行條件和要求。

7.2 除氧器的運行

除氧器的運行方式有兩種，即定壓運行和滑壓運行，一般來說100 MW以下的機組，用定壓運行，100二、榮譽證書MW以上的機組除氧器用滑壓運行，這是高參數(shù)大容量機組提高熱經(jīng)濟的一項重要措施。

7.3 除氧器的監(jiān)督

使用除氧器的單位應(yīng)對出水溶解氧、壓力和溫度以及水位進行監(jiān)督。

(1)監(jiān)督出水溶解氧

定期從除氧器的取樣管中抽取水樣測定溶解氧，測定方法可參照GB12157-89《鍋爐用水和冷卻水分析方法》或采用儀表連續(xù)測量，根據(jù)測定結(jié)果對運行工況進行有效監(jiān)督。

(2)監(jiān)督壓力和溫度

壓力、溫度是除氧器正常運行中監(jiān)督的主要指標。由于機組負荷、進水溫度的變化以及水箱水位的波動等，都會破壞除氧器內(nèi)壓力和溫度的對應(yīng)關(guān)系，從而影響其除氧效果。因此，在運行過程中，要監(jiān)督除氧器的壓力和溫度。

(3)監(jiān)督水位

除氧設(shè)備水位的穩(wěn)定，是保證給水泵、汽機、鍋爐安全正常運行的重要條件。由于除氧設(shè)備的幾何容積確定以后，其有效容積是靠液位檢測、調(diào)節(jié)裝置來監(jiān)視、調(diào)節(jié)的。運行過程中除氧設(shè)備的水位應(yīng)維持在設(shè)計規(guī)定的范圍之內(nèi)，使其有效容積得到充分利用。

7.4 除氧器的停用保養(yǎng)

鍋爐給水系統(tǒng)中的氧腐蝕常常發(fā)生在起動、停運及備用或保養(yǎng)期間。因此除氧設(shè)備在停用期間，應(yīng)依照相應(yīng)規(guī)范和使用說明書采取保養(yǎng)措施。

(1)濕式保養(yǎng)。將含有一定濃度的聯(lián)氨的水溶液充滿除氧設(shè)備及給水系統(tǒng)，并壓入氮氣，維持壓力在0.05 MPa；

(2)干燥保養(yǎng)。排凈系統(tǒng)及設(shè)備內(nèi)積水，在設(shè)備內(nèi)部放置防銹劑和吸濕劑，用約5倍內(nèi)容積的氮氣置換空氣且維持壓力在0.05 MPa。

8 結(jié)束語

除氧器效率的提高對于整個電廠的發(fā)電效率的提高起到了至關(guān)重要的作用，只要我們以嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度去對待影響除氧器效率的每一個環(huán)節(jié)，努力提高除氧器的經(jīng)濟性和熱效率，就一定能為我國的能源戰(zhàn)略做出自己的一份貢獻。

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