1000 MW 超超臨界機(jī)組凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)處理

張 胤

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

0 概述

上海漕涇電廠2×1 000 MW 機(jī)組汽輪機(jī)采用上汽廠引進(jìn)德國(guó)西門子公司技術(shù)設(shè)計(jì)制造的超超臨界、一次中間再熱、單軸、四缸四排汽（一個(gè)高壓缸、一個(gè)雙流中壓缸和兩個(gè)雙流低壓缸）、雙背壓、八級(jí)回?zé)岢槠?、反?dòng)凝汽式汽輪機(jī)，型號(hào)為N1 000-26.25/600/600，銘牌功率為1 000 MW，保證熱耗7 306 KJ/KWh。

機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)主要由兩個(gè)部分構(gòu)成，凝補(bǔ)水系統(tǒng)以及主凝結(jié)水系統(tǒng)。凝補(bǔ)水系統(tǒng)包括凝補(bǔ)水箱至凝汽器的相關(guān)管路及設(shè)備，主凝結(jié)水系統(tǒng)指由凝汽器至除氧器之間的管路及設(shè)備。上海漕涇電廠原設(shè)計(jì)為純凝機(jī)組，鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為2 956 t/h，補(bǔ)水量約30 t/h，由于近年來(lái)的機(jī)組供熱改造，目前單機(jī)供熱能力已達(dá)到180 t/h，因此每小時(shí)的補(bǔ)水量需210 t 左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了原設(shè)計(jì)的補(bǔ)水量。

補(bǔ)水量的大幅上升，凝結(jié)水系統(tǒng)的含氧量也大幅上升，基本都維持在30～50μg/ l的范圍內(nèi)波動(dòng)，而根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，凝結(jié)水含氧量應(yīng)控制在20μg/ l以下（見(jiàn)圖1）。

圖1 2018年5月2號(hào)機(jī)組凝結(jié)水溶解氧數(shù)據(jù)

1 凝結(jié)水含氧量上升的危害

1）縮短設(shè)備壽命

在主凝結(jié)水系統(tǒng)中，有大量的管道及回?zé)嵩O(shè)備，現(xiàn)代大型汽輪發(fā)電機(jī)組的主凝結(jié)水系統(tǒng)一般會(huì)設(shè)置4個(gè)低壓加熱器以及除氧器。當(dāng)凝結(jié)水系統(tǒng)含氧量突然上升或長(zhǎng)期超標(biāo)運(yùn)行時(shí)，氧氣與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，對(duì)系統(tǒng)管道及回?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)備產(chǎn)生腐蝕。管道被腐蝕后，又會(huì)析出其它金屬離子，進(jìn)一步二次污染凝結(jié)水系統(tǒng)，從而縮短設(shè)備的使用壽命，降低機(jī)組運(yùn)行的可靠性。圖2 就是精處理反洗排水時(shí)的狀態(tài)，可以看到機(jī)組排水槽的水呈暗紅色，鐵離子存在超標(biāo)的情況。

圖2 精處理反沖洗排水

2）降低換熱效率

在汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)中，一般采用的換熱設(shè)備都是表面式換熱器。當(dāng)設(shè)備管道發(fā)生腐蝕時(shí)產(chǎn)生的腐蝕物會(huì)附著在管道內(nèi)壁上，影響換熱效率。同時(shí)，當(dāng)凝結(jié)水中含氧量過(guò)多時(shí)，會(huì)在換熱器管道內(nèi)壁形成一層薄膜，增大熱阻，降低換熱效率。

3）影響機(jī)組效率

在凝結(jié)水系統(tǒng)管道中的大部分位置都處于正壓位置，當(dāng)凝結(jié)水溶氧量持續(xù)超標(biāo)時(shí)，意味著有大量空氣漏入了凝結(jié)水系統(tǒng)中，而其中凝汽器真空嚴(yán)密性不良是一種重要的因素。過(guò)多的空氣漏入凝汽器后，造成真空度下降，影響到機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。所以，通常情況下，凝結(jié)水溶解氧超標(biāo)都伴隨著凝汽器真空嚴(yán)密性不合格同時(shí)發(fā)生（見(jiàn)圖3）。

圖3 2018年1-6月凝結(jié)水溶解氧與真空嚴(yán)密性

2 凝結(jié)水含氧量上升的原因分析

機(jī)組供熱量的持續(xù)增加，凝結(jié)水的溶解氧數(shù)值也在同步增加，主要是由于無(wú)法完全在凝補(bǔ)水箱中就消除凝結(jié)水中溶解的氧氣，隨著機(jī)組供熱后補(bǔ)水量的大幅上升，進(jìn)入凝汽器的空氣也隨之增加，導(dǎo)致溶解氧數(shù)值超標(biāo)。對(duì)凝補(bǔ)水系統(tǒng)的管道及設(shè)備分析，可能造成水中含氧量增加的原因有兩個(gè)：

1）除鹽水箱上部，水面與空氣分層處的浮球數(shù)量不足，導(dǎo)致除鹽水箱中的水能與空氣充分接觸，使水中的含氧量一直處于飽和狀態(tài)。

2）凝汽器的補(bǔ)水管道可以分為啟動(dòng)補(bǔ)水和正常補(bǔ)水，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，使用的是凝汽器喉部的正常補(bǔ)水管道，由于原設(shè)計(jì)的補(bǔ)水量較小，因此補(bǔ)水管道在進(jìn)入凝汽器后，并未設(shè)置噴頭，且僅向凝汽器A 進(jìn)行補(bǔ)水，隨著機(jī)組的供熱改造以及供熱量的增加，補(bǔ)水量逐步增加到原來(lái)的6～7 倍，大量的含氧量較大的凝補(bǔ)水直接進(jìn)入凝汽器（每小時(shí)的凝補(bǔ)水量達(dá)到鍋爐蒸發(fā)量的1/15～1/10)，導(dǎo)致主凝結(jié)水的溶解氧大幅上升。

機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，真空嚴(yán)密性長(zhǎng)期在合格邊緣徘徊，經(jīng)常會(huì)發(fā)生真空嚴(yán)密性超標(biāo)的情況，因此對(duì)真空系統(tǒng)進(jìn)行了細(xì)致的分析和檢查，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的多次排摸，在高壓主汽門A、B龍門架填料處發(fā)現(xiàn)整圈漏空氣的情況。空氣經(jīng)過(guò)大端蓋盤根處被吸入閥體腔室，經(jīng)門桿漏氣管道進(jìn)入系統(tǒng)立管A，按圖紙計(jì)算該處的間隙導(dǎo)致的漏空氣面積約198.1 mm2，相當(dāng)于通徑ID16 mm的管道。

3 凝結(jié)水補(bǔ)水系統(tǒng)改造

凝結(jié)水補(bǔ)水量的增加，原設(shè)計(jì)的粗放型的補(bǔ)水已無(wú)法滿足設(shè)備的需求，因此，對(duì)原正常補(bǔ)水管道進(jìn)行改造。重新設(shè)計(jì)補(bǔ)水管道，將補(bǔ)水管道分為兩路，分別進(jìn)入A、B 凝汽器，并將進(jìn)入凝汽器的補(bǔ)水管道設(shè)計(jì)成環(huán)管的形式，并在管道上安裝噴嘴，使進(jìn)入凝汽器的補(bǔ)水均勻分布，充分與低壓缸排汽接觸，利用排汽溫度更好地析出凝結(jié)水中的氧氣，再用真空泵將這部分析出的氧氣抽走，不再進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)中。

除了噴淋管道的改造以外，噴嘴上也做了一定的改進(jìn)，選擇了螺旋型的噴嘴（見(jiàn)圖4），當(dāng)凝補(bǔ)水通過(guò)噴嘴中間的噴出時(shí)，被噴嘴上的螺旋型結(jié)構(gòu)打散，形成更好的霧化效果，便于凝補(bǔ)水與低壓缸排汽的充分接觸。管道改造完成后，經(jīng)測(cè)試，由于凝補(bǔ)水泵壓力較小，在凝補(bǔ)水調(diào)門開(kāi)度50%以下時(shí)霧化效果并不是很理想，當(dāng)開(kāi)度達(dá)到75%以上時(shí)，可以看到霧化效果非常好?？紤]到機(jī)組的供熱量，凝補(bǔ)水調(diào)門在運(yùn)行中基本處于全開(kāi)狀態(tài)，因此改造完全可以滿足補(bǔ)水霧化的效果。

在改造完成后，機(jī)組的凝結(jié)水溶解氧有了明顯的下降，但還是在合格的邊緣，說(shuō)明對(duì)補(bǔ)水系統(tǒng)的改造雖然有一定的效果，但是還未能徹底解決問(wèn)題。

圖4 螺旋形噴嘴

4 門桿漏氣管道改造

本文通過(guò)對(duì)其它同類型機(jī)組的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)門桿漏汽腔室漏空氣的情況是一個(gè)機(jī)組通病。 根據(jù)主汽門結(jié)構(gòu)圖（圖5）可以看到，漏空氣處為圖中圈內(nèi)部分，空氣經(jīng)過(guò)大端蓋盤根處被吸入閥體腔室，經(jīng)門桿漏氣管道進(jìn)入系統(tǒng)立管A。

圖5 主汽門門桿漏汽結(jié)構(gòu)圖

盤根壓蓋的安裝間隙為1.0～1.39 mm，實(shí)際測(cè)量間隙為0.6 mm，小于圖紙要求的安裝間隙，理論上對(duì)防止真空泄漏更有利，但在實(shí)際運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，盤根無(wú)法完全起到密封作用。在檢修中，更換盤根也無(wú)法徹底解決該處漏空氣的情況，只能在機(jī)組正常運(yùn)行后，在漏空氣處涂抹汽缸密封涂料來(lái)做臨時(shí)封堵。該處溫度由于較高，漏汽量也大，導(dǎo)致汽缸涂料無(wú)法完全凝固，經(jīng)常被吸入門桿漏汽腔室內(nèi)，造成密封失效。

在對(duì)門桿漏汽系統(tǒng)仔細(xì)分析和研究后，利用機(jī)組檢修機(jī)會(huì)，將原先接入凝汽器系統(tǒng)立管A 的門桿漏汽改道接入到清潔疏水?dāng)U容器次高壓集管的預(yù)留口，并增加隔離門，保留原門桿漏汽至系統(tǒng)立管A的管道，在進(jìn)入系統(tǒng)立管前增加隔離門。

改造完成后，機(jī)組的真空嚴(yán)密性情況大幅好轉(zhuǎn)，A、B 兩側(cè)的真空嚴(yán)密性均能維持在0.10 kPa/min，達(dá)到了優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)，在減小了凝汽器總體含氧量的基礎(chǔ)上也提高了機(jī)組的效率（見(jiàn)圖6）。

圖6 門桿漏汽改造示意圖

5 改造后效果

在完成改造后，凝結(jié)水含氧量大幅下降，可以達(dá)到合格的標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖7）。

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，溶解氧超標(biāo)，存在著很大的安全隱患，直接影響到機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此加強(qiáng)監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)分析解決也是刻不容緩的。本文所提到的改造，可以利用機(jī)組調(diào)停和檢修的機(jī)會(huì)進(jìn)行，不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行大范圍改造，即可達(dá)到效果。改造后，提高了機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，可以為其它同類型機(jī)組的改造提供可行的依據(jù)和借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

圖7 2019年某日24小時(shí)凝結(jié)水溶解氧數(shù)據(jù)