一種用于汽輪機除氧器的加熱蒸汽梯級利用系統

崔建新

（北京湘環時代科技有限公司，北京 102300）

0 引言

目前，我國的能源利用率在33%左右，比發達國家低10 個百分點，產值耗能比世界平均水平高出兩倍多，導致我國的能源消耗總量大、污染物排放量高，對全球氣候及環境影響備受國際社會關注。為實現到2020 年單位GDP 二氧化碳排放比2005 年下降40%～45%的目標，我國確定了“十三五”節能減排指導思想及目標?！笆濉惫澞軠p排總體要求：全面貫徹黨的十八大和十八屆三中、四中、五中、六中全會精神，深入貫徹習近平總書記系列重要講話精神，認真落實黨中央、國務院決策部署，緊緊圍繞“五位一體”總體布局和“四個全面”戰略布局，牢固樹立創新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，落實節約資源和保護環境基本國策，以提高能源利用效率和改善生態環境質量為目標，以推進供給側結構性改革和實施創新驅動發展戰略為動力，堅持政府主導、企業主體、市場驅動、社會參與，加快建設資源節約型、環境友好型社會，確保完成“十三五”節能減排約束性目標，保障人民群眾健康和經濟社會可持續發展，促進經濟轉型升級，實現經濟發展與環境改善雙贏，為建設生態文明提供有力支撐。

“十三五”節能減排目標：到2020 年，全國萬元國內生產總值能耗比2015 年下降15%，能源消費總量控制在50 億噸標準煤以內；全國化學需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放總量分別控制在2001 萬噸、207 萬噸、1580 萬噸、1574 萬噸以內，比2015 年分別下降10%、10%、15%和15%；全國揮發性有機物排放總量比2015 年下降10%以上。

1 除氧器概述

除氧器是發電廠、熱電聯產工程及余熱利用工廠的主要設備之一，其中熱力除氧器的主要功能是利用利用亨利或道爾頓定律將溶解在水中的氧器離析出來，達到除去水中氧氣的效果。熱力除氧器的加熱蒸汽來自汽輪機的抽汽、排汽，或從鍋爐引來的蒸汽（加熱介質）來加熱凝結水、補充水[1]。按壓力大小，熱力除氧可以分為高壓式、中壓式、大氣式和真空式：高壓除氧器工作壓力為0.618 MPa（對應出水溫度160 ℃），適用于進水溫度高于150 ℃的高壓鍋爐，而中壓除氧器、大氣式除氧器和真空式除氧器的工作壓力分別為0.3～0.4 MPa（對應出水溫度133～143 ℃）、0.118 MPa（對應水溫104 ℃）和0.06～0.09 MPa（除氧器內壓力）。

由于背壓汽輪機熱電聯產工程中，外供蒸汽無法回收，因此系統中需要向除氧器補充大量的除鹽水。

2 某廠采用除氧器加熱蒸汽梯級利用系統分析

2.1 某廠運行中存在的問題

山西某熱電廠的除氧器加熱蒸汽運行工況偏離設計值，背壓機組外供蒸汽不回收，除氧器的補水率為100%補水，供汽量不足、壓力偏低，將除氧器除氧之后的給水溫度提高到158 ℃極為困難[2]。其次，由于電廠采用的是背壓式汽輪機，除鹽水補充水溫度較低（一般為25～30 ℃），除氧器出水溫度較高，因此除鹽水在除氧器中的換熱溫差較大，造成除氧器加熱蒸汽的能源浪費。

2.2 采用除氧器加熱蒸汽梯級利用系統分析

由于背壓汽輪機熱電聯產工程中外供蒸汽無法回收，因此系統需要向除氧器補充大量的除鹽水。除鹽水補充水溫度較低（一般為25～30 ℃），除氧器出水溫度較高，高壓除氧器工作壓力為0.618 MPa，適用于進水溫度高于150 ℃的高壓鍋爐，中壓除氧器工作壓力為0.3～0.4 MPa，除鹽水補充水溫升較高，所需要的除氧器加熱蒸汽參數較高，浪費能源。本系統可以充分利用原除氧器加熱蒸汽的汽化潛熱來做功、發電，由于增加了前置大氣除氧器，首先將除鹽水的溫度從30 ℃升高到104 ℃，提高中壓/高壓除氧器的補水溫度，降低了除氧器的加熱蒸汽量，從而增加主機的發電量。其次，由于采用前置除氧器及功熱汽輪機，對除鹽水補充水的除氧更加充分，同時也彌補了熱電廠廠用電較高的缺點。

本系統是在原有除氧器的補充水系統上，增加前置大氣除氧器及功熱汽輪機，利用原除氧器和新增的前置大氣除氧器之間的加熱蒸汽壓差來進行發電，因此本系統包括新增大氣除氧器、功熱汽輪發電機、前置大氣除氧器凝結水泵。

（1）蒸汽系統。功熱汽輪發電機的進汽取自原中壓/高壓除氧器加熱蒸汽管道，經汽輪機電動主汽門、自動主汽門及調速汽門進入功熱汽輪機，汽輪機排汽排至新增大氣除氧器。

（2）補水系統。本系統新增的前置大氣除氧器與原系統除氧器采用串聯加熱補水系統。前置大氣除氧器的補水引自原系統除氧器除鹽水補充水進水母管，并在補水管道上加裝調節閥組。

（3）凝結水系統。本系統的前置大氣除氧器凝結水經過凝結水泵加壓后，送至原系統除氧器除鹽水母管靠除氧器側。在前置大氣除氧器和原系統除氧器除鹽水補充水管道上加裝有旁路，保障本系統與原系統可切換運行以及系統運行的安全可靠性。前置大氣除氧器凝結水泵出口設置有凝結水再循環管路，以滿足低負荷運行時調節原除氧器水位的需求。

3 本系統適用的領域及運行說明

3.1 與原系統的對比

（1）除氧器加熱蒸汽梯級利用系統增加了前置大氣除氧器加熱除鹽水補充水系統、凝結水系統、功熱汽輪機同步或異步發電系統，結構較原系統復雜，占地面積大，投資高。

（2）除氧器加熱蒸汽梯級利用系統充分利用原除氧器加熱蒸汽的汽化潛熱在功熱汽輪發電機做功發電降低原有電廠或余熱利用工廠的廠用電率，增加了企業的利潤。對除鹽水補充水進行更有效的熱力除氧，減少管道的維修費用。

3.2 適用領域

由于本系統新增前置大氣除氧器（工作壓力0.118 MPa，對應出水溫度104 ℃），并利用原除氧器與新增前置大氣除氧器的壓差來發電，因此本系統適用在采用中壓除氧器或高壓除氧器的熱電廠中。本系統中功熱汽輪機的發電，可以通過升壓變壓器送到高壓電網、與國家電網進行并網同步運行，也可以直接并入到廠用高壓母線進行孤網運行。因此，功熱汽輪機可以配置同步發電機或異步發電機。本系統適用的領域除背壓式熱電聯產自備電廠之外，還有余熱利用向外供蒸汽的鋼廠、水泥廠、石化企業、焦化廠等工業余熱利用單位。

3.3 運行說明

本系統中除鹽水補充水系統、凝結水系統及加熱蒸汽系統上分別設置流量測量裝置。系統投入運行時，根據除鹽水補充水量及水溫調節前置大氣除氧器的加熱蒸汽流量，即調節功熱汽輪機的進汽調節汽門，來保證汽輪機排汽流量滿足大氣除氧器的加熱蒸汽流量。當功熱汽輪機故障或檢修時，關閉功熱汽輪機進出口蒸汽隔離閥，及前置大氣除氧器除鹽水進口電動閥及調節閥和凝結水至原除氧器隔離閥，開啟除鹽水補充水旁路隔離閥，保障系統安全可靠運行。

4 經濟性分析

（1）主機增加的發電利潤。經過對低壓除氧器熱平衡（未考慮全廠汽水損失的補水）計算得出低壓除氧器的進汽量為49 t/h，經過低壓除氧器加熱的補水溫度提升至104 ℃之后進入到中壓除氧器，此時，中壓除氧器所需的加熱蒸汽量為7.4 t/h，主機的抽汽較原來增加6.2 t/h。根據平衡圖汽輪機額定工況下的汽耗為10.38 kg/（kW·h），因此，增加的蒸汽在主機內增加發電量為597.3 kW。上網電價按0.375 元/（kW·h）（含稅）計算，則主機增加的發電利潤為163.3 萬元。

（2）鍋爐增加的煤耗費用。增加的這部分蒸汽所需鍋爐的煤耗為0.903 t/h，則全年增加耗煤量為6582.87 t。標煤價格按600 元/t 計算，則增加煤耗費用為394.972 2 萬元。

（3）功熱汽輪機的發電利潤。功熱汽輪機的綜合發電功率為3750 kW，主機利用小時數按照7290 h 計算，功熱汽輪機的全年發電量為27 337 500 kW·h。購電電價按照0.52 元/（kW·h）（含稅）計算，則功熱汽輪機增加的發電利潤為1421.55 萬元。

綜上所述，采用除氧器加熱蒸汽梯級利用系統所增加的全年收益為1189.877 8 萬元。

5 結束語

節約資源是我國的基本國策。國家實施節約與開發并舉、把節約放在首位的能源發展戰略，鼓勵工業企業采用熱電聯產、余熱余壓利用等先進的用能監測和控制等技術。本系統體現了高壓或中壓除氧器加熱蒸汽的汽化潛熱利用的節能技術思路，符合能源節約與資源綜合利用技術范疇，采用除氧器加熱蒸汽梯級利用系統，不僅能節約能源并且可以節省工程的投資費用。

綜上所述，隨著國家對節能環保的大力提倡，本系統在熱電聯產電廠、鋼廠、水泥廠、石化企業、焦化廠等工業余熱利用單位的節能領域會有很大的發展空間，將帶來更高的效益和能源綜合利用率。