火電廠除氧設(shè)備熱經(jīng)濟(jì)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(jì)的發(fā)展，能源和環(huán)境問題成為了一個熱點(diǎn)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(shí)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(jì)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(jì)性能是一個綜合性問題，它體現(xiàn)在除氧器的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)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(jī)四段抽汽將凝結(jié)水加熱到對應(yīng)于除氧器運(yùn)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(jī)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)?，使熱能得到充分利用，提高發(fā)電機(jī)組熱效率；同時，具有貯存鍋爐給水，吸收變負(fù)荷時給水量的變動，保持平衡的機(jī)能。其科學(xué)合理的投運(yùn)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(biāo)

要提高除氧器的經(jīng)濟(jì)性，滿足標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步合理優(yōu)化除氧的性能。其主要性能指標(biāo)如下：

(1)給水溶解氧。要求不大于7 μg/L (大型機(jī)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(jìn)水的平均溫度之差。一般為10～15 ℃，大機(jī)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(jī)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(dāng)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(yùn)期間，如果養(yǎng)護(hù)不善，通常會發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，甚至有些很嚴(yán)重。盡管在設(shè)備起動運(yùn)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(shí)踐表明，降低給水中的溶解氧達(dá)到設(shè)計(jì)值的要求是確保熱力設(shè)備安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jì)計(jì)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(jìn)行各工況的設(shè)計(jì)計(jì)算，校核計(jì)算，確保給水中的溶解氧達(dá)到規(guī)范要求。

(2)檢查除氧器運(yùn)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(dāng)凝結(jié)水溫度無法提高時，應(yīng)開大進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥。

(3)若補(bǔ)給水或回收水含氧量過高，要改變運(yùn)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(jìn)汽，一次汽從除氧頭底部進(jìn)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(jìn)汽，也可由水箱進(jìn)入引至除氧頭底部再進(jìn)入；二次汽可由二級除氧裝置上部進(jìn)入噴霧空間，同時可以采用環(huán)形管進(jìn)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(yùn)行運(yùn)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(yùn)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(jī)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(jì)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(jì)算：

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

需要嚴(yán)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(jī)組，應(yīng)通過實(shí)踐摸索出適當(dāng)?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(jìn)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(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的一個重要指標(biāo)。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(yán)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(jī)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(jī)組運(yùn)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(jī)組熱效率下降。抽汽壓損主要與設(shè)計(jì)、安裝有關(guān)，但如果運(yùn)行操作不當(dāng)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(jī)組負(fù)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(fù)荷工況時的運(yùn)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(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，運(yùn)行壽命和安全可靠性。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)指出，應(yīng)根據(jù)機(jī)組的參數(shù)，運(yùn)行特點(diǎn)及安裝情況來選擇除氧設(shè)備的設(shè)計(jì)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(jī)組的最大消耗量，一般選其為系統(tǒng)熱平衡計(jì)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(jì)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(jī)容量在200MW及以上汽輪機(jī)組的除氧器應(yīng)采用臥式結(jié)構(gòu)；單機(jī)容量在125MW及以下汽輪機(jī)組的除氧器可以采用立式結(jié)構(gòu);單機(jī)容量在300MW及以上汽輪機(jī)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(jī)組的熱效率大大提高。

一體式除氧器作為一種新型、大型機(jī)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(rèn)可。

7 除氧器的調(diào)整、運(yùn)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(jìn)行調(diào)整，使其運(yùn)行獲得最佳的工況。

新除氧器投入運(yùn)行的調(diào)整是對設(shè)計(jì)、制造的特性進(jìn)行鑒定；當(dāng)除氧器運(yùn)行方式(定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行)改變或使用汽源、水源變動時的調(diào)整試驗(yàn)可以判斷、完善新的運(yùn)行方式；除氧器運(yùn)行情況惡化，出水溶氧達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值時的調(diào)整試驗(yàn)是為了查明原因，采取對策。

根據(jù)設(shè)計(jì)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(yàn)的內(nèi)容，進(jìn)行調(diào)整試驗(yàn)，找到符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范內(nèi)的出水溶氧量下最佳的運(yùn)行條件和要求。

7.2 除氧器的運(yùn)行

除氧器的運(yùn)行方式有兩種，即定壓運(yùn)行和滑壓運(yùn)行，一般來說100 MW以下的機(jī)組，用定壓運(yùn)行，100二、榮譽(yù)證書MW以上的機(jī)組除氧器用滑壓運(yùn)行，這是高參數(shù)大容量機(jī)組提高熱經(jīng)濟(jì)的一項(xiàng)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(jìn)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(yùn)行工況進(jìn)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(yùn)行中監(jiān)督的主要指標(biāo)。由于機(jī)組負(fù)荷、進(jìn)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(yùn)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(jī)、鍋爐安全正常運(yùn)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(yùn)行過程中除氧設(shè)備的水位應(yīng)維持在設(shè)計(jì)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(yùn)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?dú)?，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?dú)庵脫Q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(yán)謹(jǐn)?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(jì)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(xiàn)。

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