某型真空除氧器的噴淋結(jié)構(gòu)及研究

鄒 歡，朱紀慶，胡文青

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機廠，上海 200090)

某型真空除氧器的噴淋結(jié)構(gòu)及研究

鄒 歡，朱紀慶，胡文青

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機廠，上海 200090)

目前，國內(nèi)空冷機組的除氧器普遍存在凝結(jié)水含氧量偏高的問題。為了研究噴霧-淋水盤式真空除氧器結(jié)構(gòu)的有效性，建立了真空除氧器的性能試驗系統(tǒng)。通過定性分析，確定了凝結(jié)水含氧量、流量、補水含氧量、真空泄漏氧量等因素對除氧器性能的影響。為空冷機組加裝噴霧-淋水盤式真空除氧器的設(shè)計與技術(shù)開發(fā)，提供依據(jù)。

機組； 空冷； 真空； 除氧器； 含氧量； 噴霧； 淋水盤； 試驗

0 概 述

隨著我國電力工業(yè)的發(fā)展，在富煤缺水地區(qū)或干旱地區(qū)，建立了較多的大型空冷發(fā)電機組。為了節(jié)約水資源，此類機組的凝汽系統(tǒng)，均采用空氣作為冷卻介質(zhì)。對于空冷機組而言，由于空冷散熱器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，安裝時，難以對設(shè)備做到完全密封，且存在備用凝結(jié)水泵的密封不嚴、補水除氧效果不理想等問題。由于此類因素，造成空冷機組的凝結(jié)水溶氧量普遍超標[1]。當機組熱力系統(tǒng)中凝結(jié)水的含氧量較高時，不僅會對低加等回?zé)嵩O(shè)備、附屬管路及閥門造成腐蝕，還降低了機組運行的可靠性和安全性，同時，也影響了機組的發(fā)電效率。因此，在鍋爐給水處理工藝過程中，除氧是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)[2]。為解決空冷機組凝結(jié)水含氧量偏高的問題，主要解決措施是在凝結(jié)水箱內(nèi)安裝除氧裝置，或在排汽聯(lián)合裝置內(nèi)除氧和改進凝汽器補水進入方式等[3,4]。

目前采用的空冷機組真空除氧方式，在實際應(yīng)用中都不夠理想[1,5]，除氧設(shè)備的使用仍然存在問題。因此，加強對空冷機組真空除氧設(shè)備的性能研究，提高空冷機組真空除氧的效果，從而降低凝結(jié)水的溶氧量，以滿足電廠對水處理的要求。

當前，在電廠熱力系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛除氧設(shè)備，是一體化除氧器。一體化除氧器的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。在一體化除氧器內(nèi)，利用噴嘴對凝結(jié)水進行霧化，再噴入汽空間進行初步除氧，讓汽輪機抽汽進入水空間進行深度除氧。在正壓條件下，該類型除氧器的除氧效果較好。但在真空條件下，由于除氧器內(nèi)部的水壓頭過大，加熱蒸汽無法穿過水空間，故此類結(jié)構(gòu)不再適用。利用噴霧-淋水盤式除氧頭，首先使凝結(jié)水通過彈簧小噴嘴而霧化，再通過多層淋水盤結(jié)構(gòu)，形成大量細水流，讓加熱蒸汽從下部的接管進入,與細水流形成十字形交叉并接觸傳熱,同時除去細水流中的氧分。在真空條件下，此類結(jié)構(gòu)的除氧效果更好。噴霧-淋水盤式除氧頭的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 一體化除氧器示意圖

圖2 噴霧-淋水盤式除氧頭示意圖

1 真空除氧器的性能試驗

以空冷機組凝結(jié)水的真空除氧為背景，采用噴霧-淋水盤式除氧結(jié)構(gòu),搭建了凝結(jié)水和補水真空除氧器的性能試驗系統(tǒng)，以低壓干飽和蒸汽為熱源，在15 kPa壓力下進行真空除氧性能試驗。根據(jù)凝結(jié)水含氧量、流量、補水含氧量、真空泄漏氧量等參數(shù)變化，研究了這些因素對真空除氧的影響，為空冷機組外置式噴霧-淋水盤式真空除氧器的設(shè)計和開發(fā)，提供試驗依據(jù)。

真空除氧器性能試驗系統(tǒng)的布置，如圖3所示。試驗裝置內(nèi)包括了三大系統(tǒng)，以除氧系統(tǒng)作為核心，設(shè)計了模擬噴霧-淋水盤的除氧器結(jié)構(gòu)，并布置有2只彈簧式噴嘴，具有8層錯列布置的淋水盤。利用除氧輔助系統(tǒng)，維持整個試驗系統(tǒng)的工作。設(shè)置了測量控制系統(tǒng)，測量試驗參數(shù)，并記錄存儲。同時，可實現(xiàn)系統(tǒng)的自動控制，維持試驗工況的穩(wěn)定，并能調(diào)節(jié)與改變試驗工況。

圖3 真空除氧試驗系統(tǒng)

2 真空除氧器的試驗結(jié)果及分析

2.1 凝結(jié)水加熱能力分析

設(shè)定凝結(jié)水流量為恒定值，約13 t/h。在不同凝結(jié)水溫度條件下(26.6～49.78℃)，測定各層淋水盤的平均溫度，研究真空除氧器內(nèi)部結(jié)構(gòu)對凝結(jié)水的加熱能力。

當壓力約為15 kPa時，測量了真空除氧器內(nèi)各層淋水盤的平均溫度。各層的平均溫度，如表1所示。最下層淋水盤的下方設(shè)定為第0層，最下層的上方設(shè)定為第1層，由下往上，逐層遞加，最頂層為第8層。

從表1中第11組的試驗數(shù)據(jù)可知，當凝結(jié)水流量為恒定值時，在不同凝結(jié)水溫度的條件下，各層淋水盤的水溫，均達到了15 kPa壓力下對應(yīng)的飽和溫度。因此得出，該噴霧-淋水盤式除氧器結(jié)構(gòu)，對凝結(jié)水具有良好的加熱能力，可實現(xiàn)凝結(jié)水的深度除氧。

表1 不同凝結(jié)水溫度下各層淋水盤的溫度

序號0層/℃1層/℃2層/℃3層/℃4層/℃5層/℃6層/℃7層/℃8層/℃給水溫度/℃流量/t·h-1153.853.853.553.853.853.753.753.553.526.6012.90253.753.853.553.853.753.553.753.553.827.0013.03353.853.853.553.853.853.753.853.653.528.4713.35453.853.953.553.853.753.653.753.653.830.9513.28553.853.953.553.953.953.853.853.653.631.7013.31653.853.853.553.853.853.653.853.653.633.1613.08753.853.853.553.853.853.753.753.553.634.8813.38853.753.853.553.853.653.553.753.553.835.5113.16953.853.953.553.853.853.753.853.653.740.3912.911053.753.953.553.753.753.553.753.653.844.9913.151153.753.953.553.853.753.553.753.653.949.7812.96

2.2 對凝結(jié)水除氧性能的試驗

(1)設(shè)定凝結(jié)水溫度約為44℃，流量約為13.5 t/h。當不同凝結(jié)水的含氧量為110～1 800 μg/L的條件下，通過測定除氧水的含氧量，研究凝結(jié)水含氧量對除氧器除氧性能的影響規(guī)律。各工況下除氧器除氧水的含氧量曲線，如圖4所示。

圖4 除氧器的除氧性能(凝結(jié)水流量13.5 t/h)

由圖4可知，隨著凝結(jié)水含氧量的增加(≤1 800 μg/L)，除氧水的含氧量相應(yīng)增加。當凝結(jié)水溫度約為44℃，流量約為13.5 t/h時，若凝結(jié)水的含氧量小于500 μg/L，可滿足除氧器出水的含氧量小于30 μg/L。這樣的除氧器性能，可滿足超臨界機組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量的要求，也符合DL/T 912-2005標準中的要求。

(2)設(shè)定凝結(jié)水溫度約為44℃，流量約為7 t/h，在不同凝結(jié)水含氧量(375～900 μg/L)的情況下，通過測定除氧水的含氧量，研究凝結(jié)水含氧量對除氧器除氧性能的影響規(guī)律。在不同工況下，除氧器除氧水含氧量的變化曲線，如圖5所示。

圖5 除氧器的除氧性能(凝結(jié)水流量7 t/h)

由圖5可知，當凝結(jié)水溫度約為44℃，流量約為7 t/h的工況下，若凝結(jié)水的含氧量小于884 μg/L，可滿足除氧器出水的含氧量小于30 μg/L，符合超臨界發(fā)電機組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量要求，也符合標準中的要求。

(3)根據(jù)圖4、圖5所示的試驗工況，可進一步對比凝結(jié)水流量對除氧器性能的影響，研究除氧效率的變化規(guī)律。可以發(fā)現(xiàn)，在凝結(jié)水含氧量相同的情況下，當流量為7 t/h時，比流量為13.5 t/h時的除氧效果更好，即凝結(jié)水流量較小時，除氧效果更佳。

2.3 對補水除氧的試驗

采用自來水作為補水，設(shè)定補水流量約為13.5 t/h，不同補水的含氧量約為4 050～6 340 μg/L。經(jīng)除氧器除氧后，測定除氧水的含氧量，研究了真空除氧器對補水進行除氧的性能。在不同工況下，除氧后補水的含氧量的變化曲線，如圖6所示。

圖6 除氧器的除氧性能(補水流量13.5 t/h)

由圖6可知，真空除氧器對補水的除氧效果很好。但隨著補水含氧量的增加，除氧水含氧量也相應(yīng)增加。當補水流量約為13.3 t/h時，補水的進水的含氧量高達6 340 μg/L，此時，經(jīng)除氧后，仍能滿足補水含氧量小于260 μg/L的要求。

當補水量較大時，應(yīng)采用獨立的噴霧-淋水盤式真空除氧器，對補水進行初步除氧，然后再接入凝汽器。這樣較易滿足電廠對凝結(jié)水水質(zhì)的要求。對于抽氣較多、補水量較高的供熱機組而言，利用獨立的真空除氧器，以降低補水在凝結(jié)水中溶氧量，更具有實際的應(yīng)用價值。

2.4 氧量增加對除氧性能的影響

由于真空系統(tǒng)存在泄漏，且加熱蒸汽會攜帶一部分氧量進入真空除氧器，將影響除氧器的除氧效果。設(shè)定工況壓力為15 kPa，泄漏氧量為2 600～85 000 μg/h的情況下，通過測定除氧水中的含氧量，研究真空泄漏量對除氧性能的影響。在不同真空泄漏氧量的工況下，真空除氧器的除氧性能曲線，如圖7所示。

圖7 真空泄漏氧量對除氧性能的影響

由圖7可知，真空泄漏的氧含量越多，除氧水的含氧量相應(yīng)增加。當單位時間內(nèi)進入除氧器的氧量小于6 000 μg/h時，除氧水的含氧量小于30 μg/L。因此，為降低給水中的含氧量，應(yīng)提高真空除氧系統(tǒng)的密封性，并嚴格檢測加熱蒸汽中的含氧量，同時減少外部空氣的漏入。

3 結(jié) 語

針對空冷機組普遍存在的凝結(jié)水含氧量偏高的問題，提出了采用噴霧-淋水盤式真空除氧器結(jié)構(gòu)，搭建了凝結(jié)水和補水真空除氧器性能試驗系統(tǒng)。通過試驗得知，在管控給水含氧量時，還需注意運行方面的參數(shù)。

(1)當壓力約為15 kPa，凝結(jié)水流量為13 t/h時，采用噴霧-淋水盤式除氧器結(jié)構(gòu)，對凝結(jié)水具有良好的加熱能力，可實現(xiàn)對凝結(jié)水的深度除氧。

(2)隨著凝結(jié)水含氧量的增加，除氧水含氧量相應(yīng)增加。當凝結(jié)水流量較小時，除氧效果更佳。因真空泄漏的氧含量越多，除氧水的含氧量將相應(yīng)增加。

(3)當凝結(jié)水溫度約為44℃，流量約為13.5 t/h時，若凝結(jié)水含氧量小于500 μg/L，仍可滿足除氧水的含氧量小于30 μg/L。當流量約為7 t/h時，若凝結(jié)水的含氧量小于884 μg/L，仍可滿足除氧水的含氧量小于30 μg/L的要求。

(4)當單位時間進入除氧器的氧量小于6 000 μg/h時，除氧水的含氧量仍小于30 μg/L。大于此工況條件，應(yīng)及時提高真空除氧系統(tǒng)的密封性，減少外部空氣的漏入。

通過試驗發(fā)現(xiàn)，空冷機組采用噴霧-淋水盤式真空除氧器具有可行性。

[1] 張國慶.火電廠直接空冷系統(tǒng)凝結(jié)水溶氧超標的治理[J].電力學(xué)報,2007,22(2): 201-203.

[2] 杜鑌,袁益超.給水除氧技術(shù)的特點與比較[J].汽輪機技術(shù),2008,50(4):297-298.

[3] 張俊芬,崔增娥,吳澤謙.對直接空冷機組排汽裝置的發(fā)展趨勢的研究[J].汽輪機技術(shù),2006,48(3):201-202.

[4] 喬彥娟.空冷機組凝結(jié)水真空除氧在排汽裝置的應(yīng)用[J].熱機技術(shù),2006, (4):35-38.

[5] 林秋宇.關(guān)于排汽聯(lián)合裝置除氧問題的研究[J].電站輔機,2006,97(2):24-25.

Research on the Spray Structure of the Vacuum Deaerator

ZOU Huan, ZHU Ji-qing, HU Wen-qing

(Shanghai Power Station Auxiliary Equipment Plant，Shanghai Electric Power Generation Equipment Co.,Ltd.， Shanghai，200090，China)

At present, the problem of high oxygen content of condensation water exists in the deaerator of the domestic air cooling unit. In order to study the effectiveness of spray water- spray tray vacuum deaerator structure, the performance test system of vacuum deaerator is established. Through qualitative analysis, the oxygen content of condensation water, water flow rate, oxygen content, oxygen and vacuum leakage factors that influence the performance of the deaerator is determined. The basis for design and technology development of installation of water spray - tray vacuum deaerator for air cooling unit is provided.

unit；air cooling; vacuum; deaerator; oxygen content; spray; spray tray; test

1672-0210(2017)01-0012-04

2016-08-01

鄒歡(1987-)，女，碩士研究生，工程師，畢業(yè)于山東大學(xué)熱能工程專業(yè)，從事電站輔機設(shè)備的設(shè)計工作。

TK223.5+22

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