淺析臥式除氧器的應(yīng)用和發(fā)展

李雅琴

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠,上海 200090)

淺析臥式除氧器的應(yīng)用和發(fā)展

李雅琴

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠,上海 200090)

隨著火電機(jī)組向高參數(shù)大容量發(fā)展，除氧器的布置形式，也從立式布置轉(zhuǎn)向臥式布置。根據(jù)設(shè)計實例，說明了臥式除氧器的結(jié)構(gòu)特點，并改進(jìn)了水室的進(jìn)水方式。通過試驗，得到了恒速噴嘴的關(guān)鍵參數(shù)。設(shè)計優(yōu)化后臥式除氧器，必將在大容量機(jī)組中得到更廣泛的應(yīng)用。

機(jī)組； 除氧器； 設(shè)計； 臥式； 高參數(shù)； 大容量； 應(yīng)用； 發(fā)展

0 概 述

除氧器的主要作用，是除去給水中的氧氣，確保回?zé)嵯到y(tǒng)中給水的品質(zhì)。若給水中溶入了氧氣，就會使與水接觸的金屬腐蝕。在熱交換器內(nèi)，如果有氣體聚集，將降低傳熱效率。因此，水中溶入任何氣體，對傳熱都是不利的，尤其是氧氣，還會腐蝕設(shè)備，影響設(shè)備的安全運行。

1 臥式除氧器的特點

除氧器是給水回?zé)嵯到y(tǒng)中利用混合式加熱的設(shè)備，同時，高壓加熱器的疏水、化學(xué)補(bǔ)水及各處水質(zhì)合格的疏水、排汽，均可匯入除氧器并被利用，可減少發(fā)電機(jī)組的汽水損失。隨著火電機(jī)組向高參數(shù)大容量發(fā)展，除氧器的布置形式也從立式向臥式轉(zhuǎn)變。由于臥式除氧器能達(dá)到主要的噴淋密度指標(biāo)，符合高參數(shù)大容量機(jī)組的要求

1.1 從立式布置轉(zhuǎn)為臥式布置

設(shè)計除氧器時，噴林密度是除氧器設(shè)備主要的性能指標(biāo)之一。噴林密度是指單位時間內(nèi)，在單位面積上的噴淋量，選用值為60～100 t/m2。設(shè)計某型1 000 t/h的立式除氧器時，按照噴淋密度的取值范圍，計算所得的除氧器直徑為4.39 m，這將使除氧器的直徑大于水箱直徑，裝配時二者不能匹配，且在結(jié)構(gòu)制造上也不易實現(xiàn)。早在1970年初，為某300 MW火電機(jī)組設(shè)計1 000 t/h除氧器時，就曾遇到這個問題，最后是設(shè)計2臺立式除氧器(直徑3 m，540 t/h),才解決了噴淋密度指標(biāo)問題。為了符合噴淋密度的取值范圍，只能將立式除氧器的設(shè)計方案改為臥式除氧器。經(jīng)過長期設(shè)計經(jīng)驗的積累，現(xiàn)在，臥式除氧器的設(shè)計和制造已得到長足的發(fā)展。因臥式除氧器是臥坐在水箱上，在設(shè)計長度上受限較少，所以，增加除氧器在長度方向上的噴淋面積，可滿足設(shè)計要求。對于大容量的臥式除氧器，因噴淋面積較大，噴淋密度指標(biāo)易在取值范圍內(nèi)選取，能確保大容量臥式除氧器具有良好的使用性能。

1.2 臥式除氧器適合滑壓運行

除氧器采用臥式布置，可方便地在除氧器的長度方向上，布置1個弓形凝結(jié)水進(jìn)水室，同時能配置眾多大流量的恒速噴嘴，可滿足除氧器對噴淋密度的要求，還可滿足噴霧除氧的要求。機(jī)組在變負(fù)荷運行時，除氧器處理的凝結(jié)水量應(yīng)隨機(jī)組負(fù)荷而變化，實現(xiàn)除氧器的滑壓運行?；瑝哼\行時，除氧器的工作壓力，隨汽機(jī)抽汽壓力的變化而變化。因此，設(shè)計除氧器時，除氧器的設(shè)計壓力應(yīng)大于抽汽器的最高蒸汽壓力，運行時除氧器就不會超壓?；瑝哼\行能適應(yīng)大機(jī)組負(fù)荷變化的要求，減少了節(jié)流損失，提高了機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性。

1.3 臥式除氧器的結(jié)構(gòu)

臥式除氧器與水箱之間通過下水管和蒸汽連通管相連。如某300 MW機(jī)組的1 080 t/h臥式除氧器，除氧器與水箱的連接，僅有1根下水管和2根蒸汽連通管，因此，在現(xiàn)場的安裝工作量較小。下水管及蒸汽連通管的外接管路，采用了對接焊縫，焊后需進(jìn)行熱處理和射線探傷。安裝完成后，應(yīng)進(jìn)行水壓試驗，保證設(shè)備的制造質(zhì)量。通過臥式除氧器的設(shè)計優(yōu)化，提高了制造和安裝質(zhì)量。

1.4 操作與自控

臥式除氧器只設(shè)置1根進(jìn)水管，避免了立式除氧器要求多路進(jìn)水的缺點。同時，還簡化了除氧系統(tǒng)，便于實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動控制。

1.5 投資小

臥式除氧器占據(jù)的高度，比立式除氧器低得多，降低了對廠房高度的要求，可節(jié)省基礎(chǔ)方面的投資。

2 臥式除氧器的設(shè)計

在1982年，我公司就成功設(shè)計和制造了國產(chǎn)300 MW火電機(jī)組的1 080 t/h臥式除氧器。該型除氧器運行在很多發(fā)電機(jī)組中，運行數(shù)據(jù)證明，該型除氧器的性能良好、安全可靠，出水含氧量為0～5 μg/L。因設(shè)備的性能優(yōu)異，得到了用戶好評。

2.1 主要設(shè)計參數(shù)

1 080 t/h臥式除氧器及水箱的組合結(jié)構(gòu)，如圖1所示。除氧器的設(shè)計參數(shù)，如表1所示。

圖1 1 080 t/h臥式除氧器及水箱的結(jié)構(gòu)

表1 除氧器的設(shè)計參數(shù)

名稱數(shù)值設(shè)計壓力/MPa0.932設(shè)計溫度/℃350進(jìn)水溫度/℃131.5出水溫度/℃169凝結(jié)水流量/t·h-11060出水含氧量/μg·L-17水箱有效容積/m390

2.2 恒速噴嘴與制造技術(shù)

恒速噴嘴是除氧器中的關(guān)鍵部件。根據(jù)有關(guān)資料，對恒速噴嘴的結(jié)構(gòu)及材質(zhì)進(jìn)行分析。通過試制，取得了設(shè)計噴嘴的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并在試驗臺進(jìn)行了冷態(tài)試驗。試驗數(shù)據(jù)表明，試制成功的恒速噴嘴，其技術(shù)參數(shù)并不亞于進(jìn)口噴嘴的參數(shù)，且噴嘴的始噴壓力和靈敏度，均優(yōu)于進(jìn)口噴嘴。試制成功的恒速噴嘴，具有壓差小、流量大及流量變化率大等優(yōu)點，噴嘴的全壓差≤0.058 MPa。通過冷態(tài)試驗得知，噴嘴的最小壓力差(開啟壓差)為0.023 MPa(0.24 kgf/cm2)，噴嘴的最大壓差為0.057 MPa(0.58 kgf/cm2)，噴嘴在額定流量下的壓差為0.035～0.037 MPa。噴嘴的流量是隨著噴嘴壓差的增加而增加，反之亦然。運行時，由于凝結(jié)水具有一定溫度，其比容比室外溫水的比容增大約10%，故在熱態(tài)運行時，噴嘴的流量比冷態(tài)時的流量減小10%。在使用恒速噴嘴的除氧系統(tǒng)中，應(yīng)保證噴嘴流量隨著噴嘴的水汽側(cè)壓差的變化而變化， 淋水滴才會有

圖2 恒速噴嘴(16 t/h)

霧化的效果。16 t/h恒速噴嘴的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

3 臥式除氧器的設(shè)計實例(一)

3.1 設(shè)計主要參數(shù)

為石洞口電廠600 MW機(jī)組，設(shè)計了某型2 400 t/h臥式除氧器。設(shè)計時，按國外公司提供的參數(shù)進(jìn)行方案設(shè)計，國外公司提供的主要設(shè)計參數(shù)，如表2所示。

表2 國外公司提供的設(shè)計參數(shù)

名稱數(shù)值凝結(jié)水壓力/MPa1.4凝結(jié)水進(jìn)口溫度/℃140凝結(jié)水出口溫度/℃187凝結(jié)水流量/t·h-11060蒸汽進(jìn)口壓力/MPa1.175蒸汽進(jìn)口流量/t·h-1110.624蒸汽進(jìn)口溫度/℃187出水含氧量/μg·L-17

3.2 設(shè)計思想

根據(jù)客戶提供的設(shè)計參數(shù)，2 400 t/h臥式除氧器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，可參照1 060 t/h臥式除氧器的設(shè)計方案。為了保證噴淋密度在使用范圍內(nèi)，除氧器的內(nèi)徑仍取2.5 m，增加了除氧器淋水區(qū)的長度，除氧器總長仍在要求范圍內(nèi)。這樣，在設(shè)計上，可利用原有的標(biāo)準(zhǔn)件和通用件圖紙，縮短了設(shè)計周期。

3.3 存在的缺點和克服辦法

在設(shè)計時，將淋水區(qū)長度由原6 048 mm放至12 096 mm，除氧器的進(jìn)水室也相應(yīng)放長，但流向恒速噴嘴的給水阻力差會超過設(shè)計允許值，造成每只噴嘴的噴出流量相差很大，影響了噴霧除氧的效果。為了解決這些問題，將進(jìn)水室隔成長度相等的2個獨立進(jìn)水室，每段長度等于原長，布置在水室內(nèi)的噴嘴位置，與原設(shè)計一致，這樣就可利用原有的設(shè)計方案，解決了噴霧與除氧效果不佳的現(xiàn)象。但是，除氧器因此而有2個進(jìn)水口，分別進(jìn)入除氧器的2個獨立進(jìn)水室。根據(jù)設(shè)計院的要求，只能有1個進(jìn)水口。為此，在除氧器頂部的左側(cè)，設(shè)計有1個進(jìn)水過渡集箱。在除氧系統(tǒng)中，僅有一路水進(jìn)入過渡集箱，通過集箱，再分成二路，分別進(jìn)入除氧器的進(jìn)水室。2 400 t/h臥式除氧器及水箱的組合結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 2 400 t/h臥式除氧器及水箱的組合結(jié)構(gòu)

4 臥式除氧器的設(shè)計實例(二)

4.1 產(chǎn)品的設(shè)計

4.1.1 性能設(shè)計

根據(jù)客戶提供的熱力參數(shù)、由引進(jìn)的Sterling的設(shè)計程序進(jìn)行設(shè)計計算。

4.1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

(1) 進(jìn)行除氧器及水箱的強(qiáng)度，曲屈分析和計算。

(2) 進(jìn)行水箱多支座的設(shè)計及支座反力的計算。

(3) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算。

4.2 設(shè)計主要參數(shù)

我廠為外高橋電廠二期工程900 MW機(jī)組設(shè)計2 793 t/h臥式除氧器時，承擔(dān)方案設(shè)計，主要的設(shè)計參數(shù)，如表3所示。除氧器與水箱的組合圖，如圖4所示。

表3 外高橋除氧器的設(shè)計參數(shù)

名稱參數(shù)設(shè)計壓力/MPa1.9設(shè)計溫度/℃220/372Max.steaminlet/380標(biāo)準(zhǔn)ASME出力/t·h-12793有效容積/m3308除氧器材料SA516Gr70+SA240304水箱材料SA516Gr70支座/只4

圖4 2 793 t/h臥式除氧器及水箱組合圖

4.3 設(shè)計難點及解決措施

4.3.1 根據(jù)合同要求,對除氧器及水箱需按ASME規(guī)范第Ⅷ篇第1,2分篇進(jìn)行強(qiáng)度、曲屈分析計算，具有一定的難度和深度。經(jīng)有關(guān)院校的課題研究后，采用了ANSYS應(yīng)力分析軟件，對除氧器及水箱的整體結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部位進(jìn)行溫度場分析、應(yīng)力分析和疲勞分析，并按ASME規(guī)范第Ⅷ篇有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行校核，對原設(shè)計方案不足之處進(jìn)行調(diào)整。

4.3.2 由于該除氧器水箱采用4支座支撐結(jié)構(gòu)，1個為固定支座，3個為活動支座。因此多支座的設(shè)計及支座反力的計算具有一定的難度。我們與計算組及同濟(jì)大學(xué)的老師一起采用ANSYS應(yīng)力分析軟件，對設(shè)備進(jìn)行有限元分析，所得計算結(jié)果，已被客戶確認(rèn)。

4.3.3 客戶還對除氧器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出了改進(jìn)要求。如：凝結(jié)水進(jìn)水裝置布置形式的調(diào)整等。在充分考慮了除氧器內(nèi)部空間的情況下，對原來的進(jìn)水裝置作了一定的調(diào)整和改進(jìn)。

4.3.4 由于合同規(guī)定除氧器及水箱殼體上不允許有角焊縫。故除氧器及水箱上的接管須考慮自身補(bǔ)強(qiáng)，這樣接管的壁厚較厚。在接管材料的選擇時，考慮了三種方案：

(1)采購SA106B管子；

(2)采用板材卷、壓制而成；

(3)采用SA105鍛件。

4.3.5 由于水箱支座與基礎(chǔ)的連接,既要考慮地腳螺栓的連接,又要考慮水箱熱膨脹位移量。經(jīng)多方協(xié)商及分析計算，對水箱支座進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計。

5 結(jié) 語

為了加強(qiáng)電站輔機(jī)設(shè)備的研制工作，還需要不斷提升設(shè)計和制造能力，進(jìn)一步研發(fā)新型除氧器，才能讓我國的電站設(shè)備走向世界。

[1] 壓力容器委員會.ASME第Ⅷ卷壓力容器建造規(guī)則[M]. 北京:中國石化出版社.

[2] TSG 21-2016.固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[3] GB150-2011.壓力容器[S].

The Application and Development of Horizontal Deaerator

LI Ya-qin

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

With the development of thermal power units to high parameter and large capacity, the layout of the deaerator is from the horizontal to vertical type. According to the design, the structure characteristics of the horizontal deaerator are explained, and the intake of water chamber is improved. Through experiments, the key parameters of constant velocity nozzle are obtained. The optimized horizontal deaerator will be more widely applied in large capacity units.

unit; deaerator; design; horizontal; high parameter; large capacity; apply; development

1672-0210(2017)01-0019-04

2016-09-23

李雅琴(1962-)，女，工程師，主要從事電站除氧器設(shè)備的設(shè)計工作。

TK264.9

A