機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)旋膜式除氧器振動分析及處理

吳小雷　鄭國強(qiáng)

摘 要：該文主要分析旋膜式除氧器在機(jī)組極熱態(tài)啟動過程中發(fā)生劇烈振動的原因，利用膜相換熱原理，通過改變旋膜式除氧器運(yùn)行方式，在不影響該設(shè)備除氧和加熱效果的前提下，有效解決了機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)因旋膜式除氧器振動原因延長機(jī)組啟動時(shí)間和影響設(shè)備安全問題。該方法構(gòu)思巧妙、簡單實(shí)用，極大地增強(qiáng)了設(shè)備的安全性，避免了因除氧器振動造成設(shè)備損壞事故的發(fā)生，同時(shí)也縮短了機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)間，提高了機(jī)組快速響應(yīng)電網(wǎng)啟動命令的靈活性。

關(guān)鍵詞：振動 除氧器 旋膜式 啟動 極熱態(tài)

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0065-02

除氧器是大型火力發(fā)電機(jī)組的重要輔機(jī)，也是回?zé)嵯到y(tǒng)的重要組成部分，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到機(jī)組的安全及經(jīng)濟(jì)性運(yùn)行，目前大型機(jī)組配備的除氧器有噴霧淋盤式除氧器、旋膜式除氧器、無頭除氧器等。某電廠200 MW機(jī)組配備有一臺高壓除氧器，型號為YGXC-708，為青島磐石容器制造有限公司生產(chǎn)，屬于旋膜式除氧器。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，利用汽輪機(jī)組的四段抽氣作為除氧器的加熱汽源，通過熱力除氧的原理，消除鍋爐給水中含有的氧氣，同時(shí)有效利用抽氣的熱量給鍋爐給水加熱，即保證了爐水品質(zhì)，又提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行后，每當(dāng)機(jī)組跳閘后需進(jìn)行極熱態(tài)啟動時(shí)，旋膜式除氧器的凝結(jié)水母管、除氧頭都會發(fā)生劇烈振動，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全，并對相關(guān)操作人員形成安全隱患。通常情況下，都待除氧器內(nèi)水溫降至100 ℃以下時(shí)再大量向除氧器內(nèi)補(bǔ)冷水，從而迫使機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)間延長，不能快速響應(yīng)電網(wǎng)啟動命令。

1 設(shè)備簡介

某電廠200MW機(jī)組旋膜式除氧器結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示。

如圖1所示，除氧器是由除氧頭⑦及除氧器水箱⑩組成；而除氧頭⑦是其重要組成部分，其由外殼、旋膜管⑥、淋水蓖子⑧、蓄熱填料液汽網(wǎng)⑨等組成。凝結(jié)水經(jīng)凝結(jié)水母管①進(jìn)入除氧頭⑦，通過旋膜管⑥呈螺旋狀按一定的角度噴出，形成水膜裙，由初始加熱蒸汽門⑤和蓄熱填料液汽網(wǎng)⑨、淋水篦子⑧上升的蒸汽充分接觸加熱到接近除氧器工作壓力下的飽和溫度，進(jìn)行初始除氧。一般經(jīng)旋膜管段可除去給水中含氧量的90%～95%左右。經(jīng)初始除氧的水經(jīng)淋水蓖子⑧呈均勻淋雨?duì)盥涞叫顭崽盍弦浩W(wǎng)⑨和深度除氧加熱蒸汽④充分接觸，加熱到飽和溫度進(jìn)行深度除氧，經(jīng)此除氧后的水含氣量≤5PPb。除氧頭⑦內(nèi)的水匯集經(jīng)一根除氧頭下水管管落至除氧器水箱⑩。

2 機(jī)組極熱態(tài)啟動引起旋膜式除氧器振動的原因

機(jī)組跳閘后重新啟動，要2～4 h啟動并網(wǎng)發(fā)電，屬于極熱態(tài)啟動。在機(jī)組啟動時(shí)，鍋爐點(diǎn)火后給水泵要向鍋爐補(bǔ)充給水，引起除氧器水位低，要維持除氧器水位勢必要向除氧器補(bǔ)充凝結(jié)水維持除氧器水位正常。該機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)，在向除氧器補(bǔ)水過程中曾發(fā)生過如下幾種振動情況。

（1）發(fā)生除氧頭和凝結(jié)水至除氧頭進(jìn)水管道振動。由于機(jī)組是極熱態(tài)啟動，當(dāng)除氧器要維持水箱水位時(shí)需要的水量較少，在凝結(jié)水進(jìn)入旋膜管⑥后不能像設(shè)計(jì)那樣形成向下的水膜，而是形成向下的水珠，如果此時(shí)開加熱蒸汽進(jìn)入，可能有部分蒸汽進(jìn)入旋膜管⑥或至除氧器的凝結(jié)水管道①，當(dāng)較高溫度的過熱蒸汽和較低溫度的水接觸使得低溫度的水激烈加熱而瞬間產(chǎn)生汽泡，從而發(fā)生至除氧器的凝結(jié)水管道①的激烈振動。

（2）發(fā)生除氧器水箱和給水前置泵進(jìn)口管道振動。為了防止除氧頭和凝結(jié)水至除氧頭進(jìn)水管道振動，此時(shí)向除氧器補(bǔ)充水維持除氧器水位正常不開加熱蒸汽，使得進(jìn)入除氧器水箱的水位較低（約40 ℃左右），而原來除氧器水箱的水溫在130 ℃～140 ℃左右，由于除氧頭下水管的排水口離給水前置泵進(jìn)口管道較近，大量的冷水同原來除氧箱的高溫水混合后進(jìn)入給水前置泵進(jìn)口管道內(nèi)，冷水在給水前置泵進(jìn)口管道內(nèi)急劇加熱產(chǎn)生汽泡，當(dāng)汽泡在管內(nèi)破裂時(shí)引起給水前置泵進(jìn)口管道發(fā)生劇烈振動。

3 降低旋膜式除氧器振動方法研究與應(yīng)用

機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)，旋膜式除氧器劇烈振動，嚴(yán)重影響了機(jī)組設(shè)備安全，同時(shí)會貽誤機(jī)組啟動。因此，我們先后采取多種方案來解決此問題。

方案一：如果在機(jī)組極熱態(tài)啟動過程中除氧器進(jìn)冷水不投入加熱蒸汽，除氧頭⑦和凝結(jié)水母管至除氧器管道①不會發(fā)生振動，根據(jù)旋膜式除氧器結(jié)構(gòu)可知，將除氧頭至水箱的下水管提升至除氧器水箱水位接近的地方，那么冷水進(jìn)入除氧器水箱后可以同除氧器水箱原來的熱水充分混合加熱后再進(jìn)入給水前置泵進(jìn)口管道，就可以避免給水前置泵進(jìn)水管道因冷水在給水前置泵進(jìn)水管道內(nèi)劇烈加熱而發(fā)生管道振動，這方案可以解決上述除氧器兩個振動問題。經(jīng)去函咨詢設(shè)備廠家是否可以將除氧頭至水箱的下水管提升至除氧器水箱水位接近的地方，廠家復(fù)函不可以，原因是該設(shè)計(jì)是在機(jī)組極熱態(tài)啟動或除氧器壓力下降較快時(shí)防止給水泵汽化，因此，該方案不能實(shí)施。

方案二：除氧器在機(jī)組極熱態(tài)啟動過程中由于除氧器內(nèi)壓力和水溫較高的情況下，進(jìn)入除氧器內(nèi)的冷水加熱和不加熱都會引起除氧器振動，因此，有兩個方法可以解決：一是維持較低的除氧器水位運(yùn)行，當(dāng)除氧器水箱水位下降至一定位置時(shí)再向除氧器補(bǔ)冷水，當(dāng)除氧器發(fā)生輕微振動時(shí)再減少補(bǔ)充冷水，當(dāng)除氧器內(nèi)水溫降至100 ℃以下時(shí)再大量向除氧器內(nèi)補(bǔ)冷水。二是繼續(xù)向除氧器內(nèi)補(bǔ)充較少流量的冷水，當(dāng)發(fā)生除氧器輕微振動時(shí)再減少補(bǔ)充冷水，重復(fù)上述方法，讓除氧器內(nèi)的水溫和壓力逐漸降低，當(dāng)除氧器內(nèi)水溫降至100 ℃以下時(shí)再大量向除氧器內(nèi)補(bǔ)冷水。上述兩種方法都使用過，可以減少除氧器的劇烈振動，但都會發(fā)生輕微的振動，兩種方法都使機(jī)組啟動時(shí)間延長，但第一方法使機(jī)組啟動時(shí)間比第二種方法的啟動時(shí)間稍為縮短一些，但最少也要5 h以上，且第一種方法由于除氧器水位降得太低，使得除氧器上半水箱和下半水箱溫差太大，對除氧器水箱的使用壽命有影響。

方案三：以上解決旋膜式除氧器在機(jī)組極熱態(tài)啟動過程中消除旋膜式除氧器振動的方案都不十分完美，還存在缺陷。因此，經(jīng)過不斷地總結(jié)和嘗試，最終找出了如下的解決方案，該方案的要點(diǎn)是在機(jī)組極熱態(tài)啟動過程中旋膜式除氧器的補(bǔ)充水要加熱，還要維持除氧器內(nèi)部的壓力正常，且除氧器內(nèi)的水溫要達(dá)到除氧器內(nèi)壓力相應(yīng)的飽和溫度，根據(jù)機(jī)組極熱態(tài)啟動引起旋膜式除氧器振動的原因分析第一點(diǎn)可知，引起旋膜式除氧頭⑦和凝結(jié)水至除氧頭管道①振動的原因是由蒸汽進(jìn)入到冷水管道中，從旋膜式除氧器的結(jié)構(gòu)中可知，進(jìn)入除氧頭的蒸汽有兩個路徑，第一路蒸汽是加熱旋膜管⑥下來的水，第二路蒸汽是加熱淋水蓖子⑧下來的水。因此，為了防止有蒸汽進(jìn)入旋膜管⑥和凝結(jié)水至除氧頭的管道①，當(dāng)機(jī)組極熱態(tài)啟動過程中，將至除氧頭旋膜管下的初始除氧加熱蒸汽門⑤全關(guān)，將至除氧頭淋水蓖子下的深度除氧加熱蒸汽門全開④，這樣做主要是在凝結(jié)水流量少的情況下防止加熱蒸汽進(jìn)入到除氧頭旋膜管⑥內(nèi)或凝結(jié)水母管至除氧器管道①內(nèi)造成除氧頭和管道發(fā)生劇烈振動，進(jìn)入除氧頭淋水蓖子下的水和進(jìn)入除氧頭淋水蓖子下的蒸汽完全混合加熱，主要調(diào)節(jié)好加熱蒸汽量（控制好加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥的開度），讓加熱蒸汽完全混合到淋水蓖子下來的水里面，不讓多余的蒸汽穿越過淋水蓖子，就不會發(fā)生因凝結(jié)水量少除氧頭旋膜管⑥或凝結(jié)水至除氧頭管道①進(jìn)入蒸汽而發(fā)生除氧器劇烈振動。經(jīng)過多次機(jī)組極熱態(tài)啟動，旋膜式除氧器使用該方案后除氧器沒有發(fā)生過劇烈的振動問題，該方案解決了機(jī)組極熱態(tài)啟動中旋膜式除氧器的振動問題，縮短了機(jī)組極熱態(tài)啟動的時(shí)間，使機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)間控制在2 h以內(nèi)，比以上的方案縮短了3 h以上，提高了機(jī)組的安全性和經(jīng)濟(jì)性，徹底解決了困擾十多年機(jī)組極熱態(tài)啟動中旋膜式除氧器的振動問題。

4 結(jié)語

第三種方案實(shí)用、有效，它利用膜相換熱原理，通過運(yùn)行方式的轉(zhuǎn)變，一舉解決了機(jī)組極熱態(tài)啟動時(shí)旋膜式除氧器因振動原因延長機(jī)組啟動時(shí)間和設(shè)備安全問題。它在為電廠創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)利潤的同時(shí)，極大地提高了設(shè)備的安全性，避免了因除氧器振動造成設(shè)備損壞事故的發(fā)生，延長了設(shè)備的使用壽命，具有較大的經(jīng)濟(jì)和社會意義。國內(nèi)有相當(dāng)一部分火力發(fā)電機(jī)組使用旋膜式除氧器，由于先天的設(shè)計(jì)缺陷，造成該類除氧器在機(jī)組極熱態(tài)啟動的時(shí)候發(fā)生劇烈振動，既危害了壓力容器的使用壽命，又延誤了機(jī)組極熱態(tài)啟動。根據(jù)國內(nèi)旋膜式除氧器使用情況來看，該創(chuàng)新方法構(gòu)思巧妙、簡單有效，很好地解決旋膜式除氧器的振動問題。

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