某1000MW超（超）臨界機(jī)組給水加氧運(yùn)行方式下除氧器的熱經(jīng)濟(jì)性分析

游明山+魏鳳文+趙秉慶

摘 要：目前國(guó)內(nèi)超（超）臨界機(jī)組，給水普遍采用除氧處理和加氧處理兩種方式，加氧運(yùn)行方式逐漸成為主流。給水加氧方式下，避免了除氧器乏汽損失，提高了機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。本文以等效熱降理論為基礎(chǔ)，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)某1000MW超（超）機(jī)組除氧器在不同運(yùn)行方式下的經(jīng)濟(jì)性，為除氧器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供參考。

關(guān)鍵詞：1000MW超（超）臨界機(jī)組；給水加氧處理；除氧器；熱經(jīng)濟(jì)性分析

1 前言

目前，鍋爐的給水處理方式有還原性全揮發(fā)處理[All-Volatile Treatment （Reduction） ，AVT（R）]、氧化性全揮發(fā)處理[All-Volatile Treatment （Oxidation），AVT（O）]、加氧處理[Oxygenated Treatment，OT][1]。還原性全揮發(fā)處理是指鍋爐給水加氨和還原劑的處理；氧化性全揮發(fā)處理是指鍋爐給水只加氨的處理。兩種方式均采用熱力除氧原理，防止鍋爐腐蝕。加氧處理是指鍋爐給水加氧的處理，通過(guò)加入氣態(tài)氧使金屬形成穩(wěn)定氧化膜，防止鍋爐腐蝕。

隨著國(guó)內(nèi)電力技術(shù)的發(fā)展和對(duì)超臨界狀態(tài)下鍋爐腐蝕的認(rèn)識(shí)加深，當(dāng)前國(guó)內(nèi)超（超）臨界機(jī)組，給水加氧處理技術(shù)逐漸成為主流。據(jù)江蘇省2015年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，江蘇省內(nèi)超（超）臨界機(jī)組給水采用加氧處理[OT]的機(jī)組已占全省機(jī)組的94%[2]。

給水加氧處理[OT]技術(shù)的發(fā)展，不僅提高了鍋爐的抗腐蝕性，同時(shí)也給除氧器的運(yùn)行方式帶來(lái)了巨大的改變。相較于給水揮發(fā)性處理[AVT]，給水加氧工況下，除氧器的功能發(fā)生了變化，不再起除氧的作用。鍋爐給水在除氧工況下，除氧器起著兩方面的作用：一方面是通過(guò)熱力除氧，將給水加熱至飽和溫度，使給水中溶解的氣體從液面揮發(fā)，再通過(guò)排乏汽的方式，使給水中的不凝結(jié)氣體源源不斷析出，除去給水中的氣體，保證給水品質(zhì)，防止鍋爐、加熱器等受熱面的氧化腐蝕；另一方面除氧器同時(shí)作為混合加熱器加熱給水，提高給水溫度。但在加氧處理工況下運(yùn)行時(shí)，除氧器的除氧功能被弱化或取消，除氧器僅作為一級(jí)混合式加熱器，提高給水溫度。

由此給水加氧處理帶來(lái)好處不僅是超（超）臨界鍋爐的受熱面的防腐，同時(shí)還避免了除氧器的排汽，降低了機(jī)組的熱耗，提高了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。本文通過(guò)，具體分析國(guó)內(nèi)某1000MW超（超）臨界機(jī)組的熱力系統(tǒng)，對(duì)比了除氧器在不同運(yùn)行方式下的熱經(jīng)濟(jì)性，為超（超）臨界機(jī)組除氧器的運(yùn)行提供參考。

2 某1000MW超（超）臨界機(jī)組除氧器排汽布置及回?zé)嵯到y(tǒng)介紹

國(guó)內(nèi)某1000MW超（超）臨界機(jī)組采用臥式無(wú)頭除氧器，除氧器運(yùn)行排汽管路布置如圖1所示，排汽可直接排入大氣或者凝汽器。

給水加氧運(yùn)行方式，排汽管路閥門全關(guān)，除氧器作為抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的一級(jí)混合式加熱器，僅起加熱給水的作用。給水除氧運(yùn)行方式下，除氧器需不斷的排出乏汽，乏汽經(jīng)管路和閥門可排至大氣或者凝汽器。

為分析除氧器在不同運(yùn)行方式下的熱經(jīng)濟(jì)性，給出了某1000MW超（超）臨界機(jī)組銘牌工況（TRL）下的熱平衡圖[3]，如圖2所示。

3 除氧器不同排汽方式下熱經(jīng)濟(jì)性分析

3.1 除氧器乏汽量的分析

根據(jù)某發(fā)電集團(tuán)對(duì)各火電機(jī)組中直流爐、汽包爐補(bǔ)水率及排污情況統(tǒng)計(jì)分析，給水除氧方式下除氧器運(yùn)行乏汽量約占鍋爐蒸發(fā)量的0.5%左右[4]。某1000MW機(jī)組在TRL工況下，除氧器每小時(shí)外排工質(zhì)量如式（3-1）所示。

2845×0.05%=14.225（t/h） （3-1）

若對(duì)除氧器運(yùn)行乏汽進(jìn)行回收，TRL工況下除氧器每小時(shí)可回收工質(zhì)14.225t。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，全年機(jī)組可利用小時(shí)約為4873.8h，故全年可節(jié)約工質(zhì)（除鹽水）量如式（3-2）所示。

14.225×4873.8=69329.8（t/a） （3-2）

3.2 對(duì)機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響（TRL工況）

3.2.1 除氧器不排乏汽（給水加氧工況）

給水加氧工況下，除氧器不需要排乏汽，僅作為抽汽回?zé)嵯到y(tǒng)的一級(jí)混合式加熱器，起著加熱給水的作用。此種方式下，除氧器無(wú)工質(zhì)損失，且無(wú)熱量和熱品位損失。

3.2.2 除氧器乏汽排至大氣

根據(jù)熱等效焓降理論，除氧器排放運(yùn)行乏汽時(shí)，視為帶工質(zhì)的熱量出系統(tǒng)，將使機(jī)組經(jīng)濟(jì)性降低。根據(jù)計(jì)算，TRL工況下除氧器乏汽排放至大氣時(shí)，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗將增加0.7015g/Kwh。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)折算為全年可利用小時(shí)為4873.8h，故除氧器乏汽排至大氣全年約增加的標(biāo)準(zhǔn)燃煤量如式（3-3）所示。

0.7015×4873.8=3418.97（t/a） （3-3）

所以，乏汽排放至大氣相對(duì)于加氧工況下不排放乏汽的運(yùn)行方式，全年將增加標(biāo)準(zhǔn)燃煤耗量為3418.97t。

3.2.3 除氧器乏汽排至凝汽器

除氧器乏汽排至凝汽器時(shí)，可以回收乏汽的工質(zhì)，但乏汽的熱量卻全部隨循環(huán)水流失了。根據(jù)熱等效焓降分析，除氧器乏汽排放至凝汽器時(shí)，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗將增加0.7015g/Kwh。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)折算為全年可利用小時(shí)為4873.8h，故全年約增加的標(biāo)準(zhǔn)燃煤量如式（3-4）所示。

0.7015×4873.8=3418.97（t/a） （3-4）

所以，乏汽排放至凝汽器相對(duì)于加氧工況下不排放乏汽的運(yùn)行方式，全年將增加標(biāo)準(zhǔn)燃煤耗量為3418.97t。

3.2.4 除氧器其他排汽方式

其他文獻(xiàn)[4]還介紹到將除氧器運(yùn)行乏汽排至軸封加熱器、末級(jí)低壓加熱器等處的系統(tǒng)，以期在回收工質(zhì)的同時(shí)，利用乏汽的熱量，降低機(jī)組熱耗。下面，對(duì)上述兩種排汽方式也做一個(gè)對(duì)比分析。

3.2.4.1 除氧器乏汽排至軸封加熱器

此方式下，乏汽在軸封加熱器中加熱凝結(jié)水后，凝結(jié)成軸加疏水，隨軸加疏水一起經(jīng)軸加疏水水封排入凝汽器。不凝結(jié)氣體及少量蒸汽經(jīng)軸加風(fēng)機(jī)排出至大氣。

根據(jù)熱等效焓降分析，除氧器乏汽在軸封加熱器處回收后，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加0.6077g/Kwh。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)折算為全年可利用小時(shí)為4873.8h，故全年增加的標(biāo)準(zhǔn)煤量如式（3-5）所示。

0.6077×4873.8=2961.81（t/a） （3-5）

3.2.4.2 除氧器乏汽排至9號(hào)低加

除氧器乏汽管接至9段抽汽逆止門及電動(dòng)門后，乏汽經(jīng)絕熱節(jié)流后送入9號(hào)低壓加熱器，蒸汽冷凝后不凝結(jié)氣體析出，從9號(hào)低加抽空氣管抽吸至凝汽器，最后通過(guò)凝汽器抽真空系統(tǒng)排至大氣。

根據(jù)熱力系統(tǒng)等效焓降分析，在9號(hào)低加處回收該熱量后，機(jī)組發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗增加0.5997g/Kwh。根據(jù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)折算為全年可利用小時(shí)為4873.8h，故全年增加的標(biāo)準(zhǔn)煤量如式（3-6）所示。

0.5997×4873.8=2922.82（t/a） （3-6）

4 除氧器不同排汽方式下經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

以除氧器不排乏汽工況（給水加氧工況）作為比較基準(zhǔn)，在機(jī)組可利用小時(shí)數(shù)取4873.8小時(shí)條件下進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比分析，將上述分析結(jié)果列于表1中。表1中除鹽水制水單價(jià)取7元/噸，標(biāo)準(zhǔn)煤?jiǎn)蝺r(jià)取650元/噸，作為對(duì)比計(jì)算依據(jù)。endprint