電廠疏水改造一體化除氧技術(shù)

邵金利

（佳木斯熱電廠，黑龍江 佳木斯154005）

0 引言

現(xiàn)階段國內(nèi)絕大多數(shù)的300 MW以上的機(jī)組汽包鍋爐、核電機(jī)組和所有的直流鍋爐都設(shè)置有凝結(jié)水處理系統(tǒng)[1]，高參數(shù)大容量機(jī)組蒸汽溶解雜質(zhì)的能力大，水汽系統(tǒng)熱力設(shè)備承受的熱負(fù)荷高，容易發(fā)生結(jié)垢和腐蝕，因此對給水的水質(zhì)要求很高。凝結(jié)水占給水的絕大部分，如果凝結(jié)水得不到很好的處理，會直接影響給水的水質(zhì)，最終影響整個(gè)熱力系統(tǒng)的安全運(yùn)行[2]。根據(jù)《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》[3]（GB50660-2011）14.4.1主要原則中第二條，在裝設(shè)亞臨界汽包鍋爐的機(jī)組中，宜對全部凝結(jié)水進(jìn)行精處理。但若疏水溫度過高，則無法進(jìn)行精處理。

本文結(jié)合某電廠供熱機(jī)組疏水系統(tǒng)中存在的問題，提出一種對熱泵及熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)進(jìn)行改造的技術(shù)方案，通過降低疏水溫度，達(dá)到精處理的條件，并且優(yōu)化除氧系統(tǒng)，在凝汽器中增設(shè)除氧裝置代替除氧器，從而保證機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)性。

1 概述

1.1 項(xiàng)目概況

某電廠2×300 MW供熱機(jī)組供熱系統(tǒng)中，2臺機(jī)組熱網(wǎng)首站配有8臺熱網(wǎng)加熱器（每臺機(jī)組4臺），配有6臺熱網(wǎng)加熱器疏水泵（每臺機(jī)組3臺），用于把熱網(wǎng)加熱器疏水罐內(nèi)的疏水送入除氧器。配有8臺溴化鋰吸收式熱泵機(jī)組，用于回收300 MW供熱機(jī)組循環(huán)水排水的余熱，配有3臺疏水泵，用于把熱泵系統(tǒng)疏水罐內(nèi)的疏水提升壓力后送入除氧器。

1.2 存在問題

由于熱泵側(cè)、熱網(wǎng)側(cè)疏水溫度較高，無法經(jīng)過凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，而不經(jīng)精處理的凝結(jié)水易融入溶解性鹽類、金屬腐蝕產(chǎn)物和SiO2等物質(zhì)，這些物質(zhì)若隨給水進(jìn)入熱力設(shè)備，在系統(tǒng)中沉積會造成結(jié)垢和腐蝕。尤其在熱泵側(cè)疏水系統(tǒng)中，熱網(wǎng)水中的雜質(zhì)較多，易在換熱器中形成污垢，導(dǎo)致?lián)Q熱效率降低、疏水溫度過高、換熱管路振動(dòng)等問題，嚴(yán)重影響到機(jī)組運(yùn)行的安全。

目前，將未經(jīng)過化學(xué)精處理的疏水供給熱力系統(tǒng)，電廠中鍋爐的排污水量達(dá)到20 t/h，而機(jī)組純凝運(yùn)行期間鍋爐排污水量僅為5 t/h。機(jī)組用水量較大，用水成本居高不下，電廠化學(xué)水處理的壓力較大。

2 疏水降溫方案

2.1 熱泵側(cè)疏水改造方案

2.1.1 熱泵供熱現(xiàn)狀

如圖1所示，熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽進(jìn)入發(fā)生器，疏水經(jīng)凝水換熱器換熱后匯入疏水母管，流入熱泵疏水罐。凝水換熱器水側(cè)入口取自自身熱泵吸收器第一流程出口熱網(wǎng)水，經(jīng)凝水換熱器后進(jìn)入冷凝器熱網(wǎng)水側(cè)出口，凝水換熱器可以通過熱網(wǎng)水側(cè)的閥門調(diào)節(jié)疏水溫度，疏水溫度最低可降至70 ℃。每臺熱泵有2個(gè)組件，以每一個(gè)組件為單位，1個(gè)組件配1臺凝水換熱器，共16臺。

匯入疏水罐后的疏水，經(jīng)疏水泵提升壓力后分別進(jìn)入2臺供熱機(jī)組低加入口主凝結(jié)水管路，經(jīng)低壓加熱器加熱后進(jìn)入除氧器，疏水溫度一般控制在120 ℃以下。熱泵疏水溫度較高，無法經(jīng)過凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

圖1 熱泵疏水系統(tǒng)圖

由于凝水換熱器管內(nèi)側(cè)是疏水，管外側(cè)是熱網(wǎng)水，熱網(wǎng)水內(nèi)的雜質(zhì)留存在凝水換熱器內(nèi)無法清除，使凝水換熱器換熱管內(nèi)形成結(jié)垢，阻塞熱網(wǎng)水流通，引起疏水管路振動(dòng)，并影響凝水換熱器的正常換熱，管內(nèi)水垢無法清理，導(dǎo)致?lián)Q熱器出現(xiàn)疏水溫度偏高或者無法使用。

2.1.2 具體改造方案

將凝水換熱器更換成管內(nèi)側(cè)是熱網(wǎng)水、管外側(cè)是疏水的換熱器。一級冷卻水為熱網(wǎng)水，入口取自自身熱泵吸收器入口，出口回到冷凝器出口熱網(wǎng)水系統(tǒng)，疏水溫度降至70 ℃左右；二級冷卻水為循環(huán)水。疏水罐內(nèi)疏水經(jīng)疏水泵提升壓力后分別進(jìn)入2臺主機(jī)凝汽器進(jìn)行二級換熱，疏水經(jīng)二級換熱后，疏水溫度降至45 ℃左右。

在選擇熱泵疏水換熱器時(shí)，可參照如下方法計(jì)算：熱泵在額定出力下運(yùn)行時(shí)，每臺熱泵所需驅(qū)動(dòng)蒸汽量為38.5 t/h，疏水溫度設(shè)計(jì)為120 ℃，則每個(gè)組件疏水流量為19.25 t/h，按10%余量考慮，取21.2 t/h。熱網(wǎng)水進(jìn)入熱泵溫度為60/82 ℃。循環(huán)水進(jìn)入熱泵溫度為35 ℃（計(jì)算取用35 ℃）。

計(jì)算一、二級換熱器熱網(wǎng)水、循環(huán)水需求量：1）熱網(wǎng)水需求量（將疏水溫度由120 ℃降至70 ℃）。所需熱網(wǎng)水量=21.2×(120-70)÷(82-60)=48.18 t/h。2）循環(huán)水需求量（將疏水溫度由70 ℃降至45 ℃）。按循環(huán)水溫升10 ℃選取，則所需循環(huán)水量=21.2×（70-45）÷10=53 t/h；換熱器按20%余量選取，則熱網(wǎng)水流量為57.82 t/h，循環(huán)水流量為64 t/h。

2.2 熱網(wǎng)加熱器側(cè)疏水改造方案

2.2.1 熱網(wǎng)側(cè)供熱現(xiàn)狀

如圖2所示，熱網(wǎng)加熱器的加熱蒸汽來自機(jī)組抽汽，每臺熱網(wǎng)加熱器疏水匯集到母管，由疏水泵升壓后直接送入除氧器，2臺供熱機(jī)組各設(shè)有3臺疏水泵，疏水泵出口母管設(shè)有聯(lián)絡(luò)，可以調(diào)配分別進(jìn)入2臺機(jī)組除氧器的水量。熱網(wǎng)加熱器疏水設(shè)計(jì)溫度為120 ℃，正常運(yùn)行時(shí)，由于熱網(wǎng)水要求溫度較低，疏水溫度為90～110 ℃。熱網(wǎng)加熱器疏水溫度較高，無法經(jīng)過凝結(jié)水精處理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

2.2.2 具體改造方案

圖2 熱網(wǎng)疏水系統(tǒng)圖

如圖3所示，在原熱網(wǎng)首站處安裝2臺水-水換熱器，熱網(wǎng)加熱器疏水降溫后進(jìn)入主機(jī)凝汽器。一級冷卻水為熱網(wǎng)水。入口取自熱網(wǎng)循環(huán)泵出口，出口回至熱網(wǎng)加熱器出口供水母管，疏水溫度降至70 ℃左右；二級冷卻水為2號機(jī)組循環(huán)水。經(jīng)一級換熱后的疏水分別進(jìn)入2臺主機(jī)凝汽器進(jìn)行二級換熱，疏水溫度降至45 ℃左右。

圖3 改造后熱網(wǎng)疏水系統(tǒng)圖

在選擇熱網(wǎng)疏水換熱器時(shí)，可參照如下方法計(jì)算：供熱機(jī)組最大抽汽工況下，供熱抽汽量為1116 t/h，扣除熱泵驅(qū)動(dòng)蒸汽量308 t/h，則最大疏水量為808 t/h，最高溫度為120 ℃，熱網(wǎng)回水溫度為入口60 ℃、出口82 ℃，循環(huán)水為入口35 ℃、溫升10 ℃。

計(jì)算一二級換熱器熱網(wǎng)水、循環(huán)水需求量：1）熱網(wǎng)回水需求量（將疏水溫度由120 ℃降至70 ℃）。所需熱網(wǎng)水量=808×(120-70)÷(82-60)=1836 t/h。2）循環(huán)水需求量（將疏水溫度由70 ℃降至45 ℃）。按循環(huán)水溫升10 ℃選取，則所需循環(huán)水量=808×（70-45）÷10=2020 t/h；換熱器按20%余量選取，則熱網(wǎng)水回水流量為2203 t/h，循環(huán)水流量為2420 t/h。

3 凝汽器疏水除氧裝置

3.1 除氧裝置的結(jié)構(gòu)

凝汽器除氧主要采用噴霧除氧和鼓泡除氧相結(jié)合的形式。噴霧除氧裝置的結(jié)構(gòu)如圖4所示，噴霧除氧裝置布置于凝汽器喉部，疏水管道為U型，管道上設(shè)有噴嘴，噴嘴角度傾斜向蒸汽進(jìn)口方向，可在不同水平面上設(shè)置多層疏水管道。若凝汽器的喉部安裝了低壓加熱器，可以在低壓加熱器的兩側(cè)均布置噴霧除氧裝置，噴嘴采用圓柱形短管，管徑尺寸和噴嘴數(shù)量可以根據(jù)蒸汽和疏水的熱力參數(shù)進(jìn)行計(jì)算得出。

圖4 噴霧除氧裝置示意圖

鼓泡除氧裝置的結(jié)構(gòu)如圖5所示，可根據(jù)蒸汽參數(shù)和熱力計(jì)算情況，在凝汽器熱井中同一水平面上布置多根蒸汽管道，蒸汽管道上對稱布置噴嘴。鼓泡除氧裝置可布置在凝汽器隔板兩側(cè)，以加快氧氣析出的速度。

圖5 鼓泡除氧裝置示意圖

噴霧除氧裝置和鼓泡除氧裝置均可獨(dú)立控制，可通過閥門控制疏水和蒸汽進(jìn)入凝汽器的流量，以達(dá)到較好的除氧效果。

3.2 除氧原理

通過噴霧除氧裝置，具有一定含氧量的疏水經(jīng)過噴嘴后，以霧滴的形式噴淋到凝汽器喉部，利用汽輪機(jī)排汽對霧滴進(jìn)行充分加熱，當(dāng)霧滴被加熱到等于或非常接近于其壓力相應(yīng)的飽和溫度時(shí)，其中的氧氣將全部從補(bǔ)水霧滴中析出，氧氣經(jīng)設(shè)在空冷區(qū)的抽空氣管直接排出凝汽器，而除氧后的疏水霧滴流向凝汽器的熱井底部。

進(jìn)入熱井的疏水中，仍然溶有部分氧氣，通過鼓泡除氧裝置引入蒸汽，蒸汽與熱井中的疏水進(jìn)行充分混合擾動(dòng)，進(jìn)一步加熱疏水，同時(shí)將疏水中溶解的氧氣帶出水面，達(dá)到進(jìn)一步除氧的目的。

4 改造后效果

通過此次改造項(xiàng)目，有效解決了當(dāng)前熱泵及熱網(wǎng)加熱器疏水溫度過高，無法進(jìn)行精處理的問題，同時(shí)對凝汽器進(jìn)行改造，將經(jīng)過一級換熱的疏水直接送入凝汽器中進(jìn)行二級換熱并除氧，進(jìn)而替代除氧器，具體達(dá)到效果如下：1）在熱泵疏水側(cè)，將凝水換熱器更換成管內(nèi)側(cè)是熱網(wǎng)水、管外側(cè)是疏水，一級換熱后疏水溫度降至70 ℃。進(jìn)入凝汽器后，與循環(huán)水進(jìn)行二級換熱，疏水溫度可降低至45 ℃。2）在熱網(wǎng)加熱器疏水側(cè)，零米層增加2臺水-水換熱器，一級換熱采用熱網(wǎng)循環(huán)泵出口的熱網(wǎng)水，換熱后疏水溫度降至70 ℃。進(jìn)入凝汽器后，與循環(huán)水進(jìn)行二級換熱，疏水溫度可降低至45 ℃。3）對凝汽器進(jìn)行改造，在凝汽器喉部設(shè)置噴霧除氧裝置，在凝汽器熱井上設(shè)置鼓泡除氧裝置。將熱泵側(cè)、熱網(wǎng)側(cè)的疏水在與熱網(wǎng)水換熱后送入凝汽器，可以對疏水進(jìn)行除氧，達(dá)到代替除氧器的作用。4）疏水經(jīng)過凝汽器精處理系統(tǒng)后，達(dá)到純凝運(yùn)行時(shí)期水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，將大大節(jié)約機(jī)組用水量及成本，進(jìn)一步減輕電廠化學(xué)水處理的壓力。

5 結(jié)語

本文結(jié)合某電廠2×300 MW供熱機(jī)組供熱系統(tǒng)中存在的疏水處理問題，提出了一種電廠疏水改造一體化除氧技術(shù)，并通過具體換熱計(jì)算數(shù)據(jù)驗(yàn)證該方案的合理性和可行性。將熱泵疏水系統(tǒng)中凝水換熱器管內(nèi)外側(cè)的工質(zhì)對調(diào)，使熱網(wǎng)水在管內(nèi)流動(dòng)，減少雜質(zhì)的沉積和結(jié)垢，同時(shí)在熱網(wǎng)加熱器疏水系統(tǒng)中，增設(shè)水-水換熱器，用熱網(wǎng)循環(huán)水使疏水溫度降低，最后將熱泵側(cè)、熱網(wǎng)加熱器側(cè)的疏水送入凝汽器中，與循環(huán)水進(jìn)行二次換熱降溫，以達(dá)到凝結(jié)水精處理的條件。在凝汽器喉部，利用熱力除氧原理，通過噴霧除氧、鼓泡除氧相結(jié)合的方式，使疏水中氧氣析出，以達(dá)到替代除氧器的目的，進(jìn)而優(yōu)化電廠設(shè)備配置，減少投資成本，提升電廠經(jīng)濟(jì)效益。