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      新型內置式無頭除氧器在電廠中的應用

      東北電力設計院劉啟軍


      [摘要]:在介紹火電廠除氧器應用現狀基礎上,介紹了內置式無頭除氧器的工作原理和特點,并對內置式無頭除氧器和常規除氧器的性能特點進行了對比,提出了使用這種新型除氧器的建議。


      [關鍵詞]:無頭除氧器;火電廠;參數


      除氧器是火力發電廠中的重要熱力設備。目前熱力發電廠中普遍采用的是熱力除氧,它費用低,而且同時可以除去水中的氧氣和其他氣體,并無任何殘留物質。


      1火電廠除氧器應用現狀


      目前國內火力發電廠中普遍采用的是帶有除氧頭的常規除氧器(以下簡稱有頭除氧器),它的類型有噴霧填料式、淋水盤式及噴霧淋水盤式。除氧過程是在除氧頭中完成的,包括在噴霧層的初步除氧,可除去水中的大部分氣體,在下面的淋水盤層或填料層進行深度除氧,除去水中的殘余氣體。


      隨著對外技術交流的不斷深入,國外先進的除氧技術和設備在國內也有落戶。荷蘭StorkThermeqB.V.(以下簡稱Stork)公司有幾十年生產和設計除氧器的經驗,其設計制造的內置式無頭除氧器(以下簡稱無頭除氧器),以其獨特的優點占據著強大的市場份額。目前有些國內電力設備制造公司與荷蘭Stork公司已經開始合作,從事無頭除氧器在國內的生產和銷售。國內擬建及在建的300MW及以上機組大多采用無頭除氧器。


      2無頭除氧器的工作原理及特點


      2.1工作原理


      凝結水從盤式恒速噴嘴噴入除氧器汽空間,進行初步除氧,然后落入水空間流向出水口;加熱蒸汽排管沿除氧器筒體軸向均勻排布,加熱蒸汽通過排管從水下送入除氧器,與水混合加熱,同時對水流進行擾動,并將水中的溶解氧及其他不凝結氣體從水中帶出水面,達到對凝結水進行深度除氧的目的。水在除氧器中的流程越長,對水進行深度除氧的效果越好。蒸汽從水下送入,未凝結的加熱蒸汽(此時為飽和蒸汽)攜帶不凝結氣體逸出水面,流向噴嘴的排汽區域(噴嘴周圍排汽區域為未飽和水噴霧區),在排汽區域未凝結的加熱蒸汽凝結為水,不凝結氣體則從排氣口排出。不凝結氣體在流向排氣口的流程中,在水容積一定的情況下,除氧器筒體直徑越大,汽空間不凝結氣體分壓力越小,這樣就能有效控制不凝結氣體在液面的擴散,避免二次溶氧的發生,因此,除氧器筒體采用大直徑為佳。300MW及以上的無頭除氧器通常采用3800mm的直徑。


      2.2性能特點


      a.設備整機價格低于常規有頭除氧器(300MW及以上機組)。


      b.節省土建費用,除氧間高度降低了3~4m。


      c.排汽損失低,每臺機組每年可節省運行費用幾十萬元。


      d.負荷變化范圍在10~110之間時,均能保證出水含氧量小于5.0×10-6。


      e.單容器結構,系統設計簡單、優化,避免應力裂紋,抗震性能優越。


      f.質量較輕,低振動。


      g.采用Stork公司原裝噴嘴,無轉動部件,免維護,性能高度可靠。


      h.直徑及接口設計靈活,便于運輸和安裝布置。


      3無頭除氧器與有頭除氧器比較


      3.1基本結構和參數的比較


      3.1.1無頭除氧器


      a.除氧形式:噴霧型。


      b.除氧原理:凝結水通過噴嘴充分霧化,進行初步除氧,蒸汽從液面下的蒸汽分配管噴出,完成最終除氧。


      c.結構及材料:單容器結構,除氧噴嘴內置于水箱內;噴嘴及鼓泡管采用不銹鋼材料,殼體采用碳鋼。


      d.凈質量:300MW機組單臺約80t;600MW機組單臺約120t。


      e.噴嘴及其容量:盤式恒速噴霧噴嘴;300MW機組配1個1200t/h噴嘴;600MW機組配2個1200t/h噴嘴。


      f.最大容量高達6000t/h(1300MW機組)。


      g.壽命由于沒有除氧頭,從而避免了水箱上部大的集中載荷,筒體應力大大減小,降低了產生應力裂紋的可能性。


      3.1.2有頭除氧器


      a.除氧形式:噴霧淋水盤或其他型式。


      b.除氧原理:通過噴嘴霧化,去除大部分氧氣;深度除氧階段,凝結水一層層交錯向下流動,蒸汽從下部進入淋水箱。


      c.結構及材料:雙容器結構(除氧頭 水箱),除氧頭采用不銹鋼復合板,水箱采用碳鋼。


      d.凈質量:水箱和除氧頭總質量300MW機組約90t/臺;600MW機組約140t/臺。


      e.噴嘴及其容量:彈簧噴嘴,配多個小流量噴嘴,單噴嘴最大流量25t/h。


      f.最大容量:2400t/h(600MW機組)。


      g.壽命:由于有除氧頭,水箱上部有比較大的集中載荷,筒體應力大大增加,在運行中將大量產生應力裂紋,從而降低除氧器設備使用壽命。


      3.2機組安裝布置比較


      a.檢修維護平臺:無頭除氧器只需沿水箱布置1個平臺,有頭除氧器至少需要2個平臺。


      b.管路系統:無頭除氧器管路系統少,安裝簡單容易;有頭除氧器在除氧頭和水箱之間,需要接平衡管,管路較長,安裝相對較復雜。


      c.保溫材料:無頭除氧器需用較少,有頭除氧器相對較多。


      d.排汽凝汽器:無頭除氧器由于除氧時被帶走的蒸汽量很少,不需要排汽凝汽器;有頭除氧器由于除氧時被帶走的蒸汽量很多,需要安裝排汽凝汽器進行再回收利用或防止冬天結冰。


      e.高度尺寸:無頭除氧器300MW機組為4~5m,600MW機組為5~6m(總高度降低了3~4m);有頭除氧器300MW機組為7~8m,600MW機組為8~9m。


      f.抗震效果:無頭除氧器為單容器結構,因此具有極佳的抗震能力;而有頭除氧器的除氧頭焊接在水箱的上部,總體高度較高,并且在除氧頭和水箱之間存在應力,因此抗震效果相對較差。


      g.基礎荷載:無頭除氧器由于質量較輕,對基礎的荷載較小,300MW機組2支座,600MW機組支3座;有頭除氧器為相對較重,基礎荷載較大。


      h.有效容積百分比:無頭除氧器有效容積占總容積的70~72,由于將除氧頭和水箱合二為一,因此總體積大于有頭除氧器的水箱,但遠遠小于有頭除氧器的除氧頭和水箱的總體積之和。有頭除氧器有效容積占總容積的75~80。


      除氧器尺寸對比見表1。


      表1除氧器尺寸對比


      機組


      類型


      除氧頭


      水箱


      直徑


      長度


      直徑


      長度


      300MW


      有頭


      2.5


      8.6


      3.5


      19.4


      無頭








      3.8/4.0


      20/21


      600MW


      有頭


      2.5


      15.0


      3.9


      26


      無頭








      3.8


      29





      3.3設備運行及性能比較


      3.3.1無頭除氧器


      a.運行壓力0.02~2MPa,適合于真空、大氣、過壓運行,定滑、運行。


      b.可選擇過熱蒸汽、飽和蒸汽、濕蒸汽(90)、蒸汽/水混合物、熱水單一除氧介質,也可混合使用,取決于用戶。


      c.被除氧水種類有凝結水/給水、補充水/化學除鹽水,能夠將較低溫度的給水加熱到除氧器飽和溫度。


      d.負荷變化范圍在10~110,均保證出水含氧量小于5×10-6(即最低負荷可達10)。


      e.水箱加熱由標準的蒸汽分配管完成,即在除氧過程中保持水箱加熱,不需額外的水箱加熱裝置。


      f.正常運行時的噪音不超過63.5dB(A)。


      g.當除氧器入口蒸汽在15~80m/s時,運行的除氧器幾乎沒有振動或振動很。ǖ驼駝邮莾戎檬綗o頭除氧器的顯著優點)。


      h.出水含氧量性能保證值不高于5×10­-6,正常運行時2×10-6左右(國電石嘴山電廠2×300MW機組,正常運行時不高于2×10-6;內蒙準格爾電廠2×300MW機組,正常運行時只有1.5×10-6)。


      i.在蒸汽區域沒有壓力差。


      j.隨著壓力升高,水仍能保持飽和狀態。


      k.不需要啟動再循環泵。


      3.3.2有頭除氧器


      a.運行壓力0.049~0.83MPa或0.147~1.202MPa。


      b.主要使用汽機低壓抽汽。


      c.被除氧水種類有凝結水/給水、補充水/化學除鹽水,在將低溫給水加熱到除氧器飽和溫度時會遇到一些困難。


      d.負荷變化范圍在35~105,出水含氧量小于等于7×10-6。


      e.需額外的水箱加熱裝置。


      f.符合國內噪音工業標準85dB(A)。


      g.有些設計振動較大。


      h.出水含氧量5×10-6~7×10-6。


      i.隨著壓力升高,水可能出現過冷狀態。





      j.需要啟動再循環泵。


      3.4機組可靠性比較


      a.噴嘴的可靠性:無頭除氧器噴嘴是Stork公司的專利設計,無轉動部件,免維護,具有自身過濾功能以防堵塞,高度可靠;有頭除氧器除氧頭內部存在轉動部件,機組故障率提高。


      b.應力集中:無頭除氧器由于采用單容器結構取消了除氧頭,避免了水箱與除


      氧頭處的應力裂紋;有頭除氧器在除氧頭和水箱之間采用焊接連接,因此不可避免地存在著應力裂紋。


      c.熱疲勞壽命:無頭除氧器的加熱蒸汽從水下送入,使除氧器整體工作溫度水平降低,金屬熱疲勞壽命大大提高;有頭除氧器的加熱蒸汽直接與筒體接觸,除氧器整體工作溫度高,金屬熱疲勞壽命較短。


      d.低負荷/過負荷運行:無頭除氧器保證機組在10~110的運行工況下可靠運行;在低于30負荷的惡劣工況下,有頭除氧器難以保證出口水含氧量。


      e.使用壽命:無頭除氧器大于30年,有頭除氧器不超過20年。


      3.5節省投資和運行成本的比較


      a.無頭除氧器:對300MW或600MW機組,整機價格低于有頭除氧器市場平均價格的5~10;除氧間土建高度降低了3~4m,土建費用可相應節省幾十萬至上百萬元;300MW機組排汽損失平均為80kg/h,按蒸汽損失0.08元/kg計算,造成的費用55296元。


      b.有頭除氧器:由于除氧頭的存在,除氧間所需建筑高度較高,土建費用較多;300MW機組排汽損失為300~400kg/h,按蒸汽損失0.08元/kg計算,造成的損失費用276480元。相比有頭除氧器,采用無頭式除氧器,對于300MW機組,每年每臺機組節省費用221184元,30年每臺機組可節省近700萬元。


      4、結論


      從以上的分析和對比看,內置式無頭除氧器采用先進的設計方案和制造工藝,同常規除氧器相比具有很多優點。除氧效果好,可靠性高,能保證各工況下除氧水含氧量≤5μg/L,正常運行時通常在1μg/L左右。適應負荷變化能力強,采用定、滑壓運行方式,負荷在額定負荷的10~110%之間變化時均能保證上述除氧效果。內置式無頭除氧器啟動時不存在常規除氧器啟動時振動現象。加熱蒸汽從上面下送入,使除氧器整體工作溫度降低,金屬熱疲勞壽命大大提高。此外其系統設計簡單,結構緊湊,檢修維護方便。工作過程中,排氣損失極少,大大節約了運行費用。目前國內已有數家已建和在建的電廠采用無頭除氧器技術。投運的電廠均達到良好的運行效果。
       

       

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