熱力性真空除氧器在型電站空冷機組技術(shù)分析 

連云港市宏琦電力輔機有限公司

        *，我國西北地區(qū)富煤缺水，所建大型火力發(fā)電廠的凝汽系統(tǒng)大多采用空冷系統(tǒng)以代替耗水巨大的濕冷系統(tǒng)。然而空冷系統(tǒng)漏氧量大,大量溶入凝結(jié)水中的氧會對電廠汽水循環(huán)系統(tǒng)中的鋼制熱力設(shè)備產(chǎn)生很大的危害。因此對空冷機組的凝結(jié)水必須進行除氧處理，以保證熱力設(shè)備的安全正常運行。
        空冷機組凝結(jié)水除氧是在真空條件下特殊情況下的除氧，以空冷機組凝結(jié)水除氧這一課題為研究背景，根據(jù)熱力除氧的基本原理對影響真空除氧性能的因素進行了分析。
        宏琦公司小編還進一步通過實驗研究的方法，提出采用噴霧一淋水盤結(jié)構(gòu)，以低壓蒸汽( 汽輪機排汽)為熱源的真空除氧器裝置。并以此噴霧一淋水盤結(jié)構(gòu)除氧裝置為研究對象，建立凝結(jié)水和補水真空除氧試驗系統(tǒng)，在15kPa壓力下進行真空除氧器試驗，研究給水溫度，給水流量，真空除氧器裝置加熱能力以及給水含氧量等重要參數(shù)對真空除氧性能影響。并從實驗研究中驗證理論假設(shè)并總結(jié)經(jīng)驗規(guī)律，為空冷機組真空除氧器裝置的設(shè)計和開發(fā)提供依據(jù)和參考。
        火力發(fā)電廠采用煤炭作為一次能源，煤粉燃燒加熱鍋爐中的水使之變?yōu)楦邷馗邏旱乃羝?，然后通過汽輪機去推動汽輪發(fā)電機發(fā)電。做完功的乏汽排入凝汽器中冷凝成水，然后經(jīng)低壓泵、低壓加熱器、真空除氧器、高壓加熱器等設(shè)備后返回鍋爐，形成閉合的汽水循環(huán)。其整個流程如圖1-1所示。

        在主要的火(核)發(fā)電機組系統(tǒng)中，給水除氧是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。氧是給水管道、鍋爐等重要部件的主要的腐蝕物質(zhì)來源。這些鋼制設(shè)備受到腐蝕后，會使其壁厚減薄，應(yīng)力增加，使用壽命縮短。嚴(yán)重時，甚至?xí)l(fā)生設(shè)備惡性爆炸事故。此外，當(dāng)氧腐蝕鍋爐的給水系統(tǒng)和部件時，腐蝕產(chǎn)物氧化鐵會進入鍋爐內(nèi)，沉積或附著在鍋爐管壁和受熱面上，形成難溶而傳熱不良的鐵垢，而且腐蝕會造成管道內(nèi)壁出現(xiàn)點坑，阻力系數(shù)增大。為延長熱力設(shè)備的使用壽命，減緩介質(zhì)中的游離氧等腐蝕物質(zhì)對設(shè)備的腐蝕，通常采用熱力或化學(xué)方法將介質(zhì)預(yù)處理，從而降低介質(zhì)中的含氧濃度以保護設(shè)備。
        在火(核)電廠中，廣泛采用的是基于熱力方法分離非凝結(jié)氣體的方法，其關(guān)鍵設(shè)備是各類除氧器。除氧器按其工作壓力不同可分為壓力式除氧器、大氣式除氧器和真空除氧器。了解真空除氧器運行機理及保證除氧器安全、穩(wěn)定運行在火(核)電廠中具有非常重要的意義。
給水除氧的重要性
        常溫(20%C)、常壓(0.1MPa)下自然水中的含氧量約為8ng/L,但是給水中溶解氧的含量超過0.03ng/L 時，短期內(nèi)就會使給水管路和省煤器出現(xiàn)點狀腐蝕。給水中的溶解氧通常是造成熱力設(shè)備腐蝕的主要原因，其來源主要由鍋爐給水或熱力管網(wǎng)返回的熱水、凝結(jié)水在循環(huán)運行中漏入空氣、汽輪機或凝汽器或凝結(jié)水泵的密封不嚴(yán)密等，它可以導(dǎo)致在運行期間和停用期間的氧腐蝕。
        在發(fā)電廠中，氧腐蝕對熱力設(shè)備有很大的危害，氧腐蝕所造成的腐蝕產(chǎn)物隨給水進入鍋爐。在爐水循環(huán)和蒸發(fā)過程中，這些腐蝕產(chǎn)物在熱負(fù)荷較高的區(qū)域內(nèi)沉積，造成管壁傳熱不良以及產(chǎn)生潰瘍性垢下腐蝕，嚴(yán)重時，會造成爐管漏泄和爆裂。
        因此，含氧量是給水水質(zhì)的一項重要指標(biāo)，給水除氧是電站鍋爐、汽輪機的一項重要設(shè)計要求。為了保證電廠長時間、穩(wěn)定、可靠運行，要求每個電廠使用的除氧器設(shè)備對給水除氧?！吨腥A人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一一火力發(fā)電廠及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T 12145- 1999)要求水質(zhì)見表1- 1。

        對于超臨界機組，《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DU/T 912-2005)要求鍋爐給水揮發(fā)處理后含氧量7ug/L,鍋爐啟動時給水含氧(熱啟動2 小時內(nèi)、冷啟動8小時內(nèi)達(dá)到)30ug/L。
        此外，凝結(jié)水中的溶氧也影響給水系統(tǒng)以及整個熱力系統(tǒng)的運行安全。當(dāng)含氧量較高的凝結(jié)水通過低加等回?zé)嵩O(shè)備及其附屬管道時，會對設(shè)備造成腐蝕。電廠對凝結(jié)水含氧量也有相應(yīng)的要求，《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一火力發(fā)電廠及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》(GB/T 12145-1999)要求超高壓發(fā)電機組，凝結(jié)水溶氧量40ug/L,亞臨界發(fā)電機組凝結(jié)水溶氧量30~40 ug/L，《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)一超臨界火力發(fā)電機組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 912-2005) 要求超臨界發(fā)電機組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量30ug/L。
        對于工業(yè)鍋爐，《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一工業(yè)鍋爐水質(zhì)》(GB1575-2001)中要求:額定蒸發(fā)量2t/h,且額定蒸汽壓力1.0MPa 的蒸汽鍋爐和汽水兩用鍋爐可采用爐內(nèi)加藥處理，但必須對鍋爐的結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強監(jiān)督。額定蒸發(fā)量>6t/h的蒸汽鍋爐，給水應(yīng)除氧。額定蒸發(fā)量<6t/h的蒸汽鍋爐給水若發(fā)生局部腐蝕時，給水應(yīng)采取除氧措施。標(biāo)準(zhǔn)中要求當(dāng)鍋爐額定蒸汽壓力1.57MPa時，給水(有除氧設(shè)施)含氧量應(yīng)<0.1ng/L,當(dāng)鍋爐額定蒸汽壓力>1.57MPa并且2.45MPa時，給水含氧量應(yīng)<0.05ng/L。對于額定功率2.8MPa 的熱水鍋爐可采用爐內(nèi)加藥處理，但必須對鍋爐的結(jié)垢、腐蝕和水質(zhì)加強監(jiān)督。對于鍋爐額定功率>4.2MPa 的熱水鍋爐必須除氧，額定功率<4.2MPa的熱水鍋爐給水應(yīng)盡量除氧。
除氧技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀和真空除氧器的應(yīng)用
        工業(yè)和電廠熱力系統(tǒng)采用的除氧方式主要為熱力除氧器，其次為化學(xué)除氧器。熱力除氧器應(yīng)用比較廣泛，不但能除去水中的溶氧，而且能除去二氧化碳和氮氣等氣體。該除氧方法效果穩(wěn)定可靠;除氧過程中不增加水中含鹽量，也不增加其它氣體的溶解量，是工業(yè)鍋爐、電站鍋爐的主要除氧措施。但真空除氧器前管路容易受水中溶氧腐蝕。
        真空除氧器與熱力除氧器原理相同，工作壓力低于大氣壓力。真空除氧器由于飽和溫度低，比壓力式熱力除氧器的能耗小，因此真空除氧器技術(shù)可用于對鍋爐低品位余熱的回收利用。但真空除氧器對系統(tǒng)密封要求較高，適用于在電廠凝汽器除氧器以及空冷機組電廠的凝結(jié)水和補水除氧。因為對于空冷機組而言，由于其結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，凝結(jié)水漏入的空氣遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)濕冷機組。因此對空冷機組凝結(jié)水進行真空除氧，不但能降低凝結(jié)水溶氧量，而且在除氧過程中可回收汽輪機的部分排汽余熱，并減小空冷系統(tǒng)的負(fù)荷，提高機組的經(jīng)濟性。
空冷機組凝結(jié)水除氧器：
        凝汽器運行時產(chǎn)生較高的真空，由于凝汽器漏入空氣和補水含氧量很高，需要在凝汽器的真空條件下對凝結(jié)水和補水除氧。凝汽器除氧不僅對凝汽器自身性能有利，而且對防止真空除氧器與凝汽器間的低壓加熱器及相應(yīng)的管道閥門腐蝕有很重要的作用,而且除去凝結(jié)水中的不凝結(jié)氣體也能提高凝汽器換熱效率。
        現(xiàn)代汽輪機組采用回?zé)崾绞侥鳎鼙ＷC凝汽器本身在正常工況下具有很大的除氧能力。凝汽器采用回?zé)崾焦苁Y(jié)構(gòu)，利用部分排汽直通熱井水面，把熱井凝結(jié)水加熱到凝汽器壓力相應(yīng)的飽和溫度，消除凝結(jié)水過冷度。
        空冷機組凝汽器與常規(guī)水冷凝汽器有較大差異?？绽錂C組凝結(jié)水溶氧量較高，而且空冷機組汽輪機背壓較濕冷機組汽輪機背壓高，機組熱效率低，采用汽輪機中間抽汽除氧，效率大大降低。采用汽輪機排汽對凝結(jié)水除氧，不但降低了凝結(jié)水的溶氧量，而且一部分排汽沒有經(jīng)過空冷散熱器，減少了空冷系統(tǒng)的負(fù)荷。空冷機組凝結(jié)水除氧主要有凝結(jié)水箱安裝除氧裝置、排汽聯(lián)合裝置內(nèi)除氧和改進凝汽器補水進入方式等。