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旋膜除氧器在供熱機組大量補水工況中的應用
胡波
（廣東省電力設計研究院，廣東廣州510600）
摘 要：通過對廣東省茂名電廠1×200
MW機組除氧器的選型，闡述了旋膜除氧器的原理和構造，并通過分析其良好的技術特性和進行投資比較，說明了旋膜除氧器在茂名熱電廠以煤代油熱電聯產技改工程中應用的優勢。
關鍵詞：電站 除氧器 旋膜 溶氧
1 工程簡介
廣東省茂名熱電廠5號機為1×200
MW以煤代油熱電聯產技改工程的機組，向茂名石油化工總公司提供中壓及低壓參數蒸汽，同時考慮純凝運行工況。三大主機分別選用哈爾濱三大動力廠產品。汽輪機為超高壓一次中間再熱、單軸、雙抽、三缸雙排汽沖動非調整抽汽式機組。冷凝器為雙殼體、分體結構、雙流程表面式冷凝器，冷凝器下部有淋盤式除氧裝置，達到凝結水充分回熱除氧的作用。均由哈爾濱汽輪機廠設計制造。
中壓供汽參數（圍墻外1 m）：4 MPa，460℃，100 t/h。低壓供汽參數(圍墻外1 m)：1．275MPa，300℃，60 t/h。
由于中、低壓供熱蒸汽屬于開式供熱，共約160 t/h蒸汽無法回收，系統需要大量補充除鹽水維持汽、水系統平衡。這與我們常規電廠正常汽水損失補水有很大不同。
2 高、低壓除氧器聯運方案
2.1 系統及參數
哈爾濱汽輪機廠在輔機技術協議中對冷凝器的補水量作了限制，最大補水量為60
t/h。當給水中的溶解氧超過允許值時，就會在給水管道和省煤器中發生點狀腐蝕，若省煤器管發生腐蝕穿孔，則不僅會顯著降低汽輪機出力，而且會造成停爐。對于熱力除氧設備中，在給定的壓力下，當水達到飽和溫度或稍高于飽和溫度時，氣相空間的水蒸氣分壓力接近于氣相的總壓力。約有90%的溶解氧以小氣泡的形式從水中逸出，剩余氣體只能以分子形式從水中擴散出來。此時必須加大蒸汽與水的接觸面積，縮小氧逸出時所經歷的擴散距離，同時造成水的湍流來加強擴散作用，達到深度除氧。若100
t/h的冷水直接進入普通高壓除氧器，補水率達到20%，補水溫度20℃，氧的質量濃度高達10
mg/L,其水溫無法升至對應壓力下的飽和溫度，除氧效果差。因此對于其余補水量，我們只有考慮另設大氣再用補水泵送入高壓除氧器，實現溶解氧達標的目的。此時所選用的高壓除氧器為常規使用的帶恒速噴嘴的淋水盤臥式除氧器。其系統連接及最大抽汽工況參數如圖1。
2.2 系統設備水位控制
2.2.1 純凝工況時的水位控制
純凝工況時正常補水進冷凝器，高壓除氧器水位由汽封加熱器出口調節閥V1控制；冷凝器熱井水位由其進水調節閥V2控制。
2.2.2 抽汽工況時的水位控制
抽汽工況時，總補水量為冷凝器與低壓除氧器補水量之和。低壓除氧器水位由其補水進口調節閥V3控制；冷凝器熱井水位由其進水調節閥V2控制；在冷凝器熱井水位允許和高壓除氧器出口含氧指標合格的前提下盡量補水至冷凝器，以提高給水系統熱效率。補水泵進高壓除氧器調節閥V4開度穩定在高壓除氧器一定工況下的正常水位，水位波動則由V1閥實現調節。
2.2.3 系統布置
兩臺除氧器布置在除氧煤倉間同一層樓板，總荷重約3．626 kN，土建結構梁的設計將會使截面增大，梁高加高，除氧間整個空間減小，通道狹窄，而且均布置在集控室頂層，增加了運行不安全性，給以后的運行、維護、檢修都帶來很多不便。
這種傳統系統設計思路雖然能實現溶氧達標，但是系統復雜，布置繁瑣，實際是一種無奈的選擇。
3 高壓除氧器全補水方案
3.1 方案
鑒于上述考慮，在與汽輪機廠的設計聯絡會上，我們提出了冷凝器全補水的要求,這樣不僅有利于冷凝器維持真空、減少循環水量，而且提高回熱系統的效率。充分的理由得到廠家的許可，同意在冷凝器噴嘴上作調整，實現全補水。這樣補水系統就變得簡單而可靠。除鹽水全部直接進入冷凝器初步除氧，再由凝泵送入高壓除氧器深度除氧，補水系統示意如圖2。
但是由于補水量的增大，原低加系統流量加大，非調整加熱抽汽的參數可調范圍小
，勢必造成凝結水溫度下降。若選用傳統的淋水盤式除氧器，由于流量增大，會使霧化水加熱不足，溫升受到限制，致使除氧效果降低；特別是低負荷時，進口凝結水溫度偏低
，噴霧加熱后，尚不能完全達到對應壓力下的飽和溫度，使多余氣體無法分離出來，影響深度除氧。因而選擇一個既能滿足大量補水要求，又能達到滿意的除氧效果的除氧設備就顯得非常重要。
3.2 旋膜式高壓除氧器
從傳熱傳質機理上看，除氧器主要有：霧化、泡沸和旋膜。除氧器的主要控制指標是淋水密度、提升溫度及溶氧的濃度差。旋膜除氧器的提升溫度可達到70℃，質量濃度由7.6
mg/L降至7μg/L。
3.2.1 工作原理
旋膜除氧器是一種新型熱力除氧器，它依據亨利定律，在結構上采用了三種不同功能的旋膜管組成的組件，建立了汽態區段傳質方法，完善了旋膜技術，旋膜除氧器的傳熱傳質方式與已有的液柱式、霧化式和泡沸式不同，它是將射流、旋轉膜和懸掛式泡沸三種傳熱傳質方式縮化為一體的傳熱傳質方式，因此有很高的效率。射流、旋轉膜、懸掛泡沸式三種傳熱傳質方式源于石化系統的噴射降膜和泡沸傳熱傳質方式，不同的是,將噴射冷凝擴散管取消，利用噴嘴的射流及飛行冷凝。它不僅具有很大的吸熱功能，而且具有很大的解析能力，將自然降膜改為強力降膜，增加了液膜更新度，使液膜沿管壁強力旋轉，卷吸大量蒸汽，增強傳熱傳質功能，將相向泡沸改造為懸掛式泡沸，提高蒸汽流速高時的泛點(飛濺)，并能保持汽體通道，將獨立的三種傳質傳熱裝置縮化為一體,在一個單元部件內完成。有利于汽水接觸，強化了汽水間的傳熱和傳質過程，使溶于水中的氣體易于析出。
3.2.2 主要特點
3.2.2.1 除氧效果好
旋膜除氧器除氧后水中溶氧量，高壓除氧器為1～7μg/L，保證值不大于5μg/L；低壓除氧器為5～7μg/L，保證值不大于7μg/L，完全達到和超過國家標準的要求，降低了鍋爐、汽輪機系統的腐蝕速度。
3.2.2.2 適應性強
a）適應于入口溶氧量高、水溫低的情況。旋膜除氧器允許高壓除氧器入口水溶氧量達2
mg／L，入口水溫60℃；允許低壓除氧器入口水溶氧量10mg／L，入口水溫20℃。
b）適應操作壓力變化范圍大的情況。高壓旋膜除氧器滑壓域0．002～1 MPa。
c）適應低溫補水率大的情況。高壓除氧器低溫補水率為25%，補水溫度60℃。
3.2.2.3 穩定性好
當負荷突變25%、瞬間增補給水10%、改用低溫汽源、入口水溫大幅度下降時，除氧器仍能達到合格指標且除氧器不會發生振動。
當機組甩負荷時，水箱內水流分配管能將低溫水直接送至出水口處，完全防止給水泵入口汽化。
3.2.2.4 節能效果顯著
除氧器排汽量僅為出力的0.1%，不需外設排汽冷卻器，較之國內其它除氧器節能達30%以上。
3.2.2.5 結構簡單
因其具有結構簡單的特點，所以易改造，易安裝，維護工作量小。
3.2.3 使用情況
旋膜除氧器自20世紀80年代初問世以來，在太原第一熱電廠300 MW機組，北京第一熱電廠、渾江發電廠、朝陽發電廠等幾十臺200
MW以上機組工程應用良好，尤其適用大量補水，進水溫度低工況。目前該類型除氧器在廣東省尚無使用業績，在茂名熱電廠以煤代油熱電聯產技改工程中屬于首次應用。
4 兩種方案設備配置投資比較
對于高、低壓除氧器聯運方案，需配置一臺高壓除氧器、一臺低壓除氧器、兩臺高壓除氧器補水泵、四只水位控制閥等，投資約250萬元。
對于高壓除氧器全補水方案，需配置一臺高壓除氧器、兩只水位控制閥等，投資約100萬元。
5 結論
顯然，針對該工程，高壓除氧器全補水方案比高、低壓除氧器聯運方案有明顯優勢 ：
a）系統簡單可靠，熱經濟性高；
b）控制方便簡單，監控要求低，運行穩定；
c）土建結構輕巧，投資少，布置空間寬敞；
d）設備初投資少；
e）運行費用少，安全性高。
綜上所述，我們認為采用高壓除氧器全補水方案在保證運行安全可靠的前提下，能改善設備性能，簡化系統配置，是一種合理的設計思路。
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