直接空冷機(jī)組降低凝結(jié)水溶氧的方法

劉 利，雷平和

(北京國電華北電力工程有限公司，北京市，100120)

1 凝結(jié)水溶氧超標(biāo)概述

汽輪發(fā)電機(jī)組的凝結(jié)水溶氧超標(biāo)是多年來一直困擾直接空冷機(jī)組正常運(yùn)行的一大難題，它直接影響機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和循環(huán)熱效率[1-9]。特別是在冬季采暖季節(jié)，很多空冷機(jī)組的凝結(jié)水溶氧指標(biāo) (大于100 μg/L)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(小于30μg/L)。

凝結(jié)水溶氧高，一般認(rèn)為有以下幾個(gè)原因：

(1)真空嚴(yán)密性差(按照標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)保持在200Pa/min)；

(2)凝結(jié)水過冷度大(一般為5～6℃)；

(3)系統(tǒng)補(bǔ)充除鹽水(常溫、常壓下除鹽水的溶氧約為 8000 μg/L)。

(4)直接空冷機(jī)組的真空容積較大，一般300 MW機(jī)組約為1萬m3，600 MW機(jī)組約為1.8萬m3。機(jī)組的真空系統(tǒng)管束、管道接口多，出現(xiàn)漏空點(diǎn)的概率高。

2008年11月，大同二電廠對8號600 MW直接空冷機(jī)組進(jìn)行了無凝結(jié)水補(bǔ)水時(shí)的實(shí)際溶氧情況試驗(yàn)(3.5 h)。試驗(yàn)前，首先進(jìn)行了8號機(jī)組真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，其結(jié)果為230Pa/min。試驗(yàn)開始，關(guān)閉補(bǔ)水，約1.5 h后，凝結(jié)水溶氧由64 μg/L降至25 μg/L，之后的2 h期間，溶氧始終維持在 30 μg/L 以下，最低 21 μg/L，最高 29 μg/L。

試驗(yàn)結(jié)束后恢復(fù)補(bǔ)水，凝結(jié)水溶氧開始逐步升高，2 h 后達(dá)到最大值，為 66 μg/L。

上述試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)機(jī)組的真空嚴(yán)密性保持在約200 Pa/min時(shí)，凝結(jié)水溶氧超標(biāo)的直接原因只是由于凝結(jié)水補(bǔ)水。

另外，8號機(jī)組在試驗(yàn)過程中凝結(jié)水平均過冷度在穩(wěn)定負(fù)荷階段為5.35℃，在變負(fù)荷階段為5.6℃(空冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過冷度為6.7℃)。而凝結(jié)水回水也可以降至30 μg/L及以下。這說明在一定真空嚴(yán)密性條件下，沒有補(bǔ)水為前提，過冷度對凝結(jié)水的溶氧影響較小。

當(dāng)有補(bǔ)水時(shí)，由于除鹽水的溶氧有可能高達(dá)8000 μg/L，一旦凝結(jié)水有過冷度，將不能完全除氧，其溶氧必然很高。特別是在冬季采暖期間，系統(tǒng)需要大量補(bǔ)水，而且冬季背壓低，過冷度高，凝結(jié)水溶氧指標(biāo)達(dá)到峰值。

2 凝結(jié)水回水系統(tǒng)及其補(bǔ)水系統(tǒng)的配置

國內(nèi)首臺300 MW和600 MW直接空冷機(jī)組分別投產(chǎn)至今已有6年的時(shí)間，在此期間，全國已有上百臺300 MW、600 MW直接空冷機(jī)組相繼投產(chǎn)。這些機(jī)組的凝結(jié)水及其補(bǔ)水系統(tǒng)不盡相同，其系統(tǒng)配置經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段。

(1)系統(tǒng)配獨(dú)立的凝結(jié)水水箱，凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補(bǔ)水進(jìn)入凝結(jié)水箱。國內(nèi)早期投產(chǎn)的300 MW、600 MW直冷機(jī)組，在凝結(jié)水系統(tǒng)的設(shè)備配置上，基本采納國外的配置模式，即凝結(jié)水箱單獨(dú)設(shè)置，凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補(bǔ)水進(jìn)入凝結(jié)水箱。為了提高水箱的除氧效果，減少凝結(jié)水過冷度，凝結(jié)水和補(bǔ)水進(jìn)入凝結(jié)水箱后的管道上一般設(shè)置小孔霧化噴淋，并從汽輪機(jī)排汽管道上引出1～2根蒸汽管道接入水箱進(jìn)行加熱和除氧。該系統(tǒng)霧化效果差，加熱不充分，經(jīng)運(yùn)行實(shí)踐證明除氧效果差，冬季采暖補(bǔ)水量較大時(shí)，凝結(jié)水含氧量最高可達(dá)300 μg/L。

(2)為了改善除氧效果，一些機(jī)組將凝結(jié)水補(bǔ)水引至空冷凝汽器前的分配管，使補(bǔ)充水進(jìn)入空冷凝汽器與蒸汽混合而加熱，氧氣等不凝氣體析出后經(jīng)逆流空冷凝汽器被真空泵抽出。運(yùn)行證明，補(bǔ)水引至空冷凝汽器分配管后，除氧效果大大提高，但凝結(jié)水溶氧仍然不能達(dá)標(biāo)。機(jī)組正常運(yùn)行有補(bǔ)水時(shí)，凝結(jié)水含氧量為40～80 μg/L。冬季采暖補(bǔ)水量較大時(shí)，凝結(jié)水含氧量最高可達(dá)100 μg/L。

(3)隨著工程設(shè)計(jì)的不斷優(yōu)化和運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的逐漸積累，最終形成了在空冷機(jī)組低壓缸下部的排汽管道上設(shè)置集疏水箱、凝結(jié)水箱為一體的排汽裝置。凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補(bǔ)水經(jīng)過水膜噴嘴或小孔噴淋方式噴入排汽裝置。由于在排汽裝置內(nèi)凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補(bǔ)水能夠與汽機(jī)排汽充分混合，凝結(jié)水被加熱、除氧，減小了凝結(jié)水的過冷度，使凝結(jié)水的溶氧又進(jìn)一步降低。但由于汽機(jī)排汽的蒸汽品質(zhì)較差，如果進(jìn)入排汽裝置的凝結(jié)水回水和補(bǔ)水管道的位置不合理，或者回水和補(bǔ)水在排汽裝置內(nèi)的噴淋系統(tǒng)效果不好，凝結(jié)水溶氧指標(biāo)仍然有可能超標(biāo)。

3 改造情況及運(yùn)行效果

針對不同配置的凝結(jié)水系統(tǒng)，對凝結(jié)水溶氧指標(biāo)的控制可采取不同方法。

3.1 排汽裝置內(nèi)配置凝結(jié)水和補(bǔ)水噴淋系統(tǒng)

早期的直接空冷機(jī)組凝結(jié)水和補(bǔ)水入口位置多在熱井上的導(dǎo)流板下面，僅靠從導(dǎo)流板開孔處引出的部分蒸汽進(jìn)行加熱，由于管系距熱井水面很近，換熱強(qiáng)度有限。新型的噴淋系統(tǒng)在排汽裝置殼體上部適當(dāng)標(biāo)高處設(shè)置凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補(bǔ)水的入口位置，讓汽輪機(jī)排汽直接對回水和補(bǔ)水進(jìn)行加熱，增加換熱強(qiáng)度，同時(shí)選用霧化效果好的噴嘴。

托克托電廠5號機(jī)組安裝時(shí)，回水管系采用了從匈牙利引進(jìn)的水膜噴嘴，經(jīng)測試換熱效果不理想。后來改造時(shí)更換成了一種新型的錐形水膜噴嘴。這種新型噴嘴是汽機(jī)廠經(jīng)過幾十次改型試驗(yàn)研制而成，在同樣的噴水條件下，水膜面積比最初使用的水膜噴嘴水膜面積增大80%。這種噴嘴霧化效率高，可更好地與低壓缸排汽進(jìn)行換熱，除氧效果好。經(jīng)過改造，5號機(jī)組凝結(jié)水含氧量由 30～60 μg/L降至 30 μg/L以下，其中夏季最高為 19 μg/L，冬季最高為 30 μg/L，此時(shí)的系統(tǒng)真空嚴(yán)密性為260～300 Pa/min。

目前，通遼電廠1×600MW直接空冷機(jī)組、霍林河電廠2×600MW直接空冷機(jī)組、大同塔山電廠2×600 MW直接空冷機(jī)組和大同二電廠三期2×660MW直接空冷機(jī)組的排汽裝置內(nèi)均設(shè)置了帶施托克噴嘴的除氧裝置，上述電廠均已投產(chǎn)運(yùn)行。其保證的凝結(jié)水出口的含氧量均小于40μg/L。實(shí)際運(yùn)行效果均低于40μg/L。

大同塔山電廠1、2號機(jī)組分別于2008年7月和10月投產(chǎn)，2臺機(jī)組在投產(chǎn)的最初幾個(gè)月里，凝結(jié)水溶氧指標(biāo)一致保持在20～30 μg/L之間，效果較好。但是自2009年以后，2臺機(jī)組出現(xiàn)了一些漏點(diǎn)，使得空冷系統(tǒng)真空嚴(yán)密性降低到360～680 kPa/min，凝結(jié)水含氧量升至40～50 μg/L。目前，電廠準(zhǔn)備在機(jī)組停機(jī)時(shí)對漏點(diǎn)進(jìn)行處理，恢復(fù)真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

3.2 外置式凝結(jié)水箱的改造

國外直冷機(jī)組的空冷系統(tǒng)大都設(shè)置獨(dú)立的凝結(jié)水箱，凝結(jié)水回水和補(bǔ)水進(jìn)入凝結(jié)水箱加熱除氧。為達(dá)到除氧效果，很多機(jī)組的凝結(jié)水箱的頂部加裝了施托克噴嘴。該噴嘴最初就是應(yīng)用于真空除氧器的除氧裝置，后來其技術(shù)被延伸用到高壓除氧器上，采用施托克噴嘴的內(nèi)置式高壓除氧器已在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。

目前國內(nèi)一些有獨(dú)立凝結(jié)水箱的直接空冷電廠也開始考慮對水箱進(jìn)行改造，加裝施托克噴嘴。以600 MW直冷機(jī)組為例，改造方法是在凝結(jié)水箱頂部設(shè)2個(gè)700型噴嘴和1個(gè)DN150型噴嘴。凝結(jié)水回水和補(bǔ)充水的除氧過程分為3級，并引入低加疏水作為輔助熱源。

第1級除氧：凝結(jié)水回水和補(bǔ)水通過噴嘴，進(jìn)行噴霧除氧。

第2級除氧：補(bǔ)水通過1個(gè)槽型換熱裝置與從槽板下進(jìn)入換熱裝置的汽機(jī)排汽進(jìn)行充分換熱；凝結(jié)水回水在噴淋區(qū)域內(nèi)與排汽進(jìn)一步充分換熱。

第3級除氧：利用進(jìn)入凝結(jié)水箱的低加疏水通過1個(gè)精除氧裝置與凝結(jié)水混合換熱，完成最終除氧。

凝結(jié)水回水和補(bǔ)水經(jīng)過3級除氧后，預(yù)期目標(biāo)為凝結(jié)水箱出口溶氧小于30 μg/L。

水箱改造的主要技術(shù)參數(shù)如下：

4 結(jié)論

（1）保證真空嚴(yán)密性是控制凝結(jié)水溶氧指標(biāo)重要前提條件。在空冷島安裝時(shí)期，必須保證焊接嚴(yán)密性，嚴(yán)格控制每道焊口的焊接質(zhì)量和焊接工藝，減少或消除空冷系統(tǒng)的泄漏點(diǎn)。

（2）不論是獨(dú)立的凝結(jié)水箱系統(tǒng)還是排汽裝置系統(tǒng)，對凝結(jié)水回水和補(bǔ)充水進(jìn)行除氧是問題的關(guān)鍵，采用霧化良好的噴嘴和有效的加熱可獲得理想的除氧效果。

（3）凝結(jié)水補(bǔ)水是凝結(jié)水系統(tǒng)溶氧高的主要原因，因此，也可以考慮對補(bǔ)水在進(jìn)入凝結(jié)水系統(tǒng)前進(jìn)行除氧，即設(shè)置補(bǔ)水除氧器。以此消除在補(bǔ)水量大時(shí)凝結(jié)水溶氧高的可能性，更進(jìn)一步保證凝結(jié)水系統(tǒng)的溶氧控制在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

[1]國電電力大同第二發(fā)電廠發(fā)電部.8號機(jī)主凝結(jié)水溶氧摸底試驗(yàn)報(bào)告[R].2009.

[2]大唐國際托克托發(fā)電責(zé)任有限公司生產(chǎn)部.托電5號機(jī)溶氧高整改方案[R].2006.

[3]周蘭欣,楊靖,楊祥良.300 MW直接空冷機(jī)組變工況特性[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2007,27(17)∶78-82.

[4]劉官郡.火力發(fā)電廠直接空冷的幾點(diǎn)思考[J].電力建設(shè),2007,28(6)∶69-70,73.

[5]謝濱.大型直接空冷電廠的設(shè)計(jì)思路[J].電力建設(shè),2004,25(11)∶7-10,19.

[6]王佩璋.我國600 MW火電機(jī)組直接空冷技術(shù)的開發(fā)研究[J]電力建設(shè) 2002,23(7)∶5-8.

[7]王松嶺,趙文升,劉陽,等.直接空冷機(jī)組霧化增濕系統(tǒng)的數(shù)值研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,28(29)：28-33.

[8]王佩璋.國產(chǎn)600 MW直接空冷汽輪機(jī)組設(shè)計(jì)中的一些問題[J].電力建設(shè),2005,26(3)∶10-13.

[9]丁爾謀.發(fā)電廠空冷技術(shù)[M].北京：水利電力出版社，1992.