謝尉揚(yáng)

（浙江浙能技術(shù)研究院有限公司，杭州 310003）

0 引言

火力發(fā)電廠回?zé)嵯到y(tǒng)通常帶有熱力除氧器，在加熱鍋爐給水的同時(shí)去除溶解在給水中的氧氣，以防止溶氧對(duì)高壓加熱器、鍋爐省煤器以及水冷壁等管材造成腐蝕。但是當(dāng)鍋爐參數(shù)提高到超臨界以后，為防止鍋爐給水系統(tǒng)發(fā)生FAC（流動(dòng)加速腐蝕）現(xiàn)象，鍋爐給水處理方式發(fā)生了質(zhì)的變化，由亞臨界時(shí)的AVT（除氧加全揮發(fā)處理）轉(zhuǎn)變?yōu)镺T（加氧處理）方式[1-3]。在這種處理方式下，除氧器不對(duì)外排不凝氣體，還要對(duì)給水進(jìn)行加氧處理，除氧器只起到給水加熱的作用，因而可以利用表面式加熱器代替除氧器，并對(duì)整個(gè)回?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。

無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)在國(guó)外已應(yīng)用了幾十年，并且有多臺(tái)200～800MW等級(jí)的超高壓、亞臨界、超臨界機(jī)組投運(yùn)，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益[4-5]。國(guó)內(nèi)在多年前對(duì)無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)曾經(jīng)有過(guò)一些研究[6-8]，真正應(yīng)用的是湄州灣發(fā)電廠（2×362MW），由美國(guó)BECHTEL公司設(shè)計(jì)，機(jī)組于2001年投產(chǎn)，總體運(yùn)行情況良好，達(dá)到了預(yù)期目的[9-10]。但針對(duì)超臨界機(jī)組無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)的研究還很少。本文將從技術(shù)上對(duì)無(wú)除氧器系統(tǒng)進(jìn)行探討，論證其可行性，并從系統(tǒng)優(yōu)化和廠房布局優(yōu)化角度分析無(wú)除氧器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

1 除氧器的作用

汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)的作用是提高機(jī)組循環(huán)熱效率，目前300～1000MW等級(jí)汽輪機(jī)的回?zé)嵯到y(tǒng)通常設(shè)置8級(jí)抽汽回?zé)幔謩e為3級(jí)高壓加熱器、4級(jí)低壓加熱器和1個(gè)壓力式除氧器。在給水回?zé)嵯到y(tǒng)中，除氧器通過(guò)加熱給水和排出氣體來(lái)除去溶解在給水中的氧氣和其他不凝氣體，保證鍋爐給水品質(zhì)（溶解氧＜7μg/L）[11-12]，從而防止給水中的溶解氧對(duì)管道和設(shè)備造成腐蝕。

從結(jié)構(gòu)上看除氧器是混合式加熱器，利用汽輪機(jī)抽汽加熱給水，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)除氧器將給水加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度；在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)利用輔助蒸汽加熱鍋爐給水，提高給水溫度，加快鍋爐啟動(dòng)速度；除氧器還接收來(lái)自高壓加熱器的疏水、化學(xué)補(bǔ)水以及電廠其他各處合格的疏水和排汽。除氧器是一個(gè)體積龐大的儲(chǔ)水容器，在凝汽器、除氧器和鍋爐汽包之間還起到水位平衡和緩沖的作用[11]。

對(duì)于超臨界機(jī)組，由于鍋爐給水系統(tǒng)普遍存在比較嚴(yán)重的FAC現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究和實(shí)踐，鍋爐給水處理方式已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化[1-2]。目前，通常在機(jī)組啟動(dòng)后就投入凝結(jié)水精除鹽系統(tǒng)，當(dāng)給水水質(zhì)達(dá)到規(guī)定要求，主要是氫電導(dǎo)率小于0.15μs/cm時(shí)，即可將給水的AVT處理轉(zhuǎn)為OT處理[12-13]。通過(guò)對(duì)給水進(jìn)行OT處理，在被腐蝕的金屬表面形成致密的Fe2O3保護(hù)膜，有效降低和減緩金屬材料的腐蝕，從而相應(yīng)減小管道系統(tǒng)的阻力，提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。在超臨界機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)給水不需要除氧，反而要進(jìn)行加氧，除氧器已經(jīng)失去了除氧的作用。另外，超臨界鍋爐沒(méi)有汽包，也不需要考慮水位平衡和緩沖功能，高加的疏水可以通過(guò)其它方式來(lái)回收和利用。因此，對(duì)超臨界機(jī)組，采用表面式加熱器代替除氧器在技術(shù)上已經(jīng)成熟。

2 表面式加熱器代替除氧器的可行性

2.1 給水加氧和除氧

超臨界機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)為防止給水系統(tǒng)FAC問(wèn)題，需要對(duì)給水進(jìn)行OT處理，已不需要除氧器來(lái)除氧。但是當(dāng)機(jī)組啟動(dòng)和給水水質(zhì)還未達(dá)到OT處理要求時(shí)，凝結(jié)水和給水采用AVT處理，仍應(yīng)考慮進(jìn)行除氧，在沒(méi)有除氧器的情況下，設(shè)計(jì)上可以采取多種措施：

（1）在凝汽器內(nèi)部設(shè)置蒸汽加熱除氧裝置，對(duì)凝結(jié)水進(jìn)行加熱除氧。

（2）對(duì)于補(bǔ)充到凝汽器中的除鹽水，可通過(guò)高位噴淋裝置在真空和加熱中進(jìn)行除氧[14]。

通過(guò)以上2項(xiàng)措施，一般可以將凝結(jié)水中的溶解氧降到30μg/L以下。

（3）在加藥系統(tǒng)中保留聯(lián)氨加藥裝置，通過(guò)對(duì)凝結(jié)水和給水加聯(lián)氨處理，除去殘留在給水中的溶解氧。

（4）在凝結(jié)水系統(tǒng)中增加混合式低壓加熱器，具有除氧功能[4-5]。

另外，為防止凝結(jié)水中溶解氧過(guò)高，在運(yùn)行維護(hù)中要防止空氣漏入真空系統(tǒng)，確保真空嚴(yán)密性，特別應(yīng)關(guān)注凝結(jié)水泵的軋?zhí)m、盤根、筒體密封面等處。在機(jī)組正常運(yùn)行期間，如果發(fā)生凝汽器泄漏，造成水質(zhì)惡化，給水和凝結(jié)水仍應(yīng)恢復(fù)AVT處理，同時(shí)進(jìn)行加聯(lián)氨處理，以保證給水溶解氧低于7μg/L。因而在不設(shè)置除氧器時(shí)，技術(shù)上仍可以保證鍋爐給水的溶解氧在規(guī)定范圍內(nèi)[9-10]。

2.2 給水加熱

由于正常運(yùn)行時(shí)超臨界機(jī)組的除氧器只起到普通加熱器的作用，因而完全可以用表面式加熱器（以下簡(jiǎn)稱4號(hào)加熱器）來(lái)代替除氧器。通過(guò)結(jié)構(gòu)上合理設(shè)計(jì)，如內(nèi)部設(shè)置過(guò)熱蒸汽冷卻段、疏水冷卻段等，可以在不改變汽輪機(jī)抽汽參數(shù)的情況下，做到表面式加熱器的上端差為零，即出口給水溫度達(dá)到抽汽壓力下的飽和溫度，在回?zé)嵯到y(tǒng)中起到與混合式加熱器完全一樣的加熱效果。對(duì)于機(jī)組啟動(dòng)時(shí)的給水加熱問(wèn)題，同樣可以在該加熱器的汽側(cè)接入輔助蒸汽來(lái)加熱；另外，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)還可以通過(guò)調(diào)整凝汽器的真空度來(lái)適當(dāng)提高凝結(jié)水溫度，也可以提前投入2號(hào)高壓加熱器來(lái)提高給水溫度。

2.3 凝結(jié)水和給水系統(tǒng)優(yōu)化

與原有系統(tǒng)相比，由于除氧器改為表面式加熱器，可以取消凝結(jié)水系統(tǒng)的除氧器水位調(diào)節(jié)閥和給水泵的前置泵，凝結(jié)水直接由凝結(jié)水泵經(jīng)過(guò)各級(jí)低壓加熱器和4號(hào)加熱器送達(dá)給水泵，鍋爐上水系統(tǒng)變得簡(jiǎn)單。凝結(jié)水泵和給水泵的配置方式保持不變，凝結(jié)水泵仍可采用變頻調(diào)節(jié)，以使凝結(jié)水量適應(yīng)機(jī)組負(fù)荷變化，節(jié)省凝結(jié)水泵功耗；凝結(jié)水泵和給水泵的運(yùn)行需增加必要的聯(lián)鎖保護(hù)，可以考慮將給水泵的進(jìn)口壓力作為保證凝結(jié)水泵和給水泵之間正常調(diào)節(jié)的控制參數(shù)。

2.4 加熱器疏水優(yōu)化

加熱器疏水仍以逐級(jí)疏水為主，高加的正常疏水可以通過(guò)疏水泵或直接進(jìn)入凝結(jié)水母管，危急疏水經(jīng)擴(kuò)容器后直接進(jìn)入凝汽器。1號(hào)高加疏水到2號(hào)高加，由于2號(hào)高加的疏水壓力較高，疏水可以直接到給水泵的進(jìn)口母管，也可以先到3號(hào)高加，再由疏水泵打入給水泵的進(jìn)口母管，在機(jī)組高負(fù)荷時(shí)則可以通過(guò)疏水泵的旁路，直接進(jìn)入到給水泵的進(jìn)口母管；3號(hào)高加疏水也可以直接到4號(hào)加熱器，再通過(guò)4號(hào)加熱器的疏水泵打入給水泵的進(jìn)口母管。當(dāng)3號(hào)高加疏水到給水泵進(jìn)口母管后，4號(hào)加熱器的疏水應(yīng)到5號(hào)低加，5—8號(hào)低加的疏水保持原設(shè)計(jì)不變。各種疏水方式應(yīng)視不同機(jī)組的設(shè)計(jì)而定。來(lái)自電廠其他地方的合格疏水和排汽，可以根據(jù)壓力等級(jí)及所含熱量的不同分別進(jìn)入相應(yīng)壓力等級(jí)的加熱器，以充分利用熱量和工質(zhì)，也可直接排入凝汽器，僅回收工質(zhì)。

2.5 主廠房結(jié)構(gòu)優(yōu)化

除氧器水箱的有效容積要保證給水泵至少運(yùn)行5 min[11]，因而體積龐大。由于要考慮給水泵的進(jìn)口汽蝕余量，除氧器必須高位布置，且要配備前置泵，給水管道布置復(fù)雜且冗長(zhǎng)。加上連接除氧器的管道繁多，廠房設(shè)計(jì)時(shí)一般需要考慮設(shè)置除氧間，從而大大增加了主廠房的容積，廠房結(jié)構(gòu)的荷載還必須按除氧器滿水條件來(lái)考慮。當(dāng)回?zé)嵯到y(tǒng)采用表面式加熱器代替除氧器后，除氧間容積可以大大縮小，結(jié)構(gòu)也可以簡(jiǎn)化。去除除氧器和前置泵后，管道系統(tǒng)也變得簡(jiǎn)單，為取消除氧間提供了有利條件，通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化完全可以取消除氧間，還能縮短“四大管道”的長(zhǎng)度[15-16]。

3 無(wú)除氧器系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

3.1 降低工程造價(jià)

無(wú)除氧器系統(tǒng)沒(méi)有除氧器和前置泵，相應(yīng)的管閥系統(tǒng)也變得較為簡(jiǎn)單，設(shè)備和材料費(fèi)用可以降低。由于沒(méi)有體積龐大的除氧器，主廠房容積可以減少，還可以通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)取消除氧間，更能大幅度降低主廠房容積，降低建筑工程造價(jià)，并且縮短“四大管道”長(zhǎng)度，進(jìn)一步節(jié)省管道材料的費(fèi)用。根據(jù)相關(guān)研究，對(duì)于2×1000MW機(jī)組，僅因取消除氧間和縮短“四大管道”的長(zhǎng)度，所節(jié)省的費(fèi)用就達(dá)2238萬(wàn)元[15]，如果再考慮取消前置泵、調(diào)節(jié)閥以及大量的低壓給水管和閥門，節(jié)省費(fèi)用更為可觀。

3.2 提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性

在維持回?zé)嵯到y(tǒng)參數(shù)不變的情況下，汽輪機(jī)循環(huán)效率基本不受影響，若考慮高加疏水直接進(jìn)入給水泵進(jìn)口，還能提高最終給水溫度，降低汽輪機(jī)熱耗。無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)的4號(hào)加熱器無(wú)需高位布置，大大縮短了抽汽管道和給水管道，同時(shí)取消了除氧器水位調(diào)節(jié)閥，因而降低整個(gè)管道系統(tǒng)的阻力，也相應(yīng)降低了凝結(jié)水泵的功耗。無(wú)除氧器系統(tǒng)不設(shè)前置泵，雖然要增加高加疏水泵，但與取消前置泵相比，還是節(jié)省了廠用電。因而采用無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)，最終能提高發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)相關(guān)資料，300MW機(jī)組采用無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)，相比于常規(guī)設(shè)計(jì)的機(jī)組，其經(jīng)濟(jì)性一般可提高約0.8%[4]。

3.3 提高機(jī)組運(yùn)行可靠性

除氧器體積龐大，儲(chǔ)存了巨大的熱容量，并且又是高位布置，存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。1991年原國(guó)家能源部和機(jī)械電子工業(yè)部聯(lián)合頒布了《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》，2002年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委又頒布了《鍋爐除氧器技術(shù)條件》（JB/T 10325-2002），對(duì)熱力除氧器的設(shè)計(jì)、材料、制造、檢驗(yàn)、安裝和運(yùn)行等提出了各項(xiàng)規(guī)定，以確保除氧器使用過(guò)程中的安全。國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)除氧器爆炸的案例，造成慘痛教訓(xùn)，除氧器安全閥和焊縫的定期檢驗(yàn)也帶來(lái)很多工作量。利用表面式加熱器代替除氧器后，回?zé)嵯到y(tǒng)變得簡(jiǎn)單，設(shè)備和管閥數(shù)量減少，簡(jiǎn)化了機(jī)組的運(yùn)行和維護(hù)，機(jī)組運(yùn)行的安全風(fēng)險(xiǎn)降低，可靠性得到提高。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著發(fā)電行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的進(jìn)一步加劇，降低工程造價(jià)、提高機(jī)組經(jīng)濟(jì)性和可靠性已經(jīng)引起各方面的高度重視。與亞臨界機(jī)組相比，超臨界機(jī)組采用無(wú)除氧器回?zé)嵯到y(tǒng)在技術(shù)上更有優(yōu)勢(shì)，表面式加熱器代替除氧器可以優(yōu)化整個(gè)給水回?zé)嵯到y(tǒng)，方便主廠房布置，取消除氧間。

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