2006年第6期 华中电力 第19卷 内置式除氧器在300 MW直接空冷机组的应用 李春朋 f【}l电投J:稗管理分公r .山 永济445000) 摘要:内置式除氧器这几年才在我国火电厂得到运用+除氧器布置在汽轮机运转层是对除氧器布置方式的大胆突破, 通过对永济热电厂2x3OOMW直接空冷机组除氧系统的布置、内置式除氧器工作原理的阐述,说明了该系统的特点,并 对除氧系统的优点和经济}生进行了分析. .关键词:内置式除氧器;直接空冷;凝汽器;布置;特点 中图分类号:TK223.5'23 文献标识码:B 文章编号:1006—6519(2006)06—0072—03 The Application 0f Without—head Deaerators in 300 MW Direct Air-Cooled Power Plant 水济热电厂距永济市3.5 km。新建的2 ̄300 MW 直接空冷机组由中国电力投资集卜f1公司投资并控股。 奉期两台机组的 大主机分别是:锅炉为哈尔滨 锅炉厂股份有限公司生产的HG一1060/17.5一YM31型 亚临界自然循环燃煤汽包锅炉,汽轮机为哈尔滨汽轮 机厂有限责任公司生产的NZK300—16.7/5.37/537刊 临界、一次中问冉热、两缸两排汽盲接空冷凝汽式 汽轮机,发电机为哈尔滨电机厂有限责仟公司生产的 T作压力/_MPa 0.83 l 设计温度/ ̄C 有效容积/m 最大 jj力/t-}r 总K/arm 重量 g 260(350) 140/207 l100 19 547 68200 1.2内置喷雾式除氧器的工作原理 内旨式除氧器的除氧装置内置于除氧水箱 面. 是-种新型热力除氧器,采川射汽 唢嘴、吹扫管、二 QFSN一300--2型汽轮发电4J ̄L(冷却方式:水、氢、氢)。 给水回热为3高加+1除氧+3低加的系统,加热 器疏水采用逐级回流,除氧器 置丁汽机房运转层, 滑压运行.加热蒸汽来自气轮机第四级抽汽。汽封为 l:1密封系统。热力系统中的主蒸汽、再热蕉汽、主给水 次泡沫器等新型高效除氧元件置于给水箱汽侧空间, 实现除氧 和给水箱的一体化..从外观看,没有除氧 .N Jtl:.义被称为无头除氧器。 内置』 除氧器的除氧基本原理是建立在亨利定 系统均采用单元制,I 业水系统亦采川单兀制。 律和道尔顿定律为基础上的物理除氧 1除氧系统介绍 1.1除氧器参数 (1) 利定律(气体溶解定律):当溶于水中的气体 与1:t水中逸 的气体处于动态甲衡时.对应于一定的 温度,单位休积水中溶解的气体与水血上该气体的分 压力成正比,即: 由丁本期机组的冷却 式是直接空冷凝汽器冷 却,来自于空冷岛的凝结水含氧量较高(1 000ppb),补 水的含氧量更是高达8 000 PI)}】,对除氧器的要求比 b=KELP (ereL) 。 常规湿冷电J。要求高,采用传统的除氧方法不仅占川 空间较大,而且热经济性和除氧效果较差。经过对比、 招标,最终该系统的除氧器采用的是济南压力容器厂 引进筒兰施托克公司技术生产的内置式喷雾除氧器 机组除氧器的型号参数为: 型号: GY1100 式巾Pt_p一平衡状态下。某种气体任液面上的分压力; 液面上气体的全fi ̄:30,与Ph取相同单位: 浚气体的匝节溶解度系数JII ,它与气 体种类、液体温度t及液面上气体的伞 P 4J-关. .显然,如果水面上某种气休的分 力P 小于实 际水温下水中溶解气体所对应的平衡 力p 则该气 汁压力/MPa 1.1 收稿日期:2006—07一l8 作者简介:李存朋fl974—1.男.河南南阳人 程帅, : 从事热动方向I 斗1 一72一 维普资讯 http://www.cqvip.com
第19卷 内置式除氧器在300 MW直接空冷机组的应用 2006年第6期 体就会往不平衡压差△p(Ap=p J作用下自水中离析 出来,直至达到新的平衡;反之,液面上的气体则会溶 于水中。如果能使水面上某气体的实际分压力P 降 为零,在不平压差作用下就可把该气体从水中完全除 掉。这便是亨利定律为物理除氧提供的基本思路。 (2)道尔顿定律:混合气体的全压力等于各组成 气体分压力之和。对于给水而言,水面上气体混合物 的全压力P应等于水中各溶解气体分压力∑p 和水 蒸汽分』 力P 之和: P=∑P【+『) 水被定压加热时,随着温度的升高水的蒸发过程 不断加强,水面上的水蒸汽分压力会逐步加大,相应 其他气体的分压力将不断减小。当把水加热至饱和温 度时,水蒸汽的分压力几乎等于水面上的全压力,其 他气体的分 力便会趋于零,从而创造了将水中溶解 气体全部除去的条件。所以,道尔顿定律提供了用加 热水至沸腾使水面上溶解气体分压力为零的途径。 从 述热力除氧原理可知,热除氧过程既是传热 过程(加热水至沸腾)又是传质过程(气体从水中离析)。 因此,在除氧器设计和运行时,必须同时满足传热和 传质两方面的要求。 (11传热要求——创造迅速将水加热到除氧器 作压力所对应饱和温度的条件。 Fh传热学可知,传热量Q与传热系数k[kJ/(m:・ ・h)、传热面积A(m2)及传热温差△£ )成正比: Q--kAAt J/h) 因此,要创造尽可能大的汽水接触面积A和足 够的温 △f,才能保证加热任务的迅速完成。 (21传质要求——创造气体自水中离析的条件 根据传质理论,气体自水中离析f}j来的速率G 与传质系数k [mg/(i,2.MPa・h)】、传质面积A(Il12)及传 质不平衡 差Ap0UPa)成正比: G---k 4 Ap (Il1 由此可知,良好的传质也要求有尽可能大的汽水 接触面积A(除氧器的传热与传质实际卜为同一面 积)。△p是气体逸f¨水面的动力,水被加热到饱和状 态创建了这一不平衡压差△『】,但运行中还必须及时 排走自水rrI逸 的气体。否则,△p将因水面上气体的 集聚而减小,出现“返氧”现象。 另外,随着水巾溶解气体的不断析 , 会越来 越小,气体析出的速率也就越来越小。基于E述的理 沧,内置式喷雾除氧器 作过程可分为两个阶段:第 一阶段为除氧初期。此阶段水中气体多,不平衡压羞 △f)较大,气体可以以小气泡形式借助△『J克服水的袭 ==========—_:=二=二 面张力离析出来。本除氧器仞期除氧是通过专利设汁 圆盘式喷嘴的喷雾而得以实现的. 为该喷雾装置能 确保在任何T况下都能将凝结水加热到饱和温度并 拥有一个较大的传质面积。唢嘴巾的超 和蒸汽空问 的压力一起迫使嘲盘相互分开.几乎全部的凝结水便 象雾片一样喷人到蒸汽空间,使蒸汽和水能均匀地混合 和换热。由于氧气在饱和状态下的溶解度几乎为0,因此 氧气能从凝结水滴中向周同蒸汽进行扩散。 蒸汽冷 凝为饱和水时,氧气聚集在喷嘴附近,从而可以通过 排 少量的蒸汽来带走聚集在顶部的氧气 该阶段能 除去水中气体的80 0/0-90%。第二阶段为深度除氧阶 段。水箱中的最后除氧是通过向水箱巾喷人蒸汽得以 实现的。此时水中气体的含量已很少,故 也很小, 这些气体已无足够的动力以气泡形式克服水的表面 张力逸出。只得靠单个分子的扩散作用慢慢离析出 来。此时可用加大汽水接触面的水膜面积f水膜的表 面张力小1和造成水的紊流来加强扩散作用;用蒸汽 在水中鼓泡的方法也可强化深度除氧,这时气体可依 附在汽泡上逸ffI水面,在水箱中蒸汽与预除氧水充分 接触完成最后除氧。由于内置式除氧器很好地考虑了 水箱中的流体动力特性,设计合理的蒸汽喷射管排能 让水和蒸汽充分接触,并让溶解氧按照亨利定律从水 中扩散到蒸汽中。 当然,即使采取种种措施1来强化除氧后期的传 质,热除氧方法实际上并不能做到彻底除氧, 热除 氧后还必须辅以化学除氧。 13除氧器布置 常规的湿冷300 MW机组…般采用的是外置的 喷雾填料式除氧器,除氧过程是在外置的除氧头上完 成,水箱只是起到了一个混合加热以及收集其它加热 器疏水作用。外置除氧器从外观看,比内置式多…个 除氧头,高度要比内置式高3 ̄4m,设备庞大。同时考 虑除氧器要有足够的高程米产生足够的乐头以防止 给水泵气蚀,需要在标高23 m左右建专门的给水除 氧问来放置除氧器,高度的增加导致低加和除氧器以 及除氧器和给水泵之间连接管道增加,建设成本增加 的同时也导致热效率降低以及维护费用增加。因此本 项目在设计时号虑除氧器干u JJ『1热器布置时允分体现 了节能及节约的理念。通过对几个布置方案的对比并 不断优化,除氧器和加热器打破常规布置格局,将除 氧器布置在汽机房内运转层靠B列锅炉中心线处,除 氧水箱中心标高为l5.6 其中心线距离B列轴线 2.7m 高压加热器布置在l2.6m和6.3m的B列侧, 低压加热器布置存l2.6 rn的A列侧。除氧器布置杠 一73— 维普资讯 http://www.cqvip.com
2006年第6期 华中电力 第l9卷 汽机房内,使汽机房跨度增大为32m,但不会 为布 置除氧器而提高汽机房屋架下弦高度。 除氧器由22ITI降到12.6m,根据除氧器一给水泵 少管道川量。低压加热器布置在12.6m的A列侧.大 大缩短了 其相连的管道长度 就管道这一部分节省 费用超过200万元。本1-稃除氧器布置在汽机房运转 暂态计算,在最不利条件卜,给水泵入【_J的富余 头 层。采用无 式更有利于汽机房运转层行车的运行及 空间的美观。 f21除氧效果好、运行平稳可靠。其l叶j水含氧 仍有4m,保证给水泵入口不汽化 I卅时,为了保证给 水泵运行更安全,在系统设计时,考虑了 汽轮机甩 负荷除氧器失去加热蒸汽的情况下,辅助蒸汽站至除 量<5 ;适应负荷变化的能力较强,负荷的允许变 氧器的蒸汽管道上电动阀门自动快速打 ,供给除氧 器加热蒸汽,以避免除氧器失去加热蒸汽使除氧水箱 压力降低而产生汽化。除氧水箱设有溢流水管,管上 装设电动调节阀,在水箱水位升至高一高水位时,可打 开电动调节阀放水至排汽装置。 本期机组除氧器为滑压运行.除氧器滑 运行是 指除氧器运行时其压力不恒定,而是随机组负荷及抽 汽压力的变动而变化.该系统的抽汽管道卜 设压力 调节阀,故除管道压损外没有节流损失,热经济性较 好。 机组启动或低负荷时该除氧器一般切换成 0.147 MPa的定压运行方式.此时加热蒸汽来自厂用 蒸汽联箱。 除氧器滑 运行不仅提高了没计T况下的经济 化范罔为10%~l】0 o/o之间,在此范罔均能保证上述 除氧效果,非常适用于空冷机组凝结水含氧最高而除 氧要求高的特点. .(3)使用寿命长。由于取消了除氧头, 而避免了 除氧水箱支撑除氧头处产生的应力所产生的裂纹,增 加了除氧器的使用寿命。由这部分产生的经济效益也 是非常可观的 f4)安装检修维护简单、方便。【太1取消r除氧头, 总高度降低、外彤紧凑,其自身高度至少能降低3 ̄5m, 无需设除氧头的检修维护平龠,只需沿水箱布置一个 平台即可满足检修维护要求。设备维护费用低。无头 式除氧器不需要填料。喷嘴性能稳定,正常情况下不 需要更换喷嘴,设备维护及备件费川低。 性.还 著提高了机组低负荷运行时的热经济性,这 对机组承担中间负荷或凋峰负荷时尤为有利。从没计 (5)节能。无头式除氧器 于采用蒸汽与水直接 接触。小会 现蒸汽跑漏 象,在排除非凝结气体时 上看,采用滑 运行除氧器,n 使汽轮机抽汽点的分 伴随排放的蒸汽量少,热效率高。与普通的喷雾填料 式除氧器相比.一年节水赞川50万元左 。 配即各回热加热器给水焓升分配更接近最佳值,从而 提高了机组的热经济性。滑压运行除氧器的烯升较 大,有利于防止除氧器的闩生沸腾。另外,采州滑压运 3结束语 除氧系统足蒸汽电厂 热系统的・个重要组成 部分,除氧系统性能的优劣在很大程度上决定J-EV‘回 热系统的经济性能.特别是对于直接空冷机组.对除氧 行除氧器,还可简化热力系统,方便运行操作。 2系统优点及经济性分析 (11除氧器布置在运转层,降低了主厂房结构荷 载重心,无除氧问框架,士建费用大大降低。根据可比 的机绀土建费用相比.节省l65万左右 将除氧器及 高低压加热器布置在汽机房运转层,取消除氧问,大 大缩短了 除氧器和高压加热器及给水泵牛【l连的全 部管道的长度,减小r管道材料量与常规布置相比减 系统的曼求比湿冷机组更高。水济热电厂2x300MW直 接空冷机组除氧系统是…・个很好的选择.在运行中很 好地发挥了系统的优势,促进r整个机组经济性的提 高。随着公众节能环保意识的增强以及国家标准的提 高,这种除氧系统模式也会在一定时期成为我罔发电 厂除氧系统的发展方向。 豳豳 ■ 一一一 【}商门《-I-fI]}乜力))2006(10)1 个发电厂能行鲡小到-个CI)光盘大小?这个仅仅 野外硬特殊场合T作的I乜厂没备供l乜,It 』}j前景 }广『 徽能源系统臆理 :样机的壮个系统外径为3.5 t m,长 7 r m,转述f-n 20000 r/miu,远远高丁宏观旋转机械的转速。 1系统 动后,3支发光二搬箭发fl H『 的兕 ,电功率达1W 念上存存的科学难题南 州科 :家率先解决 厘米缄微发电系 统在广州口告问 ,这Ⅱ土是u上 能源科, :研究革命性的开拓 徽能源系统【Jf 未来野外工作人 提供【乇时问供能,代替 锂离子电池,大大提高野外生存能力 .也”f作为动力输…,为傲 型飞i 器提供动力。 ——左 。该微系统集成了微燃烧,微透 ,微轴承舣微发电机等 『1r为微电子机械系统(MEMS)或萁他 74.—
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