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1、第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集118直接空冷机组凝结水除氧设计方案优化毕雪峰赵连东（东北电力设计院吉林长春130021）【摘 要】针对目前直接空冷机组凝结水、疏水回收系统系统复杂、凝结水含氧量高、影响机组运行经济性、安全性等问题，提出了改进措施，在直接空冷汽轮机排汽装置中进行凝结水真空除氧。采用排汽装置中进行凝结水真空除氧，简化了系统，降低了凝结水过冷度，提高了机组的热经济性，并解决凝结水含氧量超标问题。【关键词】直接空冷凝结水除氧0前言直接空冷汽轮发电机组主要建设在产煤且缺水的地区。在国外，汽轮机排汽通常用与低压缸排汽口相连的管道引至直接空冷凝汽器。近年来，在我国的三北地区相继建
2、设了一些大中容量的直接空冷汽轮发电机组，设计时对直接空冷凝汽器相关的系统作了改进，增设了空冷排汽装置，现已基本趋于完善。1凝结水真空除氧在排汽装置应用的发展过程1.1我国早期设计的直接空冷凝汽系统（见图 1）排汽装置类似于湿冷机组的凝汽器，但没有水室和管束，颈部布置末级低压加热器，下部收集各种疏水，如：低压加热器疏水、汽机轴封冷凝器疏水、高低压加热器危急疏水、汽机本体疏水、汽轮机湿排汽分离水、排汽主支管因散热而凝结的倒流水等。排汽装置收集的疏水由疏水泵打入凝结水收集箱，流量变化大，尤其在冬季，排汽管散热量多，产生较多的凝结水倒流回排汽装置，这给合理选取疏水泵(包括确定容量、扬程及台数)带来了困
3、难。凝结水收集箱主要收集空冷凝汽器凝结下来的凝结水，进入凝结水收集箱的水(通称凝结水)有过冷度，并且含氧高，所设除氧头的目的是预计能够部分除掉过冷凝结水中的氧气及溶入的其他气体(如：二氧化碳)。当时，山西某 300MW 直接空冷机组电厂采用此设计后，认为效果不明显。其原因是除氧加热蒸汽从汽机排汽主管经平衡管至除氧头，受平衡管和排汽管所选管径的限制不可能有足量的蒸汽流经除氧头，凝结水难以加热到饱和状态，因此过冷水不能深度除氧，蒸汽流量少，蒸汽中氧的分压力高，不仅凝结水中的溶氧气难以扩散出来，而且扩散出来的氧气不容易由管径小(压力低，容积流量大，显得管径小)的排气管抽走，相反还有可能再溶入凝结水中
4、。其实，不能选用管径大的排气管，否则排气带汽量大，影响真空泵的正常运行，并阻碍空冷凝汽器内不凝结气体的排出，降低空冷凝汽器的传热效率和机组的热经济性。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集1191汽轮机低压缸 2排汽装置 3空冷凝汽器 4凝结水收集箱 5凝结水泵6疏水泵 7真空泵 8排汽主管 9平衡管 10抽气管图 1直接空冷凝汽系统示意图据了解，山西某电厂 300MW 直接空冷机组投运后凝结水的含氧量高达 140150g/L，比国家标准规定值(30g/L)高出 34 倍。在冬季，来自空冷凝汽器的凝结水过冷度会更大，凝结水的含氧量也会更高。这样，直接空冷机组长期在凝结水含氧量高(当然二氧化
5、碳含量也高)、过冷度大的情况下运行，不仅降低热经济性，而且产生一些不利影响：加快凝结水系统的氧化腐蚀和酸腐蚀，降低凝结水系统及设备的使用寿命，增加锅炉给水的含铁量，加快锅炉受热面的结垢速度，降低锅炉效率，影响锅炉的安全运行，增加蒸汽的含铁量，加快汽轮机叶片的结垢速度，降低汽轮机的运行效率等。1.2我国改进设计的直接空冷凝汽系统（见图 2）将凝结水收集箱与排汽装置作成一体，凝结水收集箱设置于排汽装置底部。因为排汽装置没有除氧功能，需另设混合式预加热除氧器，对化学补水进行除氧。经过这样的改进减少了设备凝结水收集箱，简化了系统。混合预加热除氧器除氧需设辅助汽源。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论
6、文集1201汽轮机低压缸 2排汽装置 3空冷凝汽器 4凝结水收集箱 5凝结水泵 6混合预加热除氧器 7真空泵 8排汽主管 9平衡管 10化学补水管 11抽气管图 2 直接空冷凝汽系统示意图采用以上的除氧方法不仅占用空间较大，系统复杂，而且热经济性和除氧效果较差。经过再次设计改进后，将除氧装置内置于汽机排汽装置之中，充分利用汽机排汽对凝结水和补水进行除氧并加热。除氧喷头及凝结水收集箱一起与排汽装置作成了一体的排汽装置，系统较简单，减少了设备，节约了管材和安装量，排汽装置内置式除氧技术开始逐渐地应用在直接空冷机组上。国内应用多功能排汽装置的电厂有：通辽电厂（1600MW） 、霍林河电厂（2600M
7、W） 、内蒙大板电厂（2600MW） 、潞安电厂（2135MW） 、国电内蒙古东胜热电厂等。简化的直接空冷凝汽系统见图 3。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集1211汽轮机低压缸 2具有凝结水真空除氧功能的排汽装置 3空冷凝汽器4凝结水泵 5排汽主管 6真空泵图 3直接空冷凝汽系统示意图2空冷机组排汽装置内置式除氧技术简介为解决直接空冷机组的凝结水过冷度大、含氧量高的问题，我们应用了直接空冷汽轮机排汽装置中进行凝结水真空除氧的排汽装置内置式除氧技术。该装置的主要功能是组织汽机排汽、颈部布置 7 号低压加热器、收集凝结水、收集机组疏水、凝结水降过冷度、凝结水真空除氧、补水加热与除氧。该排
8、汽装置用下部空间取代凝结水收集箱，利用汽机乏汽加热温度低的凝结水，提高了凝结水温度并减少凝结水的含氧量。这样，既取消了凝结水收集箱，又不需要设疏水泵，简化了直接空冷凝汽系统，节省投资，方便运行，并提高机组的热经济性。下面简单介绍排汽装置内置式除氧的方案设计。方案一采用了三级除氧，并引入了低加疏水作为辅助热源，对凝结水及化学补水进行进一步除氧。第一级：补充水和凝结水通过除氧喷头，进行喷雾除氧；第二级：补充水通过槽型换热装置，进行第二步除氧。汽机排汽从槽板下进入，乏汽和补水之间进行充分换热，完成补水二级除氧；凝结水通过喷嘴喷入后，流经一个蒸汽空间，进行二级除氧。第三级：引入低加疏水，通过混合换热装
9、置完成最终除氧。简单的系统图如下所示：第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集122以下三个方案在排汽装置中设有凝结水再沸腾(设再沸腾的目的是在寒冷的冬季排汽管道因散热多而产生的凝结水多，倒流流入排汽装置的下部，可能出现排汽装置下部的凝结水含氧量偏高、过冷度偏大的情况，可用向再沸腾管供汽的方式来改善)，利用“压力最高的排汽”加热“温度低的凝结水”(原因是排汽经过主管、支管、顺流凝汽器和逆流凝汽器后压力依次降低，凝汽器排出的凝结水温度也随之降低)，来提高凝结水温度并减少凝结水的含氧量。方案二由排汽导流板将排汽装置分成两个区：右上部分排汽(主)流动区 A 和左下部分的除氧加热区B(见图 4)，流
10、经 B 区的排汽在 B 区内减速、扩压并形成比 A 区压力略高的“高压区” ，化学补充水和来自空冷凝汽器的过冷凝结水从“高压区”的上部向下喷淋，由排汽加热进行初步除氧，在“高压区”的中下部设扩散除氧(深度除氧)部件，以延长凝结水的下落时间，使凝结水有较长的时间继续除氧，流经 B 区的排汽只有一小部分用于加热化学补充水和凝结水，大部分排汽与分离出来的氧气一起从右下方进入排汽管道，与流经 A 区的排汽汇合至空冷凝汽器冷凝。这样， “高压区”的氧气分压力低，便于凝结水深度除氧。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集1231排汽装置 2排汽导流板 3凝结水喷淋管 4深度除氧部件 5化学补水喷淋管
11、6再沸腾管图 4 凝结水真空除氧方案二示意图方案三由排汽导流板将排汽装置分成两个区：右上部分排汽(主)流动区 A 和左下部分的除氧加热区B(见图 5)，A 区为汽机排汽通道，B 区为凝结水加热除氧区。化学补充水和来自空冷凝汽器的过冷凝结水从加热除氧区上部向下喷淋，在加热除氧区的中下部也设深度除氧部件，排汽逆流而上加热凝结水，在加热除氧区的下部排汽含氧量最低，有利于凝结水的深度除氧，分离出来的氧气与剩余的蒸汽聚集在加热除氧区顶部，经加热除氧区顶部抽气管引至顺流凝汽器出口联箱，利用排汽管道和顺流凝汽器所产生的压差抽吸加热除氧区顶部的汽气混合物，并引导 A 区的汽机排汽至 B 区加热化学补充水和有过
12、冷度的凝结水，此抽气所含的蒸汽由逆流凝汽器来凝结，以减轻抽真空系统的负担。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集1241排汽装置 2排汽导流板 3凝结水喷淋管 4深度除氧部件5化学补水喷淋管 6再沸腾管 7抽气管图 5凝结水真空除氧方案三示意图方案四与方案二类似，也由排汽导流板将排汽装置分成 A、B 两个区(见图 6)。化学补充水和来自空冷凝汽器的过冷凝结水从 B 区上部向下喷淋，在 B 区的中下部也设深度除氧部件，排汽逆流而上化学补充水和加热凝结水，在 B 区的下部排汽含氧量最低，有利于凝结水的深度除氧，分离出来的氧气与剩余的蒸汽聚集在 B 区顶部，由射汽抽气器增压排入 A 区与汽机排汽
13、一道流至直接空冷凝汽器。当射汽抽气器的尺寸较小时，可以布置在排汽装置内。当射汽抽气器内置于排汽装置时，亦可用射汽抽气器先使排汽增压，以形成比排汽通道压力略高的凝结水“高压加热除氧区” ，该区顶部分离出来的氧气及剩余的蒸汽依靠自流进入 A 区。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集1251排汽装置 2排汽导流板 3凝结水喷淋管 4深度除氧部件 5化学补水喷淋管6再沸腾管 7抽气管 8调节阀 9射汽抽气器图 6 凝结水真空除氧方案四示意图方案比较以上四个方案的除氧原理基本相同，均用汽轮机排汽来加热有过冷度的凝结水。方案一的除氧效果较好，但由于使用了除氧喷头后价格要比其他几个方案贵。在凝结水加热
14、除氧区内，方案二由汽机排汽带走分离出来的氧气，不需要另外考虑排气设施，结构简单，与方案三、四相比，氧气与排汽为顺流，深度除氧稍差。只要排汽导流板布置合理，有适量的排汽流经深度除氧区，凝结水就可以达到预定的除氧效果。方案三加热蒸汽的流量易于控制，采用逆流换热，除氧效果较好，但需另设至空冷凝汽器的抽气管道。方案四同样采用逆流换热，除氧效果较好，但需用辅助汽源，对机组的热经济性略有影响，系统较复杂。3结束语综上所述，方案一三级除氧方案虽然投资较高，但是除氧效果最佳建议在工程应用中超临界及以上参数机组采用在排汽装置中进行凝结水真空除氧的排汽装置内置式除氧技术，以简化系统，降低凝结水过冷度，提高机组的热经济性，并解决凝结水含氧量超标问题。第七届全国火电空冷机组技术交流研讨会论文集126作者简介：作者：毕雪峰，男，长期从事发电厂热机专业设计和研究。工作单位：东北电力设计院单位地址：吉林省长春市人民大街 4368 号电话：0431-85798247 E-mail：
