王 強,朱紀慶

(上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠,上海 200090)

1 概 述

我國空冷機組的建設起步較晚,但是發(fā)展迅速?？绽錂C組適用于干旱缺水的地理環(huán)境,節(jié)水的特性十分顯著。針對我國北方地區(qū),特別是山西、陜西、內蒙等地區(qū),這些地區(qū)的氣候干旱,但是煤炭資源十分豐富,很適合發(fā)展空冷機組電廠?？绽錂C組凝結水含氧量超標問題比較普遍,為了解決這個問題,可以利用凝汽器的真空條件,對凝結水和補水進行真空除氧,對此,進行了除氧試驗,取得了相應的研究成果。

2 試驗簡介

試驗以空冷機組凝結水除氧為研究背景,對影響真空除氧性能的因素進行分析,提出采用噴霧-淋水盤結構,以低壓蒸汽(汽輪機排汽)為熱源的真空除氧裝置。排汽直接進入除氧器汽空間,并使其均勻地充滿于除氧器內,有利于蒸汽與給水的換熱?，F以噴霧-淋水盤結構裝置為研究對象,建立凝結水和補水真空除氧試驗系統,在15kPa壓力下進行真空除氧試驗,研究給水溫度、給水流量以及給水含氧量對真空除氧性能的影響。試驗研究取得了相應的成果,為空冷機組外置式真空除氧器及內置式排汽除氧裝置的設計和開發(fā)提供了可靠的依據。試驗數據及分析結果建立在淋水盤總換熱面積不變的情況下所得。

3 試驗裝置

試驗裝置的主體是模擬除氧器的筒體。該筒體高4000mm、直徑?1800mm。筒體上部相當于除氧器的除氧頭,下部相當于除氧器的水箱,在除氧頭和水箱之間布置加熱蒸汽管。

試驗裝置如圖1所示,為方形箱體,內置噴霧-淋水盤組件。頂部為水室,水室底部安裝2只彈簧噴嘴,通過噴嘴霧化給水,噴嘴允許的最大流量為13.5 t/h。噴嘴以下是霧化空間,霧化空間大小根據噴嘴的霧化能力來決定。霧化空間過大,占用除氧器空間大;霧化空間太小,影響給水霧化效果。霧化空間下面安裝8層槽板型淋水盤(每層淋水盤截面如圖2所示),槽板錯列布置,淋水盤總換熱面積為4.464m2。給水通過淋水盤形成下落的水膜,增加與蒸汽的接觸面積,延長下落時間,起到深度除氧的目的。

圖1 除氧裝置結構圖

在除氧裝置以下的空間布置加熱蒸汽管,蒸汽管置于淋水盤組下方。加熱蒸汽管接有6根支管,蒸汽通過支管進入除氧器內的汽空間,使蒸汽能比較均勻地散布在除氧器內。蒸汽管下方為除氧水箱,水箱水位通過玻璃水位計指示。

在除氧器筒體頂部布置1根直徑為89 mm進水管,1根直徑為89 mm抽氣管,以及1根直徑為57mm輔助抽氣管。進水管從除氧器頂部進入,與除氧裝置頂部水室連通,給水在水室匯集,由噴嘴噴撒入除氧器。抽氣管從除氧器頂部進入,穿過水室與除氧裝置霧化空間連通。

圖2 淋水盤截面示意圖

4 試驗工況

對于試驗項目對象為真空除氧器,主要研究其在不同工況下的除氧性能。試驗中淋水盤總換熱面積不變,為4.464m2,具體試驗工況為:

(1)當給水溫度一定時,給水含氧量及給水流量對除氧性能的影響規(guī)律,即:給水溫度44℃,流量13.5t/h,給水含氧量110～1746μ g/L,觀察給水出口含氧量變化規(guī)律。

給水溫度44℃,流量7 t/h,給水含氧量375～884μ g/L,觀察給水出口含氧量變化規(guī)律。

該試驗工況相當于研究對凝結水的除氧性能。

(2)不同給水溫度及給水含氧量時除氧性能變化規(guī)律,即:保持流量 13.5 t/h,給水溫度 25～35℃,給水含氧量為4051～6337μ g/L,觀察給水出口含氧量變化規(guī)律。

該試驗工況相當于研究對機組補水的除氧性能。

5 試驗參數的調節(jié)控制方法

5.1 加熱蒸汽參數

以筒體內壓力P=15kPa時訊號作為調節(jié)控制參數,P＜15 kPa,電動調節(jié)閥門開度增大;反之,電動調節(jié)閥門開度減少。

5.2 給水含氧量

采用除氧水與自來水混合方法調節(jié)給水含氧量,以質量平衡原理計算出自來水的混入量,具體計算方法如下:

由式(1)、(2)得:

式中:Gw—給水的流量;

Gh—除氧水流量;

G1—自來水流量;

Ow—給水含氧量;

Oh—除氧水含氧量;

O1—自來水含氧量。

Gw、Oh、O1由儀表測量得到,所以只需在給水總量不變的前提下,適當調節(jié)除氧水與自來水的流量,對給水含氧量進行控制。

5.3 給水溫度

通過冷卻器將除氧水的溫度冷卻到一定程度再與自來水混合,調節(jié)冷卻水量的大小,控制給水溫度在試驗要求范圍內。

6 試驗結果與分析

6.1 凝結水除氧性能試驗研究

空冷機組凝結水含氧量有較大的波動,但整體小于2000μ g/L。為研究真空除氧器對凝結水的除氧性能,對一定溫度給水,試驗研究了給水含氧量及給水流量對除氧器除氧性能的影響規(guī)律。表1、圖3為給水溫度43～44℃、給水流量約13.5 t/h、給水含氧量226～1746μ g/L、壓力約15kPa時真空除氧器的除氧性能;表2、圖4為給水溫度 43～44℃、給水流量約7t/h、給水含氧量375～884μ g/L、壓力約15 kPa時真空除氧器的除氧性能。

表1 給水流量 13.5t/h時除氧性能

圖3 給水流量13.5t/h時除氧性能

表2 給水流量7t/h時除氧性能

圖4 給水流量7 t/h時除氧性能

從試驗結果得出:

(1)給水含氧量對除氧性能有很大影響:隨著給水含氧量的增加,除氧水含氧量也不斷增加。

(2)當給水溫度為43～44℃、流量約100%時,給水含氧量從 110μ g/L增加到1746μ g/L,除氧水含氧量隨之從 13μg/L增加到83μg/L。若給水含氧量低于 250μ g/L,則除氧水含氧量低于20μ g/L;若給水含氧量低于500μg/L,則除氧水含氧量低于30μ g/L,可滿足《中華人民共和國電力行業(yè)標準—超臨界火力發(fā)電機組水汽質量標準》(DL/T 912-2005)對超臨界發(fā)電機組凝結水處理裝置前凝結水溶氧量要求。

(3)當給水溫度為43～44℃、流量約50%時,給水含氧量從 375μ g/L增加到884μ g/L,除氧水含氧量隨之從16μg/L增加到30μg/L。若給水含氧量低于530μ g/L,則除氧水含氧量低于 20μ g/L;給水含氧量即使高達884μg/L,除氧水含氧量仍低于30μ g/L,可滿足《中華人民共和國電力行業(yè)標準—超臨界火力發(fā)電機組水汽質量標準》(DL/T 912-2005)對超臨界發(fā)電機組凝結水處理裝置前凝結水溶氧量要求。

(4)給水流量較小時,除氧器的除氧性能相對較好。其主要原因是小流量時,給水通過淋水盤換熱面積富裕量變大,流速慢、溢流液膜較薄,給水滯留時間較長,蒸汽與給水換熱較理想,因而深度除氧效果較理想。

(5)真空除氧器除氧性能良好,在給水含氧量較低時,除氧水含氧量能滿足電廠對凝結水溶氧的要求。當給水含氧量較高時,除氧器的除氧性能有限。

6.2 補水除氧性能試驗研究

由于補水含氧量通常很高,且補水的溫度接近環(huán)境溫度,直接混入凝結水,很容易造成凝結水溶氧超標?？梢圆捎锚毩⒌某跹b置對補水初步除氧,減少補水含氧量對凝結水的影響,或增加淋水盤換熱面積,為研究真空除氧器對補水的除氧性能,試驗中采用自來水為給水,試驗研究了除氧器對不同含氧量及不同溫度給水的除氧性能。表3、圖5為不同給水溫度、給水流量約13.5t/h、給水含氧量4051～6337μ g/L、壓力約15kPa時,真空除氧器的除氧性能。

表3 不同給水含氧量及不同給水溫度時除氧性能

圖5 給水流量13.5t/h時對補水除氧性能

從試驗結果可見:

(1)給水含氧量增加,除氧水的含氧量隨之增加。水中的大量溶氧被除去,殘留的溶氧較少,但凝結水溶氧仍高于30μ g/L,不能滿足電廠對凝結水的要求。

(2)當給水含氧量為 4000～ 6300μg/L 時,除氧水的含氧量低于250μ g/L。

上述結果表明,在補水量較少工況下,補水對凝結水溶氧的影響較小,補水與凝汽器凝結水混合后含氧量低于500μg/L時,可以采用凝汽器內置噴霧-淋水盤真空除氧裝置實現凝結水除氧,且能滿足電廠對凝結水要求;當補水量較大時,補水混入凝結水后溶氧量較高,通過凝汽器內置的除氧裝置除氧,不能滿足電廠對凝結水的要求。此時,可采用獨立的噴霧-淋水盤真空除氧裝置對補水進行初步除氧,減小補水對凝結水溶氧的影響,除氧后的補水與凝結水混合后的含氧量較小,然后在凝汽器內除氧容易滿足電廠對凝結水的要求。此外,對于抽氣較多的供熱機組而言,補水量通常較高,利用真空除氧降低補水對凝結水溶氧的影響則更有實際應用價值。

這些試驗結果建立在試驗裝置換熱面積不變的情況下所得。如換熱面積變化,會導致試驗結果發(fā)生變化,在此試驗中不作具體分析。

7 結束語

就空冷機組而言,由于整個空冷系統的真空泄漏狀況遠比濕冷機組嚴重,致使從空冷凝汽器回到凝結水箱的凝結水含氧量較高,補水的含氧量則更高。為確保凝結水及補水混合后的含氧量達到凝結水含氧量要求,應在凝汽器及其系統設計時采取適當措施,可以采用凝汽器內置噴霧-淋水盤真空除氧裝置實現凝結水除氧,或者采用獨立的噴霧-淋水盤真空除氧裝置對補水進行初步除氧,除氧后的補水與凝結水混合后的含氧量較小。這樣既可以降低凝結水的含氧量,同時可減小空冷系統的負荷,提高機組的經濟性。

[1]陳崇樞,鄔兆春,李瑞陽,等.真空除氧參數關系的理論與試驗研究(上)[J].熱能與動力工程,1991.

[2]陳崇樞,鄔兆春,李瑞陽,等.真空除氧參數關系的理論與試驗研究(下)[J].熱能與動力工程,1991.

[3]王斌豐.凝汽器熱力除氧[J].電站輔機,2006.

[4]張國慶.火電廠直接空冷系統凝結溶氧超標的治理[J].電力學報,2007.

[5]李獻文.水質溶解氧的測定-電化學探頭法[S].中華人民共和國國家標準GB11913-89.