莊建華，付振春

(大唐東北電力試驗(yàn)研究所有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012)

0 引言

在電力生產(chǎn)過程中，目前鍋爐給水除氧方式大多采用熱力式除氧，但在排出氧氣的過程中夾帶排出蒸汽，造成能源的浪費(fèi)和環(huán)境的熱污染［1］。因此，除氧器乏汽回收對(duì)電廠的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)于除氧器乏汽回收利用技術(shù)近年來進(jìn)行不懈實(shí)踐，目前國內(nèi)外已有多種成熟型式［2］。從利用對(duì)象分，有工質(zhì)回收利用和工質(zhì)熱量回收利用兩種;從回收利用途徑分，主要包括非生產(chǎn)供熱(供工業(yè)和生活用汽用水)、加熱除鹽水或凝結(jié)水、利用于某級(jí)抽汽等;從利用核心技術(shù)分，主要包括汽(液)噴射式熱泵利用技術(shù)、表面式換熱器技術(shù)、混合式換熱器技術(shù)和直接利用技術(shù)等。

為了減少工質(zhì)及熱量的損失，回收這部分熱能，本文采用汽(液)噴射式熱泵利用技術(shù)的除氧器乏汽回收裝置［3］，對(duì)高壓除氧器的乏汽進(jìn)行回收改造。采用的乏汽回收技術(shù)利用系統(tǒng)中具有一定剩余壓力的除鹽水作動(dòng)力，使流體產(chǎn)生射吸流動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行水與乏汽的熱與質(zhì)直接混合，使低溫流體被加熱，并在后續(xù)過程中，恢復(fù)加熱后的流體壓力進(jìn)入系統(tǒng)，以維持連續(xù)流動(dòng)。回收器中設(shè)有多個(gè)文丘里吸射混合裝置，水汽通過吸射器后，得到充分混合，達(dá)到熱與質(zhì)的良好交換［4］。

本文以等效熱降理論為基礎(chǔ)［5］，通過計(jì)算分析，除氧器排放乏汽回收改造技術(shù)，減少了工質(zhì)及熱量的損失，使機(jī)組供電煤耗下降，節(jié)能效果顯著。

1 項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)路線與主要改造內(nèi)容

1．1 項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)路線

除氧器乏汽回收利用的主要困難是蒸汽中混有一定的氧氣，如作為蒸汽回收，則氧氣會(huì)被帶入用汽系統(tǒng)，增加系統(tǒng)設(shè)備氧腐蝕。理想的熱力除氧器等乏汽回收，應(yīng)該是盡可能多地將乏汽凝結(jié)，而氧氣等其它不凝結(jié)氣體，通過分離器排出。

1．1．1 除氧器乏汽回收至軸封加熱器

將除氧器乏汽直接排至軸封加熱器的軸封回汽母管中，其蒸汽在加熱器中被凝結(jié)水冷卻凝結(jié)成水回收至凝汽器，不凝結(jié)的氧氣被軸抽風(fēng)機(jī)排出，除氧器乏汽得到有效回收、利用。

1．1．2 利用乏汽回收裝置回收除氧器乏汽

除氧器余汽回收裝置具體工作原理是利用具有一定剩余壓力的蒸汽或一定壓力的低溫水作動(dòng)力，在汽流引射器使流體產(chǎn)生射吸流動(dòng)，同時(shí)在乏汽回收裝置內(nèi)進(jìn)行水與乏汽的熱與質(zhì)直接混合，使低溫流體被加熱，乏汽冷卻為冷凝水?；謴?fù)加熱后的流體，重新進(jìn)入系統(tǒng)流程，以維持連續(xù)流動(dòng)。除氧器乏汽回收裝置中設(shè)有四個(gè)文丘里吸射混合裝置，水汽通過文丘里吸射混合裝置，得到充分混合，達(dá)到熱與質(zhì)的良好交換。

將除氧器乏汽回收至乏汽回收裝置中，并通過乏汽回收裝置中高壓水泵將疏水輸送至機(jī)組凝結(jié)水系統(tǒng)。乏汽回收汽裝置采用動(dòng)態(tài)兩相流原理、文丘里管原理和微過冷度原理，利用低溫凝水作冷媒介質(zhì)吸收除氧器乏汽，在乏汽吸收器內(nèi)形成微負(fù)壓，利于乏汽的排出。

1．2 項(xiàng)目實(shí)施的主要改造內(nèi)容

1．2．1 除氧器乏汽回收至軸封加熱器

如圖1、圖2 所示，在除氧器排氧電動(dòng)門后增加一道管道截門，將除氧器運(yùn)行排氧管(兩道閥門之間)接至軸加進(jìn)汽管路。將回收的除氧器乏汽進(jìn)行回收，同時(shí)在軸加中將不凝結(jié)氣體分離排出。

1．2．2 利用乏汽回收裝置回收除氧器乏汽

圖1 除氧器頂部外排乏汽回收至軸加流程圖

圖2 乏汽回收裝置原理圖

乏汽回收裝置是由汽液混合式加熱器(以下稱為動(dòng)力頭)、汽液分離器(或稱為除氣罐)及氣體排放、熱水壓力恢復(fù)提升回輸三個(gè)單元(模塊)及隨機(jī)液位控制和熱能回收計(jì)量?jī)x表組成的一體化裝置。由3 個(gè)接口接入乏汽回收系統(tǒng)即可，對(duì)原有系統(tǒng)改動(dòng)少，影響小，收益大，裝置投運(yùn)后不影響原有設(shè)備正常運(yùn)行。

本裝置與原系統(tǒng)連接的地方只有進(jìn)水，出水和乏汽管路。進(jìn)出水部分就相當(dāng)于在原系統(tǒng)的水路上開兩個(gè)接口，增設(shè)了一個(gè)旁路，分流一部分水，對(duì)原系統(tǒng)不做任何其他改動(dòng)。當(dāng)不使用本裝置時(shí)，水流則不通過該旁路，完全按原系統(tǒng)運(yùn)行。使用本裝置時(shí)則打開該旁路就可以了。

乏汽管路也是在原乏汽排汽管上開一個(gè)接口，原排放口仍然保留，只是增加兩個(gè)閥門，通過這兩個(gè)閥門，可以使乏汽在進(jìn)入本裝置和進(jìn)入原排汽口之間相互切換。進(jìn)入本裝置后，也設(shè)置有安全排汽裝置，在超壓時(shí)自動(dòng)排汽。

圖3 回收至乏汽回收裝置系統(tǒng)工藝流程圖

基本流程如圖3 所示:取凝結(jié)水(35 ～45℃)作為工作水源，經(jīng)抽吸動(dòng)力頭的作用，將乏汽冷凝成水，并變成氣—水混合物，補(bǔ)充水被加熱。熱水進(jìn)入氣液分離裝置，被分離的氧氣及不凝氣體經(jīng)排出裝置自動(dòng)排出。工作水體在高精度液位控制作用下，經(jīng)升壓泵，復(fù)歸到軸封加熱器處，排汽的熱能與冷凝水被全部回收。除氧器乏汽回收裝置可以安裝在汽機(jī)6．3 m 工作平臺(tái)上，安裝時(shí)各管道的連接要嚴(yán)密無滲漏。為減少熱損失，可以設(shè)備外表面加6 mm玻璃棉保溫。

除氧器乏汽回收汽裝置所需補(bǔ)水用除鹽水。乏汽回收裝置設(shè)計(jì)回收量為10 t/h，為確保安全運(yùn)行，并考慮到未來可能有新的乏汽接入，故選型時(shí)以最大量考慮。在除氧器乏汽出口加裝新管線連接至乏汽回收裝置，原管線不必拆除，可在其上安裝截止閥，作為備用。

2 項(xiàng)目實(shí)施的主要技術(shù)問題及應(yīng)對(duì)措施

2．1 除氧器乏汽回收至軸封加熱器

軸封加熱器為表面式熱交換器，用于凝結(jié)軸封漏汽和門桿漏汽。軸封加熱器以及與之相連的汽輪機(jī)軸封汽室依靠軸封風(fēng)機(jī)維持微負(fù)壓狀態(tài)，以防止蒸汽漏入環(huán)境或汽輪機(jī)潤滑油系統(tǒng)。除氧器乏汽回收至軸封加熱器，增加了凝結(jié)水冷卻蒸汽量，對(duì)軸封加熱器的運(yùn)行產(chǎn)生一定的影響。

2．1．1 軸封風(fēng)機(jī)出力問題

“軸加—凝結(jié)水—軸封風(fēng)機(jī)”類似于“凝汽器—循環(huán)水—真空泵”組成的系統(tǒng)，軸封風(fēng)機(jī)主要抽吸不凝結(jié)氣體及其攜帶的少量蒸汽，其中溶解蒸汽量取決于空氣量、壓力和溫度，機(jī)械攜帶蒸汽量取決于流速(空氣量)。2．2 t/h 的乏汽回收至軸封加熱器時(shí)，絕大部分凝結(jié)成水，只有很少一部分不凝結(jié)的空氣需要軸封風(fēng)機(jī)排出。軸封風(fēng)機(jī)在選型時(shí)一般留有一定裕量，因此對(duì)軸封風(fēng)機(jī)影響相對(duì)較小。

2．1．2 軸加疏水問題

在正常的調(diào)峰負(fù)荷范圍內(nèi)運(yùn)行時(shí)，軸加回收蒸汽的量變化不大，約為1 t/h，除氧器乏汽進(jìn)入軸加為2．2 t/h，大于軸封加熱器設(shè)計(jì)2．38 t/h。軸封加熱器疏水管設(shè)計(jì)直徑在25 mm。經(jīng)核算除氧器乏汽進(jìn)入軸加后的疏水超出原軸加疏水管通流能力。除氧器乏汽進(jìn)入軸加后則需對(duì)軸加后疏水管路進(jìn)行加粗。

2．1．3 軸加溫升問題

本機(jī)組軸封加熱器設(shè)計(jì)溫升0．6℃，最大允許溫升2℃。而除氧器乏汽直接進(jìn)入軸加提高溫升2．64℃。勢(shì)必影響軸封加熱器的安全運(yùn)行，排擠軸封漏汽和門桿漏汽。排擠軸封回汽造成軸瓦進(jìn)汽、進(jìn)水，影響汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。因此，為保證機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行，除氧器乏汽回收至軸封加熱器是不可行的。

2．2 利用乏汽回收裝置回收除氧器乏汽

2．2．1 防止系統(tǒng)超壓

為防止除氧器排空管壓力升高，在各個(gè)除氧器排空閥門上并聯(lián)一個(gè)安全閥，整定壓力調(diào)到0． 25 MPa，安全閥位于逆止閥前，排空管也不會(huì)產(chǎn)生汽水沖擊，當(dāng)排空管壓力超過0．25 MPa 時(shí)，安全閥打開。除氧器排空蒸汽進(jìn)入激波加熱器管路上加裝低阻力逆止閥，水不會(huì)倒流入排空氣管。進(jìn)入除氧器前加裝逆止閥，防止管內(nèi)低壓除氧給水倒流。為防止系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，造成乏汽管路憋壓發(fā)生安全事故，本裝置在乏汽進(jìn)汽管路上均設(shè)置了安全排汽裝置，當(dāng)乏汽管路壓力超過警戒值，安全閥自動(dòng)開啟排汽。

2．2．2 溶解氧問題

在乏汽回收裝置運(yùn)行時(shí)，為防止除氧器溶解氧超標(biāo)，汽液分離罐自動(dòng)排空閥會(huì)及時(shí)排出氣體，分離罐內(nèi)水溫保持在60 ～90℃，壓力保持在0．2 ～0． 25 MPa。這樣溶解氧比常溫除鹽水的還低。

2．2．3 乏汽回收裝置超壓?jiǎn)栴}

本回收裝置不屬于壓力容器，不會(huì)發(fā)生裝置超壓事故。壓力容器是指最高工作壓力大于或等于0．1 MPa(表壓)的容器，而本裝置的除氣罐設(shè)計(jì)工作壓力為常壓，并且在運(yùn)行中除氣罐的最終凝結(jié)水溫遠(yuǎn)低于100℃，不會(huì)產(chǎn)生大量蒸汽，只有少量不凝氣體從排汽口排出，不會(huì)發(fā)生裝置超壓事故。

3 項(xiàng)目改造預(yù)期達(dá)到的主要技術(shù)指標(biāo)

機(jī)組實(shí)施“除氧器排放乏汽回收”改造后，不但消除了排汽的噪音污染，使廠區(qū)的空氣環(huán)境得到改善，而且減少了工質(zhì)及熱量的損失，使供電煤耗可下降0．10 ～0．30 g/kW·h，節(jié)能效果顯著。

4 項(xiàng)目投資估算

350 MW 機(jī)組除氧器排放乏汽回收改造工程投資估算如表1 所示。

表1 350 MW 機(jī)組除氧器排放乏汽回收改造項(xiàng)目投資估算表

5 除氧器排放乏汽回收改造經(jīng)濟(jì)性分析

機(jī)組實(shí)施“除氧器排放乏汽回收”改造后，通過對(duì)除氧器乏汽回收節(jié)能裝置設(shè)備進(jìn)行全面更換，提高運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性，降低電耗，減少材料、配件消耗，減輕檢修工作量。下面以350 MW 機(jī)組為例，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析，相關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)如下:

(1)凝水價(jià)格15 元/t;

(2)上網(wǎng)電價(jià)0．385 元/kW·h;

(3)綜合標(biāo)煤?jiǎn)蝺r(jià)取500 元/t;

(4)年運(yùn)行時(shí)間按5 000 h 計(jì)算。

5．1 經(jīng)濟(jì)效益分析

除氧器乏汽直接回收至軸封加熱器與除氧器乏汽通過乏汽回收裝置回收至軸封加熱器，二者年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益相同。但除氧器乏汽直接回收至軸封加熱器，勢(shì)必影響軸封加熱器的安全運(yùn)行，排擠軸封漏汽和門桿漏汽。排擠軸封回汽造成軸瓦進(jìn)汽、進(jìn)水，影響汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。經(jīng)過綜合分析比較，認(rèn)為除氧器乏汽通過乏汽回收裝置回收至軸封加熱器在技術(shù)上是可行的，且能夠達(dá)到預(yù)期的改造目標(biāo)，同時(shí)投資回報(bào)率最佳。

60%負(fù)荷THA 工況下，除氧器排汽量一般約為進(jìn)汽量(44 t)的5%左右，約為2．2 t。此蒸汽排向大氣，造成熱量及優(yōu)質(zhì)工質(zhì)損失，且噪聲較大，污染環(huán)境。

按照年運(yùn)行5 000 h、冷凝水價(jià)格15 元/t 計(jì)算:

(1)每臺(tái)機(jī)組全廠年回收水2． 2 × 5 000 =11 000 t，年節(jié)約化學(xué)水處理費(fèi)15 ×11 000 =16．5萬元。

(2)每臺(tái)除氧器連續(xù)排汽量估算約在2．2 t/h，60%負(fù)荷壓力0．54 MPa，飽和蒸汽焓2 572 kJ/kg，進(jìn)入軸加提高溫升(2572 －412)×2000/(466800 ×4．18)=2．64℃，排擠8#低加抽汽2． 64 ×4． 18 ×466800/(2525 － 164)= 2169． 94 kg/h，回收做功2169．94 ×(2525 －2393．3)/3600 =112．29 kW，降低發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗0． 10 ～0． 30 g/kWh。年節(jié)標(biāo)煤150 ～450 t，節(jié)約燃料費(fèi)7．5 ～22．5 萬元。

保守計(jì)算每臺(tái)機(jī)組除氧器乏汽回收年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益19．73 ～34．73 萬元。兩臺(tái)機(jī)組保守計(jì)算除氧器乏汽回收年可創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益39．46 ～69．46 萬元。具體經(jīng)濟(jì)效益比較如表2 所示。

單臺(tái)除氧器乏汽回收節(jié)能裝置總投資約63．96萬元左右。每套除氧器乏汽回收節(jié)能裝置使用上全年可節(jié)約19．73 ～34．73 萬元。投資回收期約為2 ～3 年。

表2 每套乏汽回收裝置回收蒸汽經(jīng)濟(jì)效益(一臺(tái)機(jī)組)

6 結(jié)論及建議

本文以等效熱降理論為基礎(chǔ)，通過計(jì)算分析，對(duì)除氧器乏汽直接回收至軸封加熱器及通過乏汽回收節(jié)能裝置回收至軸封加熱器兩種回收方案，從安全性、經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。結(jié)果表明除氧器乏汽回收采用乏汽回收裝置至軸封加熱，可實(shí)現(xiàn)99%以上的乏汽熱能回收，即節(jié)省了能源，又消除了除氧器乏汽的噪音污染，改善廠區(qū)環(huán)境。

除氧器排放乏汽回收改造技術(shù)，減少了工質(zhì)及熱量的損失，使機(jī)組供電煤耗下降0．10 ～0．30 g/kW·h，節(jié)能效果顯著，對(duì)開展節(jié)能降耗工作具有重大的節(jié)能示范作用，建議企業(yè)實(shí)施除氧器排放乏汽回收改造。

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