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新型内置式无头除氧器在电厂中的应用?

日期:2017/9/4 11:23:08 浏览次数:162

     除氧器分有头型和无头型除氧器,一般锅炉选配有头型除氧器,大型机组1000t/h以上采用无塔型除氧器,其除氧工作原理是:来自低压加热器的主凝结水(含补充水)经进水调节阀调节后,进入除氧器,与其他各路疏水在除氧器内混合,经旋膜多孔管喷出,形成裙状水膜,与由下而上的加热蒸汽进行混合式传热和传质,给水迅速达到工作压力下的饱和温度。

     此时,水中的大部份溶氧及其他气体基本上被解析出来,达到除氧的目的。从水中析出的溶氧及其他气体则不断地从除氧器顶部的排汽管随余汽排出器外。进入除氧器的高加疏水也将有一部分水闪蒸汽化作为加热汽源,所有的加热蒸汽在放出热量后被冷凝为凝结水,与除氧水混合后一起向下经出水口流出。为了使除氧器内的水温保持在工作压力下的饱和温度,可通过再沸管引入加热蒸汽至除氧器内。除氧水则由出水管经给水泵升压后进入高压加热器。

     在介绍火电厂>火电厂除氧器>除氧器应用现状基础上,介绍了内置式无头除氧器>除氧器的工作原理和特点,并对内置式无头除氧器和常规除氧器的性能特点进行了对比,提出了使用这种新型除氧器的建议。 

     除氧器是火力发电厂中的重要热力设备。目前热力发电厂中普遍采用的是热力除氧,它用度低,而且同时可以除往水中的氧气和其他气体,并无任何残留物质。 

1火电厂除氧器应用现状 

     目前国内火力发电厂中普遍采用的是带有除氧头的常规除氧器(以下简称有头除氧器),它的类型有喷雾填料式、淋水盘式及喷雾淋水盘式。除氧过程是在除氧头中完成的,包括在喷雾层的初步除氧,可除往水中的大部分气体,在下面的淋水盘层或填料层进行深度除氧,除往水中的残余气体。 

     随着对外技术交流的不断深进,国外先进的除氧技术和设备在国内也有落户。宏庆公司有三十年生产和设计除氧器的经验,其设计制造的内置式无头除氧器(以下简称无头除氧器),以其独特的优点占据着强大的市场份额。目前有些国内电力设备制造公司从事无头除氧器在国内的生产和销售。国内拟建及在建的300MW及以上机组大多采用无头除氧器

2无头除氧器的工作原理及特点

2.1工作原理 

     凝聚水从盘式恒速喷嘴喷进除氧器汽空间,进行初步除氧,然后落进水空间流向出水口;加热蒸汽排管沿除氧器筒体轴向均匀排布,加热蒸汽通过排管从水下送进除氧器,与水混合加热,同时对水流进行扰动,并将水中的溶解氧及其他不凝聚气体从水中带出水面,达到对凝聚水进行深度除氧的目的。水在除氧器中的流程越长,对水进行深度除氧的效果越好。蒸汽从水下送进,未凝聚的加热蒸汽(此时为饱和蒸汽)携带不凝聚气体逸出水面,流向喷嘴的排汽区域(喷嘴四周排汽区域为未饱和水喷雾区),在排汽区域未凝聚的加热蒸汽凝聚为水,不凝聚气体则从排气口排出。不凝聚气体在流向排气口的流程中,在水容积一定的情况下,除氧器筒体直径越大,汽空间不凝聚气体分压力越小,这样就能有效控制不凝聚气体在液面的扩散,避免二次溶氧的发生,因此,除氧器筒体采用大直径为佳。300MW及以上的无头除氧器通常采用3800mm的直径。

2.2性能特点

     a.设备整机价格低于常规有头除氧器(300MW及以上机组)。

     b.节省土建用度,除氧间高度降低了3~4m。

     c.排汽损失低,每台机组每年可节省运行用度几十万元。

     d.负荷变化范围在10~110之间时,均能保证出水含氧量小于5.0×10-6。

     e.单容器结构,系统设计简单、优化,避免应力裂纹,抗震性能优越。

     f.质量较轻,低振动。

     g.采用Stork公司原装喷嘴,无转动部件,免维护,性能高度可靠。

     h.直径及接口设计灵活,便于运输和安装布置。 

3无头除氧器与有头除氧器比较 

3.1基本结构和参数的比较 

3.1.1无头除氧器

     a.除氧形式:喷雾型。 

     b.除氧原理:凝聚水通过喷嘴充分雾化,进行初步除氧,蒸汽从液面下的蒸汽分配管喷出,完成终极除氧。 

     c.结构及材料:单容器结构,除氧喷嘴内置于水箱内;喷嘴及鼓泡管采用不锈钢材料,壳体采用碳钢。 

     d.净质量:300MW机组单台约80t;600MW机组单台约120t。

     e.喷嘴及其容量:盘式恒速喷雾喷嘴;300MW机组配1个1200t/h喷嘴;600MW机组配2个1200t/h喷嘴。 

     f.最大容量高达6000t/h(1300MW机组)。 

     g.寿命由于没有除氧头,从而避免了水箱上部大的集中载荷,筒体应力大大减小,降低了产生应力裂纹的可能性。

3.1.2有头除氧器 

     a.除氧形式:喷雾淋水盘或其他型式。 

     b.除氧原理:通过喷嘴雾化,往除大部分氧气;深度除氧阶段,凝聚水一层层交错向下活动,蒸汽从下部进进淋水箱 

     c.结构及材料:双容器结构(除氧头 水箱),除氧头采用不锈钢复合板,水箱采用碳钢。 

     d.净质量:水箱和除氧头总质量300MW机组约90t/台;600MW机组约140t/台。

     e.喷嘴及其容量:弹簧喷嘴,配多个小流量喷嘴,单喷嘴最大流量25t/h。 

     f.最大容量:2400t/h(600MW机组)。

     g.寿命:由于有除氧头,水箱上部有比较大的集中载荷,筒体应力大大增加,在运行中将大量产生应力裂纹,从而降低除氧器设备使用寿命。 

3.2机组安装布置比较 

     a.检验维护平台:无头除氧器只需沿水箱布置1个平台,有头除氧器至少需要2个平台。 

     b.管路系统:无头除氧器管路系统少,安装简单轻易;有头除氧器在除氧头和水箱之间,需要接平衡管,管路较长,安装相对较复杂。 

     c.保温材料:无头除氧器需用较少,有头除氧器相对较多。 

     d.排汽凝汽器:无头除氧器由于除氧时被带走的蒸汽量很少,不需要排汽凝汽器;有头除氧器由于除氧时被带走的蒸汽量很多,需要安装排汽凝汽器进行再回收利用或防止冬天结冰。 

     e.高度尺寸:无头除氧器300MW机组为4~5m,600MW机组为5~6m(总高度降低了3~4m);有头除氧器300MW机组为7~8m,600MW机组为8~9m。 

     f.抗震效果:无头除氧器为单容器结构,因此具有极佳的抗震能力;而有头除氧器的除氧头焊接在水箱的上部,总体高度较高,并且在除氧头和水箱之间存在应力,因此抗震效果相对较差。 

     g.基础荷载:无头除氧器由于质量较轻,对基础的荷载较小,300MW机组2支座,600MW机组支3座;有头除氧器为相对较重,基础荷载较大。 

     h.有效容积百分比:无头除氧器有效容积占总容积的70~72,由于将除氧头和水箱合二为一,因此总体积大于有头除氧器的水箱,但远远小于有头除氧器的除氧头和水箱的总体积之和。有头除氧器有效容积占总容积的75~80。

3.3设备运行及性能比较 

3.3.1无头除氧器 

     a.运行压力0.02~2MPa,适合于真空、大气、过压运行,定滑、运行。 

     b.可选择过热蒸汽、饱和蒸汽、湿蒸汽(90)、蒸汽/水混合物、热水单一除氧介质,也可混合使用,取决于用户。 

     c.被除氧水种类有凝聚水/给水、补充水/化学除盐水,能够将较低温度的给水加热到除氧器饱和温度。 

     d.负荷变化范围在10~110,均保证出水含氧量小于5×10-6(即最低负荷可达10)。 

     e.水箱加热由标准的蒸汽分配管完成,即在除氧过程中保持水箱加热,不需额外的水箱加热装置。 

     f.正常运行时的噪音不超过63.5dB(A)。 

     g.当除氧器进口蒸汽在15~80m/s时,运行的除氧器几乎没有振动或振动很小(低振动是内置式无头除氧器的明显优点) 

     h.出水含氧量性能保证值不高于5×10--6,正常运行时2×10-6左右(国电石嘴山电厂2×300MW机组,正常运行时不高于2×10-6;内蒙准格尔电厂2×300MW机组,正常运行时只有1.5×10-6)。 

     i.在蒸汽区域没有压力差。 

     j.随着压力升高,水仍能保持饱和状态。 

     k.不需要启动再循环泵。 

3.3.2有头除氧器 

     a.运行压力0.049~0.83MPa或0.147~1.202MPa。 

     b.主要使用汽机低压抽汽。 

     c.被除氧水种类有凝聚水/给水、补充水/化学除盐水,在将低温给水加热到除氧器饱和温度时会碰到一些困难。 

     d.负荷变化范围在35~105,出水含氧量小于即是7×10-6。 

     e.需额外的水箱加热装置。 

     f.符合国内噪音产业标准85dB(A)。 

     g.有些设计振动较大。 

     h.出水含氧量5×10-6~7×10-6。 

     i.随着压力升高,水可能出现过冷状态。 

     j.需要启动再循环泵。 

3.4机组可靠性比较 

     a.喷嘴的可靠性:无头除氧器喷嘴是宏庆公司的专利设计,无转动部件,免维护,具有自身过滤功能以防堵塞,高度可靠;有头除氧器除氧头内部存在转动部件,机组故障率进步。 

     b.应力集中:无头除氧器由于采用单容器结构取消了除氧头,避免了水箱与除。 

氧头处的应力裂纹;有头除氧器在除氧头和水箱之间采用焊接连接,因此不可避免地存在着应力裂纹。 

     c.热疲惫寿命:无头除氧器的加热蒸汽从水下送进,使除氧器整体工作温度水平降低,金属热疲惫寿命大大进步;有头除氧器的加热蒸汽直接与筒体接触,除氧器整体工作温度高,金属热疲惫寿命较短。 

     d.低负荷/过负荷运行:无头除氧器保证机组在10~110的运行工况下可靠运行;在低于30负荷的恶劣工况下,有头除氧器难以保证出口水含氧量。 

     e.使用寿命:无头除氧器大于30年,有头除氧器不超过20年。 

3.5节省投资和运行本钱的比较 

     a.无头除氧器:对300MW或600MW机组,整机价格低于有头除氧器市场均匀价格的5~10;除氧间土建高度降低了3~4m,土建用度可相应节省几十万至上百万元;300MW机组排汽损失均匀为80kg/h,按蒸汽损失0.08元/kg计算,造成的用度55296元。 

     b.有头除氧器:由于除氧头的存在,除氧间所需建筑高度较高,土建用度较多;300MW机组排汽损失为300~400kg/h,按蒸汽损失0.08元/kg计算,造成的损失用度276480元。相比有头除氧器,采用无头式除氧器,对于300MW机组,每年每台机组节省用度221184元,30年每台机组可节省近700万元。 

     从以上的分析和对比看,内置式无头除氧器采用先进的设计方案和制造工艺,同常规除氧器相比具有很多优点。除氧效果好,可靠性高,能保证各工况下除氧水含氧量≤5μg/L,正常运行时通常在1μg/L左右。适应负荷变化能力强,采用定、滑压运行方式,负荷在额定负荷的10~110%之间变化时均能保证上述除氧效果。内置式无头除氧器启动时不存在常规除氧器启动时振动现象。加热蒸汽从上面下送进,使除氧器整体工作温度降低,金属热疲惫寿命大大进步。此外其系统设计简单,结构紧凑,检验维护方便。工作过程中,排气损失极少,大大节约了运行用度。目前国内已有数家已建和在建的电厂采用无头除氧器技术。投运的电厂均达到良好的运行效果。

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