旋膜除氧器在200MW火电机组运行的可行性

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-20 16:31:17

齐   琳 华北电力集团公司石家庄热电厂【摘  要】通过介绍旋膜除氧器的结构，分析国产旋膜除氧器的优点，指出了旋膜除氧器应用于200MW火电机组的可行性。 【关键词】旋膜除氧器  淋水密度  提升温度  出入口浓度差  排汽量  滑压率 1 旋膜除氧器的特点 随着高参数大容量发电机组的发展，对热力除氧器的技术性能和特殊功能的要求愈来愈高，为使除氧水中溶氧趋于零，除氧器适用范围更宽，提高运行经济性和安全性，许多国家都进行了大量的研究，取得了很多成果。 当前热力除氧器从传热传质的原理上可分为雾化、泡沸和旋转膜3种，从形式上可分为立塔、卧塔和隐塔（亦称无塔）3种。 旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基础上制造的。旋膜除氧器、雾化除氧器、和泡沸除氧器主要参数比较见表1。由表1可知，与雾化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器具有淋水密度大、提升温度高、出入口氧浓度差大、排气量小和全滑压的特点， 适用于补水率大、入口水溶氧高、入口水温低、负荷变化大的调峰机组和热电厂，更适于凝汽式机组配套使用。旋膜除氧器在全国200MW以下机组已应用百余台，为扩大其应用范围，特进行应用于200MW机组的可行性研究。 表1   3种除氧器性能比较 项目 雾化除氧器 泡沸除氧器 旋膜除氧器 淋水密度/m3*(m2*h) 68~87 85~159 133~177 提升温度/℃ 40 40 97 浓度差/μg/L （50~200）/7 2200/7 7600/7 排汽量/‰ <3 <1 <1 滑压率 30%以上 全滑压 2 设计参数的确定 《火力发电厂设计技术规程》规定：“除氧器的总容量，应根据最大给水消耗量选择”。旋膜除氧器的设计压力、设计温度等技术参数应符合能源安保[1991]709号文《电站压力式除氧器安全技术规定》、《压力容器安全技术监察规程》和GB150-98《钢制压力容器》的有关规定。 3 旋膜除氧器应用的原理及结构  3. 1 旋膜除氧器的原理 旋膜除氧器是将旋膜管垂直放置，内外壁用隔板隔开，将一定压力的水引至喷管外壁，在压差的作用下，水自小孔喷射入管内，形成短暂的射流，由于管内充满了加热蒸汽，射流的水便卷吸了大量的蒸汽，产生混合加热作用。 射流结束后，旋转水流往往很快进入紊流状态，加热蒸汽迅速加热旋转水流，析出大量不凝结气体，由于旋转水流基本上是紧贴壁管旋转而下，在旋膜管中间形成汽--气通道，不存在气体流动死区，析出的不凝结气体被迅速排出。 在离心力和重力作用下，旋转水流于旋膜管的出口形成张开的水膜裙。由于水膜裙自上而下运动，加热蒸汽自下而上运动，强化了水膜裙的波动，使水膜裙迅速进入紊流状态，增强了加热蒸汽的凝结放热。旋膜管的结构和工作过程如图1  射流、旋膜和悬挂式泡沸3种传热传质方式源于石化系统设备的喷射、降膜、泡沸传热传质方式。旋膜除氧器将射流、旋转膜和悬挂式泡沸3种传热、传质方式缩为一体，在一个单元的部件内完成，提高了除氧效率。与雾化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器在技术上是一种创新。 3. 2  200MW火电机组旋膜除氧器的构造 3．2．1 旋膜除氧塔的构造 旋膜除氧塔结构如图2，给水除氧和加热主要在除氧塔内完成。除氧塔由1级、2级除氧组件和其它部件组成。 3．2．1．1  1级除氧组件 他由筒体、多层隔板、旋膜管、双流连通道、水入口混管和蒸汽管组焊为一体，并分有水室、汽室和水膜裙室。 （1） 隔板用来将一次除氧组件分隔成水室和汽室。（2）全部给水（含各种补给水）经水入口管混合后送入水室，供除氧用。混管的特点是利用喷射器的原理混合不同压力的水。（3）旋膜管用无缝钢管，并上、下钻有射流孔、泡沸孔制成。旋膜管示意如图3。旋膜管为传热传质主要部件，依其功能分为3种，即主件管、排水管和排汽管，按设计要求选择旋膜管的数量和进行工艺布置。排水旋膜管具有射流、旋膜和泡沸功能，当停用时可排出水汽室的积水。排汽旋膜管除具有传热传质功能外，还可排除1级除氧组件下隔板上部的气（汽）体。（4）双流连通管由无缝钢管制成，示意图如图4，他的主要作用是导回汽水分离室内分离下来的积水和旋膜管带出的积水，排出除氧塔自由空间上部的汽（气）体，并在管内使两种介质进行换热。（5）自由空间亦称水膜裙室，相当于除氧器的雾化区，它是旋转膜作用的终程。每个旋膜器的水裙最大可用面积由试验确定。由于除氧水温在自由空间已近于饱和温度，水中氧的解析也应该全部或接近于全部完成。实测结果说明，水膜裙形态及自由空间的容积对除氧效果有直接影响。

哈尔滨电气 · 发表于 2007-8-20 16:31:51

[Post=100]3．2．1．2  2级除氧组件 他由篦组和填料组两大部件组成。 （1） 篦组由薄钢板，并经切割、压制成弧形的管条和框架组成。篦条焊在框架上，框架分为可卸式。篦组的主要作用是将1级除氧后的水进行二次分配。篦条空间面积不小于总截面积的50%。     （2） 填料组是用网波填料和框架组成。框架为可卸式。网波填料亦称液汽网，是用0.1mm×0.4mm扁不锈钢丝编制成的具有Ω型孔眼的网带，固定在框架内，如图5。依其卷制的松紧可以调整网波填料的的比表面积，网波填料的调整范围为：重量可为80~400kg/m3，比表面积为160~1800m2/m3,空隙率为（99~94）%。除氧器依据需要，一般选用比表面积为250~350 m2/m3、空隙率为94%的填料层，通常不超过两层。   （3） 为固定二次除氧组件，其下部设有托架，上部设有可卸式压固件。 3.2.1.3 其他部件 其他部件指旋膜除氧塔上、中、下部装设的汽水分离器、高加疏水配管、加热蒸汽导管、落水管。 （1） 汽水分离器由托架、排汽管和填料组成，选用网波填料作为分离填料。为简化设备，将汽水分离器与除氧塔上部人孔组合为一体，检修时要将人孔盖连同汽水分离器一起取下。 （2） 高加疏水配管采用孔管配水，孔管为侧下喷式，孔管内部为可卸式，膨胀端采用丁字头固定。 （3） 蒸汽导管均布于除氧塔的下部，落水管位于中心，与水箱上部相应管口对接，蒸汽导管和落水管是现场安装时的主要对接口，制造时应匹配。 （4） 除氧塔外壳的支腿，主要用于安装时吊装对口，他与水箱支腿用法兰连接。 3．2．2 水箱的构造 旋膜除氧水箱用于贮水和缓冲，及锅炉上水时的加热和辅助除氧。 200MW火电机组旋膜除氧器配套的水箱内装有加热蒸汽导管、配水管、再沸腾管、防旋板及其他必须的部件与接口。 3.2.2.1蒸汽导管 除氧塔的加热蒸汽，经水箱内上部的蒸汽导管接旋膜除氧塔，下部经通汽管送入旋膜除氧塔底部。当蒸汽送入除氧塔底部时采用喷射方式。在向塔内送汽时将水箱内水位上部含有氧的气体一并带出，使水、汽界面以上的气体中氧的分压降到最低。 3.2.2.2 配水管 除氧塔除氧后的水，经落水管引送至配水管并直接分别配送到水箱下部的各出水口处。确保汽机甩负荷时冷水能直接送到出水口，防止给水泵入口汽化。 3.2.2.3 再沸腾管    水箱装有再沸腾管，用于锅炉上水时和机组启动时加热除氧，机组启动带负荷后即应停止使用。 3.2.2.4 防旋板    水箱下部有3个出水口，为管端平接，内部不留凸头。在各出水箱口装设防旋板，防止低水位时水发生旋流，相应增加水箱有效容积。试验证明，水的漩流对水泵汽蚀影响很大，无防旋板时，水箱水位必须保持管径的3倍高度，有防旋板则可降到1.5倍以下。 3.2.2.5 其它附件   包括给水泵再循环管、溢流管及轴封供汽、低位放水等管口。门杆漏气管直接引入加热蒸汽导管上。 3.3 旋膜除氧系统    国产200MW火电机组旋膜除氧器系统（如图6）的运行方式可为定压和滑压运行，其滑压域由负压至0.8MPa，故要求系统作相应改变。   （1） 排汽系统改为两个去向：排向大气；增设排汽管，且引向汽机凝汽器的颈部，为能做到锅炉上水时和机组启动时溶氧合格，在引向凝汽器的负压管道上又装一引向抽真空系统入口的管道，以保证在汽机轴封没有送气密封前能使除氧器负压运行。当汽机冲转后排汽引至凝汽器颈部，当汽机带负荷后，除氧器水温达107℃以上时，改为对大气排汽（气）。排汽（气）母管和直管均装有相应阀门。 （2） 低水位紧急补水管。为防止除氧器水位降至危险低水位时正常系统能补上水，特增设由化学除盐水箱直接补水系统。可设专用管路，亦可在正常上水管路上接管。但要保证泵和电动阀门开启灵活方便。 除氧器采用滑压运行不仅可避免启动和运行中复杂的操作程序，便可使机组经济运行。经研究，一台200MW机组采用滑压运行时热耗值可降低（3~4）×4.1868KJ/(KW.H)，每年可节标准煤800t。 3.4 旋膜除氧器的保护与报警 （1）水箱和除氧塔上设有足够数量的全启式安全阀，安全阀数量和规格应满足设计技术规程。 （2）旋膜除氧器应装设就地和远方水位计，并具有水位高、低报警装置和危险高低水位动作装置。 （3）滑压运行除氧器可取消压力调节阀加装紧急闭汽阀。 增加紧急补水开启水泵（或阀）。 3.5 试验 为满足大型发电机组对除氧器的要求，应对200MW火电机组旋膜除氧器进行下列项目的实验研究。 （1） 真空除氧试验 （2） 随机组滑启试验 （3） 大负荷下水中溶氧试验 （4） 降低给水温度和突变负荷试验 （5） 随机滑停试验 （6） 瞬间直补疏水试验 （7） 排汽量试验 （8） 旋膜管水裙面积和流量试验。 4 国内各厂旋膜除氧器技术和生产状况 4.1 技术状况 从技术来源分析，瓦房店东大热电设备有限公司，朝阳市电力机械厂，青岛磐石容器制造有限公司的技术来源于东北电力科学研究院（下称东电技术）；中州汽轮机厂，哈尔滨锅炉有限责任公司的技术来源于西安热工研究所（下称西安技术）。 4.1.1 东电技术 1974年，与抚顺石油二厂热电厂合作，将该厂25MW供热机组配套的G-225型淋水盘式低压除氧器改为低压旋膜除氧器，首次应用的旋膜管由D108×4.5无缝钢管制成，单管出力为3~4T/H，作为一次除氧，以不锈钢网波填料作为二次除氧，及深度除氧。改造后效果良好，先是旋膜管填料装置除氧效率高，稳定性好，适应性强的特点。旋膜管及网波填料及熟系来自化工设备，加以改进，形成了旋膜除氧设备的雏形。 1983年，与浑江电厂合作，将旋膜除氧器技术推广应用到100MW机组配套的GC-420型喷雾填料式高压除氧器的改造。这次应用的旋膜管由D133×4.5无缝钢管制成，单管出力4~7T/H，单管出力增大，改造后分别进行了在变负荷70~100MW，变补水量（5~13）%，变进水温度和最低进水温度97℃的情况下的试验，经测试，给水溶氧量合格。试验结果由吉林电力工业局组织鉴定，肯定了改造的效果。 1987年，与朝阳电厂合作，将一台200MW机组配套的GC-670型喷雾填料式高压除氧器改为旋膜式除氧器。旋膜管由D133×4.5无缝钢管制成，改造后效果良好，经东北电业管理局鉴定“认为其除氧效果和适应性具有国内先进水平”。 最近几年，北京第一热电厂，山西太原第一热电厂，河南洛阳热电厂，山西漳泽电厂先后订货和运行了几台根据东电技术生产的300MW火电机组配套的旋膜除氧器，但由于投运时间短等原因都未进行技术鉴定。 原东电技改局于90年代初完成了为300MW火电机组配套的旋膜除氧器的设计方案。 4．2．1 西安技术 70年代末，为掌握旋膜除氧器的喷淋特性及传热传质机理，西安热工研究所筹建了冷态试验台，单管热态试验台。 随着电力工业的发展，科技的进步，早期投运的除氧器效果不能满足要求，各电厂要求对其进行技术改造，为此西安热工研究所将实验研究成果应用于改造中。 1983年，坝桥热电厂3号机除氧器技术改造时，将C-150型除氧器改为旋膜除氧器，改造后运行稳定，出口溶氧小于5μg/L，低负荷时也能满足出口溶氧要求。 1988年，坝桥热电厂又对8号机230t/h除氧器进行技术改造，改造后出力可达290t/h,运行稳定无振动，出口溶氧合格。在进水温度低到85-90℃时，仍能满足出口溶氧要求。 最近几年，根据西安技术，在河南洛阳电厂订货并运行了1台300MW火电机组等级的旋膜除氧器，但由于时间短等原因，未进行技术鉴定。 4．2 生产情况 目前，国内能生产旋膜除氧器的有瓦房店东大热电设备有限公司，中州汽轮机厂，朝阳市电力机械厂，青岛磐石容器制造有限公司，哈尔滨锅炉有限公司等制造厂。他们都具有旋膜除氧器的压力容器设计和制造许可证，有相应的加工、检测和试验设备，共生产了百余台旋膜除氧器，可以说国内已具备生产200MW级旋膜除氧器的制造能力。 5 结论 据统计，国内各厂生产的旋膜除氧器已先后应用了300台，其中，50MW级的旋膜除氧器64台，100MW级的旋膜除氧器8台，300MW级的旋膜除氧器7台。20年来的运行实践表明，发展旋膜除氧器的方向是正确的，旋膜除氧器的技术性能优于雾化除氧器和泡沸除氧器。采用旋膜除氧器可使机组经济运行，节约耗煤，其效率远远高于其他型号除氧器，而且其结构先进、合理，传热效率高，除氧效果好，适应能力强，运行安全可靠，是现代火力发电厂最理想的除氧设备。  参考文献： （1）GB150-98《钢质压力容器》 （2）DL5000-94 《火力发电厂设计技术规程》 （3）SD163-85 《火力发电厂水汽质量标准》 （4）祁世栋，300MW机组旋膜除氧器介绍，东北电力技术，1994.3 （5）陈红，除氧器膜式喷管的研究，电站辅机，1996.12 [/Post]

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