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除氧器改造的有效途徑

于新穎

【摘要】 除氧器是熱力發電廠的重要設備之一。它保證鍋爐給水的品質,特別是溶氧量滿足設備運行要求;但是由于種種原因,不少除氧器無法保證合格的除氧效果,致使系統腐蝕損害,嚴重影響設備壽命和安全運行,改造這些除氧器是當務之急。文中提出的除氧器內部改造方案,能夠有效地解決給水溶氧超標問題并給電廠帶來可喜的經濟效益。
【關鍵詞】 熱力發電廠 除氧器 安全運行

Effective Means for Retrofit of Deaerator

Abstract Deaerator is an important equipment of thermal power plant,which ensures the quality of boiler feedwater,especially ensures the oxygen content in feedwater to satisfy the requirement of equipment operation.But as a result of various reasons,a lot of deaerators fail to guarantee the qualitied deaeration effect,leading to corrosion damage of system,thus seriously influencing the life and safe operation of equipment.To retrofit these deaerators is a task of top priority.The retrofit scheme of internal parts of deaerator put forward in the paper can effectively solve the“exceeding standard" problem of oxygen in water,and bring about significant economic benefit for power plant.
Key words thermal power plant deaerator safe operation

  國產100 MW及以上機組絕大多數配置噴霧填料式除氧器。這些除氧器,特別是100 MW、200 MW機組的除氧器,相當一部分已運行多年,彈簧噴嘴老化失效,內部元件銹蝕損壞;加之70年代前后生產的除氧器填料多采用Ω型填料,其傳熱傳質性能特別是氣體擴散性能均不如目前的新型不銹鋼絲網材料,所以不少除氧器的除氧效果明顯下降,有的嚴重超標,特別是在當前電網負荷需求減少,多數機組頻繁運行于部分負荷或低負荷工況時,溶氧超標尤為嚴重。因此,針對這些電廠除氧器改造的迫切要求,推薦采用除氧器內部改造方案,即在除氧頭殼體和水箱殼體滿足設計強度要求時,僅對除氧頭內部關鍵部件進行優化改造。實施內部改造方案的投資僅為更新設備費用的10%~20%,除氧效果完全能夠滿足運行要求,而且由于進汽裝置、填料等部件采用了優化措施,其除氧效果、負荷適應性、熱經濟性等指標更具有吸引力。韶關電廠200 MW機組除氧器的改造成功地為同類設備改造提供了一條經濟、簡捷、有效的途徑。

1 設備概述
  韶關發電廠9號機系哈爾濱汽輪機廠生產的200 MW機組,配用哈爾濱鍋爐廠生產的GWC-670型高壓噴霧填料式除氧器;設計出力670 t/h,最大出力700 t/h,額定運行壓力/溫度為0.49 MPa/158 ℃。除氧器經多年運行后,改造前存在的主要問題是:(1)給水含氧量嚴重超標且不穩定,如1995年11月為1.8~128.6 μg/L,1996年9月為0.2~15.3 μg/L;(2)Ω型填料散失,運行中Ω型填料經常脫落到給水泵入口,影響安全運行;(3)霧化噴嘴彈簧失效且常脫落,失去調節功能。為此,韶關電廠決定對9號機組除氧器進行改造。熱工研究院經過對眾多改造方案的技術經濟性論證后提出除氧頭局部改造方案。
  1997年7月在該機組大修期間對9號機除氧器完成了改造。從1997年8月除氧器投運至今,設備運行狀況良好。為了考核、評價改造后除氧器的熱力性能,由韶關發電廠和熱工研究院共同組織人員,于1998年3月進行了性能試驗。證明該除氧器改造設計合理,性能優良,達到了設計要求,能滿足電廠對給水品質的要求,確保機組安全、穩定運行。

2 除氧器內部改造設計
2.1 除氧器結構設計

  除氧器殼體和外部連接管保持不變,僅對除氧器內部進行局部改造。(1)對噴淋效果欠佳的老式彈簧噴嘴進行調整、修復或選用新型彈簧噴嘴將其更換;(2)在進汽裝置基本結構不變的情況下,對一次蒸汽進汽裝置進行優化設計,確定最佳蒸汽通流面積;(3)拆除原除氧器的淋水盤結構,改為五層水篦子,使珠狀傳熱變為膜狀傳熱,增強傳熱效果和不凝結氣體的擴散能力;(4)拆除原除氧器Ω型填料的上壓料架,保持填料下托架不變,用不銹鋼絲網填料塊代替Ω型散填料。
  改造后的除氧器內部結構見圖1。

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圖1 除氧器內部結構示意圖

2.2 修復、更換彈簧噴嘴
  全面檢查所有彈簧噴嘴,對嚴重損壞無法調整或修復的噴嘴進行更換;對沒有更新的噴嘴要全部更換彈簧并調整使其與新噴嘴彈簧緊力相當,保證所有噴嘴霧化效果一致。
  彈簧噴嘴及彈簧選用同型號的新一代彈簧噴嘴和與之相匹配的彈簧。這樣,現場施工方便、工作量;同時也能保證彈簧噴嘴的整體霧化效果。
2.3 進汽裝置優化設計
  根據除氧器熱平衡計算書可知,進入除氧器的4段抽汽量為29.89 t/h,而門桿漏汽、連續排污擴容器來汽和軸封漏汽總量為7.78 t/h,所以,這里僅對4段抽汽的進汽裝置進行優化設計。為了盡可能地減小現場工作量,在不改變進汽管位置和基本結構的前提下,優化設計最佳的進汽通流面積,即在原進汽孔數量不變時優化進汽孔直徑。(1)原設計進汽裝置上共鉆598個ø12孔,在設計的額定工況、最大工況及目前運行的額定工況下是合適的。(2)電廠實際運行參數偏離制造廠性能計算書中給出的參數,例如,第4段抽汽壓力僅0.8 MPa,而計算書中給出的除氧器進汽壓力則為0.832 MPa,實際運行的進汽壓力為0.72 MPa;所以設計參數與電廠實際運行工況之間存在較大誤差。(3)9號機除氧器出水含氧量不穩定,這說明在額定工況附近除氧器工作基本正常,而偏離額定工況較大時,蒸汽加熱不足,特別是在蒸汽參數偏低、高壓加熱器退出運行或凝結水溫度低時較為明顯。(4)考慮機組自然老化、高壓加熱器解列、凝結水溫度偏低以及調峰運行等因素,進汽裝置原598個ø12孔宜改為598個ø16孔。
2.4 水篦子設計
  水篦子設計為5層,采用10號槽鋼100×48×5.3,其間隔為80 mm,均勻分布;每層高138 mm。
2.5 填料選擇
  填料層設計高度150 mm,除氧頭內填料體積1.474 m3,選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼絲網。將填料層分為16個獨立的填料塊,方便安裝和維修;為縮短大修工期,填料塊纏繞密度為130 kg/m3。填料塊可向填料生產廠訂做,另外還需要一些不銹鋼絲網散料,用于特殊位置,如除氧頭殼體內填料塊沒有涉及的圓弧部分等。填料下托架可用原Ω填料層托架,由于采用已包裝的填料塊,故無需填料上壓板架。

3 除氧器改造前性能試驗
  在9號機組除氧器實施改造前,于1997年3月13日對該除氧器的除氧效果進行了檢查試驗(見表1)。

表1  除氧器改造前性能試驗結果

項 目 試驗結果
機組負荷/MW 175
第4段抽汽壓力/MPa 0.54
第4段抽汽溫度/℃ 358
除氧器運行壓力/MPa 0.50
除氧器運行溫度/℃ 160
除氧器排氣門開度/圈 1/2~1
除氧器出水含氧量/μg.L-1 29/19.7(PC)

4 除氧器改造后性能試驗
4.1 機組變負荷試驗
  該除氧器為定-滑壓運行除氧器,在機組負荷變化時,除氧器運行工況也隨機組第4段抽汽參數不同而變化,相應的除氧器除氧效果也不同。為考核除氧器不同負荷下的除氧效果,特別是在低負荷下的除氧效果,試驗大綱要求試驗應在200、180、150、120 MW工況下進行,但因電網負荷原因試驗分別在135、150、160、170 MW負荷下完成(見表2)。

表2  變負荷試驗結果

項 目 工況1 工況2 工況3 工況4
機組負荷/MW 135 150 160 170
第4段抽汽壓力/MPa 0.42 0.45 0.50 0.51
第4段抽汽溫度/℃ 368 363 360 358
除氧器運行壓力/MPa 0.40 0.45 0.47 0.50
除氧器運行溫度/℃ 154 158 158 161
凝結水溫度/℃ 134 135 135 139
凝結水流量/t.h-1 370 420 445 475
除氧器排氣門開度/圈 2×1/2 2×1/2 2×1/2 2×1/4
除氧器出水含氧量/μg.L-1 6.94 5.78 5.31 3.61

4.2 排氣門開度試驗
  低壓給水在除氧器中加熱、噴淋,其中的不凝結氣體,特別是氧氣即不斷析出,聚集在除氧器內;必須通過排氣裝置將這些氣體排出達到除氧的目的。但是,排氣裝置在排出不凝結氣體的同時也會排出一部分蒸汽,這必將增加機組的熱損失。那么,確定合適的排汽門開度才能既充分排出不凝結氣體又使排出蒸汽量最小,這是試驗目的。試驗排氣門開主分別為2×1圈、2×1/2圈、2×1/4圈(GWC670型除氧器設計有對稱布置的兩個相同規格排氣閥),試驗結果見表3。

表3  排氣門開度試驗

項 目 工況1 工況2 工況3 工況4
機組負荷/MW 135 135 170 170
除氧器排氣門開度/圈 2×1 2×1/2 2×1/2 2×1/4
第4段抽汽壓力/MPa 0.42 0.42 0.52 0.51
第4段抽汽溫度/℃ 362 368 358 358
除氧器運行壓力/MPa 0.40 0.40 0.45 0.50
除氧器運行溫度/℃ 154 154 160 161
凝結水溫度/℃ 133 134 139 139
凝結水流量/t.h-1 375 370 475 475
除氧器出水含氧量/μg.L-1 6.78 6.94 3.83 3.61

5 結論
  改造后的9號機組除氧器啟動投運以來,通過性能試驗和長期的運行考驗,證明該除氧器達到了改造設計要求,能夠在滿足不同工況給水品質的前提下安全穩定運行。
5.1 改造后的除氧器除氧效果良好,在額定工況運行時除氧器出水含氧量可達到2~3 μg/L。
5.2 該除氧器負荷適應性能好,在60%~100%額定工況下運行時,除氧器出水含氧量均小于7 μg/L。
5.3 該除氧器改造設計采用了汽液網填料和水篦子相接合的深度除氧方式,其傳熱傳質性能優良,尤其是不凝結氣體的析出能力增強,所以除氧器改造后的排氣門開度僅為改造前的1/2,排氣損失明顯減少,系統熱經濟性提高。
5.4 采用新型填料裝置,避免了原來因Ω填料失散影響鍋爐給水泵運行,提高了電廠運行安全性。
5.5 經濟效益顯著。除氧器內部改造費用僅為新設備的10%~20%,節省資金約20~100萬元;改造后的除氧器因排氣量減少,每年節標煤700余t折合金額約15萬元;另外給水品質的改善延長了發電設備使用壽命,其經濟效益尤為突出。

作者單位:國家電力公司熱工研究院 陜西西安 710032

 

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