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300MW超临界电厂无除氧器系统可行性分析田素乐

发表时间：2020/1/10 来源：《防护工程》2019年18期作者：田素乐

[导读] 无除氧器回热系统在国外已应用了几十年，并且有多台200~800MW等级的超高压、亚临界、超临界机组投运。

山东电力工程咨询院有限公司山东济南 250013
　　摘要：超临界机组的锅炉给水已经普遍采用加氧处理技术，除氧器仅起到给水加热器的作用，利用表面式加热器代替除氧器，可以简化回热系统，提高机组经济性。
　　关键词：电厂；无除氧器系统；300MW超临界
　　
　　
　　1.无除氧器技术
　　无除氧器回热系统在国外已应用了几十年，并且有多台200~800MW等级的超高压、亚临界、超临界机组投运，取得了明显的经济效益。国内在多年前对亚临界无除氧器回热系统曾经有过一些研究，真正应用的是福建某发电厂，由美国BECHTEL公司设计，机组于2001年投产，总体运行情况良好，达到了预期目的。对于超临界机组，采用无除氧器系统是基于锅炉给水OT方式。由于锅炉给水系统普遍存在比较严重的FAC现象，经过长期的研究和实践，目前锅炉给水系统通常在机组启动后就投入凝结水精处理，当给水水质达到规定要求，主要是氢电导率小于0.15μs/cm时，即可将给水的AVT处理转为OT处理。通过对给水进行OT处理，在被腐蚀的金属表面形成致密的Fe2O3保护膜，有效降低和减缓金属材料的腐蚀，从而相应减小管道系统的阻力，提高机组运行的经济性和安全性。目前，国内针对超临界机组无除氧器回热系统的研究还很少，工程经验主要来自国外。本文将从技术上对无除氧器系统进行探讨，论证其可行性，并从系统优化和厂房布局优化角度分析无除氧器系统的优势。
　　2.表面式加热器代替除氧器的可行性
　　2.1给水加氧和除氧
　　超临界机组正常运行时为防止给水系统FAC问题，需要对给水进行OT处理，已不需要除氧器来除氧。但是当机组启动和给水水质还未达到OT处理要求时，凝结水和给水采用AVT处理，仍应考虑进行除氧，在没有除氧器的情况下，设计上可以采取多种措施：
　　（1）在凝汽器内部设置蒸汽加热除氧装置，对凝结水进行加热除氧。
　　（2）对于补充到凝汽器中的除盐水，可通过高位喷淋装置在真空和加热中进行除氧。
　　通过以上2项措施，一般可以将凝结水中的溶解氧降到30μg/L以下。
　　（3）在加药系统中保留联氨加药装置，通过对凝结水和给水加联氨处理，除去残留在给水中的溶解氧。
　　（4）在凝结水系统中增加混合式低压加热器，具有除氧功能。
　　另外，为防止凝结水中溶解氧过高，在运行维护中要防止空气漏入真空系统，确保真空严密性。在机组正常运行期间，如果发生凝汽器泄漏，造成水质恶化，给水和凝结水仍应恢复AVT处理，同时进行加联氨处理，以保证给水溶解氧低于7μg/L。因而在不设置除氧器时，技术上仍可以保证锅炉给水的溶解氧在规定范围内。
　　2.2给水加热
　　由于正常运行时超临界机组的除氧器只起到普通加热器的作用，可以用表面式加热器（以下简称4号加热器）来代替。通过结构上合理设计，如内部设置过热蒸汽冷却段、疏水冷却段等，可以在不改变汽轮机抽汽参数的情况下，做到表面式加热器的上端差为零，即出口给水温度达到抽汽压力下的饱和温度，在回热系统中起到与混合式加热器完全一样的加热效果。
　　对于机组启动时的给水加热问题，同样可以在该加热器的汽侧接入辅助蒸汽来加热；另外，机组启动时还可以通过调整凝汽器的真空度来适当提高凝结水温度，也可以提前投入2号高压加热器来提高给水温度。

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　　2.3凝结水和给水系统优化
　　与原有系统相比，由于除氧器改为表面式加热器，可以取消凝结水系统的除氧器水位调节阀和给水泵的前置泵，凝结水直接由凝结水泵经过各级低压加热器和4号加热器送达给水泵，锅炉上水系统变得简单。凝结水泵和给水泵的配置方式保持不变，凝结水泵仍可采用变频调节，以使凝结水量适应机组负荷变化，节省凝结水泵功耗；凝结水泵和给水泵的运行需增加必要的联锁保护，可以考虑将给水泵的进口压力作为保证凝结水泵和给水泵之间正常调节的控制参数。
　　2.4加热器疏水优化
　　加热器疏水仍以逐级疏水为主，高加的正常疏水可以通过疏水泵或直接进入凝结水母管，危急疏水经扩容器后直接进入凝汽器。1号高加疏水到2号高加，由于2号高加的疏水压力较高，疏水可以直接到给水泵的进口母管，也可以先到3号高加，再由疏水泵打入给水泵的进口母管，在机组高负荷时则可以通过疏水泵的旁路，直接进入到给水泵的进口母管；3号高加疏水也可以直接到4号加热器，再通过4号加热器的疏水泵打入给水泵的进口母管。当3号高加疏水到给水泵进口母管后，4号加热器的疏水应到5号低加，5—8号低加的疏水保持原设计不变。各种疏水方式应视不同机组的设计而定。
　　2.5主厂房结构优化
　　除氧器体积庞大且必须高位布置，并要配备前置泵，给水管道布置复杂且冗长。连接除氧器的管道繁多，厂房设计时一般需要考虑设置除氧间，从而大大增加了主厂房的容积，厂房结构的荷载还必须按除氧器满水条件来考虑。当回热系统采用表面式加热器代替除氧器后，除氧间容积可以大大缩小，结构也可以简化。去除除氧器和前置泵后，管道系统也变得简单，为取消除氧间提供了有利条件[1]。
　　3.无除氧器系统的优势
　　3.1降低工程造价
　　无除氧器系统没有除氧器和前置泵，相应的管阀系统也变得较为简单，设备和材料费用可以降低。由于没有体积庞大的除氧器，主厂房容积可以减少，还可以通过设计优化来取消除氧间，更能大幅度降低主厂房面积，降低建筑工程造价。
　　3.2提高机组经济性
　　在维持回热系统参数不变的情况下，汽轮机循环效率基本不受影响，若考虑高加疏水直接进入给水泵进口，还能提高最终给水温度，降低汽轮机热耗。无除氧器回热系统的4号加热器无需高位布置，大大缩短了抽汽管道和给水管道，降低整个管道系统的阻力，相应降低了凝结水泵的功耗。无除氧器系统不设前置泵，虽然要增加高加疏水泵，但与取消前置泵相比，还是节省了厂用电。因而采用无除氧器回热系统，最终能提高发电厂的经济性。
　　3.3提高机组运行可靠性
　　除氧器体积庞大，储存了巨大的热容量，并且又是高位布置，存在很大的安全风险。国家部委对热力除氧器的设计、材料、制造、检验、安装和运行等提出了各项规定，以确保除氧器使用过程中的安全[2]。
　　结论：
　　简而言之，无除氧器热力系统在理论和实际运行中都证明了是一种成熟可行的热力系统，相对于有除氧器热力系统在安全性、经济性等诸多方面都有很多的优势。无除氧器热力系统在俄罗斯和英美等西方国家都得到了很好的应用，但在我国的应用还只处于起步阶段。随着发电行业竞争的进一步加剧，降低工程造价、提高机组经济性和可靠性已经引起各方面的高度重视。超临界机组采用无除氧器回热系统，表面式加热器代替除氧器可以优化整个给水回热系统，方便主厂房布置。
　　参考文献：
　　[1]郑体宽.热力发电厂[M].北京：水利电力出版社，2019.
　　[2]徐明，徐奇焕.汽轮机甩负荷过程中给水泵的汽蚀[J].汽轮机技术，2018（2）.
　　