电厂220 MW汽轮机除氧器循环加热方式的改造

李宏伟

(胜利发电厂,山东257087)

胜利发电厂一期机组的回热加热系统中采用YC-700除氧器。除氧器采用卧式、双封头、喷雾填料式结构,外壳有封头及筒身组成,内件主要有水室、喷嘴、淋水盘及波浪型填料层组成,内件均采用不锈钢制造,设计压力为0.98 MPa,最高工作压力为0.785 MPa,设计温度为200℃,最高工作温度为180℃,工作介质为水和蒸汽。除氧器额定出力为700 t/h,除氧器与型号为YS-140的除氧水箱配套使用,几何容积为175m3,有效容积为140m3,相当于12 m in的除氧出水流量。机组正常运行时,来自低压加热器的主凝结水进入除氧器顶部水室混合后,经喷嘴喷成伞状水膜,经填料淋下。来自机组四段抽汽的蒸汽作为热源分两路进入除氧器,由下而上进行混合加热和传质,一路由除氧器下部进入,经填料层进入喷雾区,另一路由中部进入喷雾区。凝结水与蒸汽进行热交换,使溶于水中的氧气及不凝结的气体等得以去除,凝结水同时被加热。除氧器加热系统示意见图1。机组启动前及启动开始后的一段时间,由于机组四段抽汽压力低,使用厂用高压联箱作为除氧器的备用汽源,代替四段抽汽加热凝结水。

图1 除氧器加热系统的组成

机组启动时,需要经过中速暖机、低负荷暖机等阶段,目的是均匀加热汽缸,各部件均匀升温。除氧器水温过低,就会导致进入锅炉的给水温度偏低,为调整主汽温度,锅炉需要加大燃烧量,在调整燃烧量的过程中因主汽流量小,易造成主汽温度偏高,主汽温度偏高就要投减温水,造成温度大幅度波动,导致汽温与缸温的不匹配,延长机组整体启动时间。所以,在启动初期,提高除氧器水温是锅炉调整燃烧的主要手段之一。另一方面,在机组热态启动时汽包壁温度较高,必须保证一定的上水水温,以减小汽包上下壁温差,避免产生较大的热应力,缩短汽包寿命。如果启动时除氧器水温加热缓慢,只有依靠延长启动时间的方式解决,若时间不允许时,有时不得不以牺牲汽包寿命的办法,采取缓慢上水的方式给汽包上水,对设备寿命产生不利影响,所以也要求除氧器水温保证在100℃以上。

改造前,机组启动初期除氧器的加热,主要采用循环加热法和再沸腾加热法。在机组启动除氧器上水后,当水源的来水温度较低需要提升水温时,可使用循环加热法加热。该加热系统由厂用高压联箱、备用汽源管道、除氧器循环加热调整门、锅炉疏水箱、炉疏水泵及相应的管道阀门组成;运行时首先将除氧器水箱的水放入锅炉疏水箱,通过启动炉疏水泵再将水送入除氧器的除氧头,经除氧头内的喷嘴喷出进入填料,在水喷出的同时,将来自高压联箱的蒸汽经备用汽源管道和除氧器循环加热调整门的蒸汽分别由一、二次加热管送入除氧头,使水和蒸汽在填料内充分混合,被加热的水回收入水箱。采用循环加热法,虽然在一定程度上能够满足快速加热给水的要求,但由于炉疏水箱是一个敞口容器,被加热到一定温度的水进入疏水箱会大量汽化从炉疏水箱冒出,既增加了工质的损失,又影响环境,而且当水温达到80℃左右时,由于炉疏水泵的入口处于负压状态,水在入口处就会发生汽化,导致炉疏水泵产生不打水现象。无法运行,水温也无法进一步提高。

为了进一步提升水温,必须启用再沸腾加热器,该加热系统由厂用高压联箱、备用汽源管道、再沸腾电动门等组成。运行时来自高压联箱的蒸汽经备用汽源管道和再沸腾电动门进入除氧器水箱内部水面以下蒸汽分配管,从分配管里喷出的蒸汽与水混合加热水箱内的冷水。但是采用这种加热法,蒸汽从蒸汽分配管中必须克服水的阻力喷出,蒸汽与水的换热面积小换热速度较慢,增加蒸汽压力加快蒸汽流动虽然可以加快加热速度,但将造成严重的管道振动,而且由于在水箱内加热不均匀,水箱内部汽水冲击造成整个除氧器水箱发生强烈振动,极易造成除氧头内喷嘴等物件脱落,甚至发生除氧器因振动过大,导致焊口开裂、除氧器爆破的恶性事故的发生。

总之采用这种方式,在锅炉上水前,除氧器内水的加热速度极其缓慢,控制调整不当又威胁到除氧器的安全运行,在机组启动过程中,更难保证既除氧器能够保持合适的水温。在现场实际运行中,两种方法本身存在着固有的缺点,尽管在机组启动过程中,加强了对除氧器水温的现场监视、控制和调整,但效果并不理想,很难保证除氧器水温在 100℃以上。

为了更好地解决这一问题,决定结合现场实际情况对该系统进行改造,改造方案在1#和2#机除氧器放水母管增加一路放水管道(安装一截止阀),接至锅炉疏水泵的入口,见图1。当需要除氧器上水投加热时,关闭炉疏水箱至疏水泵入口门,将除氧器内的水放至锅炉疏水泵入口,启动疏水泵,投入除氧器的循环加热系统,可以实现快速将除氧器的加热。由于除氧器在22 m运转层,而炉疏水泵安装在-3 m,这样进入炉疏水泵的水即使在除氧器内处于饱和状态,由于有25m的倒灌高度,提高了疏水泵的入口压力,水在炉疏水泵入口已经变为不饱和状态,不会发生汽化,疏水泵可维持稳定运行,在启动初期保持除氧器水温100℃以上。改造后的系统还可以实现电厂一期的两台机组共同使用,届时只需要简单的将临机除氧器加热系统隔绝即可。

系统改造后,由于即使水温高于100℃炉疏水泵也不会汽化,还可以实现不开给水泵,利用疏水泵直接将高于100℃的水输送至锅炉(即锅炉反上水方式),系统运行的灵活性有所提高,并可以节约厂用电耗。系统改造只需截止阀一只,管道不到10 m,工作量不大,投资约6000元。

系统改造结束后,即赶上2#机组机组热态启动,通过对比试验,除氧器水温加热速度由使用再沸腾加热方式的0.1℃/m in,很容易升高到2℃/min (根据除氧器的设计要求,投入除氧器加热,必须控制除氧器水温温升速度不超过2℃/min),锅炉上水时水温达到100℃以上,大大提高锅炉上水速度。为了把水温由20℃加热到 100℃,改造前需要13 h,改造后可缩短到1 h以内,即机组启动一次可多发电12 h,并且设备的安全运行得到保障。

在机组启动过程中,维持炉疏水泵运行,锅炉使用正上水方式用给水泵给锅炉上水,通过控制加热蒸汽流量的方法,利用该循环加热方式一直持续到除氧器切换为正常运行加热汽源——四段抽汽,在低负荷阶段除氧器水温始终维持在100～110℃,对锅炉调整燃烧起到了积极的作用,加快了机组的启动速度,缩短了机组整体启动时间。1#机组小修结束后,锅炉酸洗及机组冷态启动同样使用该系统运行,效果理想。目前改造的系统在历次的机组启动过程中均发挥了作用。