火电厂除氧设备热经济性分析

(哈尔滨锅炉厂有限责任公司，哈尔滨 150046)

0 引 言

随着经济的发展，能源和环境问题成为了一个热点问题，应该引起全社会的重视。随着国家火电 “上大压下”的实施，以及脱硫脱销等环保装置在电厂的应用，火电厂对大气的污染已经大大地降低了。电厂除氧设备经济性能的提高对电厂节能减排将起到关键的作用，如何提高除氧器设备的经济性能是一个综合性问题，它体现在除氧器的设计、安装、运行、监督和保养等方面[1-7]。

1 除氧器在电厂回热系统中的作用

火电厂除氧器是利用汽轮机四段抽汽将凝结水加热到对应于除氧器运行压力下的饱和温度，除去溶解于给水中的氧气及其它不凝结气体，以防止或减轻锅炉、汽轮机及其附属设备管道等的氧腐蚀；作为一级加热器，将锅炉给水加热通过本级回热，使热能得到充分利用，提高发电机组热效率；同时，具有贮存锅炉给水，吸收变负荷时给水量的变动，保持平衡的机能。其科学合理的投运则能提高整个电厂的效率, 同时对电厂的节能减排也是十分有利的。

2 除氧器的主要性能指标

要提高除氧器的经济性，满足标准规定的基本性能要求是必须的，除此之外，我们应该想办法进一步合理优化除氧的性能。其主要性能指标如下：

(1)给水溶解氧。要求不大于7 μg/L (大型机组要求不大于5 μg/L)。

(2)除氧器的出力。单位t/h，是指除氧器出水管在单位时间内输出符合规定溶解氧含量的给水量。它有额定出力、最大出力和最小出力。

(3)排汽量。单位t/h，一般为额定抽汽量的5‰，在条件允许的情况下应尽量减少排气量。

(4)温升。单位℃，温升是指除氧器工作压力下的饱和温度与除氧器进水的平均温度之差。一般为10～15 ℃，大机组为20～35 ℃。

3 降低锅炉给水中溶氧量

溶解于水中的气体对热力设备的危害表现在两方面。其一，那些在热力设备工作条件下不发生相变的的气体会影响能量转换过程中的传热效果，增加机组的不可逆损失。其二，以氧为主体对热力设备金属的腐蚀作用会大大缩短设备的使用寿命，降低设备的可靠性，甚至导致不可预测的事故。

在热力系统中的水和汽的温度一般都比较高，并且氧化腐蚀具有局部性和延续性，所以氧化腐蚀速度相当快。氧化腐蚀通常发生在给水管道及集箱、省煤器、疏水箱、低位水箱、凝结水泵出口和除氧器的除氧头等处。

热力设备在安装、存放及停运期间，如果养护不善，通常会发生腐蚀现象，甚至有些很严重。尽管在设备起动运行前要清洗掉腐蚀产物，但留存下的腐蚀陷坑还会成为腐蚀电池的阴极，继续发生腐蚀。因此，实践表明，降低给水中的溶解氧达到设计值的要求是确保热力设备安全、经济运行的重要工作。

为了降低除氧器出水含氧量可以采取如下的措施：

(1)在除氧器的设计计算中，遵循质量守恒定律和能量守恒定律，按热力系统平衡图进行各工况的设计计算，校核计算，确保给水中的溶解氧达到规范要求。

(2)检查除氧器运行方式有无变化，如因凝结水温度过低，应提高凝结水温度，当凝结水温度无法提高时，应开大进汽调节阀。

(3)若补给水或回收水含氧量过高，要改变运行方式，可以从再沸腾管通入辅助蒸汽，使除氧器中的水再沸腾，起到辅助除去给水中的氧气及其它不凝结气体的作用。

(4)双体式除氧器，可调整除氧头上、下加热蒸汽的分配比例。为防止排汽带水、设备振动，采用二路进汽，一次汽从除氧头底部进入，为使蒸汽沿除氧器壳体截面均匀上升，可以采用环形管进汽，也可由水箱进入引至除氧头底部再进入；二次汽可由二级除氧装置上部进入喷雾空间，同时可以采用环形管进汽使蒸汽均匀上升。

(5)对设备作定期检查，如发现喷嘴有堵塞物，则应清除堵塞物体，使喷嘴的喷雾状态恢复到理想状态；如发现除氧盘或填料有脱落现象，则应使其恢复到原来的位置。

4 合理布置排汽系统和设置排汽回收系统

一般要求启动排汽和连续运行运行排汽分开设置，这样有利于系统的布置。根据排汽量的多少和设备长度合理设置排汽口和节流孔板的数量，连续运行排汽口应该均匀布置在除氧器的上部汽空间，对于大机组来说，排汽管路太多会给管道布置带来困难，可以将各连续排汽管汇集到1根直径较大的排汽母管上，使分离出的气体能及时排出。为了使除氧器能充分地排气而由不过分地增大热损失，一般要求排汽流量控制在额定抽汽量的5‰。排汽管的内径按蒸汽最大流速为45 m/s来计算，但不管怎样，排汽管的内径不得小于Dg25。排汽母管的面积至少应是各排汽管面积总和的5倍，排汽节流孔板的面积按下式计算：

式中：M为连续排放的蒸汽流量(kg/h)；P为壳侧运行压力(MPa)。

需要严格控制排汽阀的开度。为了有效的除氧，必须将水中分离出来的氧气和不凝结气体经排汽阀及时排出。阀门开度大小对溶解氧是有影响的。开度小，不仅不利于气体排出，而且也影响除氧器内的蒸汽流速。开度过大，虽然有利于改善除氧效果，但要增大汽、水损失和热量损失。因此一定要两者兼顾，既要做到能把气体排出，又不造成过多损失。对于不同的机组，应通过实践摸索出适当的排汽阀开度。

对于除氧器的排汽回收系统可以采用表面式热交换，它既能回收余热，又能够充分分离余汽中的氧量。工作流程如图1所示，将除盐水管道过来的冷水接入除氧器排汽余热回收装置的水侧，然后把除氧器分离出来的余汽接人除氧器排汽余热回收装置的汽侧，让水和汽在装置的管束内进行充分的热量交换，并且把汽侧的冷凝水再回收利用，最后把加热后的除盐水再送入除氧器除氧加热。除氧器排汽余热回收装置本体以及加热后的出水管道需要保温，它可减少回收后的热量损失。

图1 除氧器排汽回收装置系统图

5 提高除氧器给水温度和出水温度

给水温度是回热循环效率的具体体现，是影响机组运行经济性的一个重要指标。提高给水温度的途径：

(1)利用抽汽加热凝汽器凝结水，提高除氧器给水温度。

(2)保证低加正常投入，控制给水温度在额定值。

(3)为了保证除氧器的出水温度，必须严格控制除氧器的抽汽压力，来保证除氧器在合适的工作压力下工作。降低除氧器的抽汽压损可以提高除氧器的出口水温。

除氧器的抽汽压损是指从汽轮机抽汽口至除氧器的抽汽管道的总压力损失，包括沿程阻力和局部阻力损失两部分。因此抽汽压损可以如下表述：

ΔP=(ξ+λ)Ρc2/2。

式中：ξ为局部阻力系数；λ为沿程阻力损失系数；c为抽汽管内蒸汽的平均流速。

机组运行时，抽汽压损增加将使除氧器内压力降低，则除氧器出口水温降低，使整个机组热效率下降。抽汽压损主要与设计、安装有关，但如果运行操作不当或疏忽，抽汽管上的阀门未全开，则压损ΔP增加。若压力自动调节阀失灵，应开启调节阀的旁路阀，维持除氧器压力。若机组负荷降低而除氧器压力降低到切换压力以下时，应联动开启高一级抽汽阀门或投入厂用辅助汽源。

(4)降低除氧器端差

除氧器端差：

TTD=ts-t1。

式中：ts为除氧器压力下的饱和温度；t1为除氧器出水温度。

影响除氧器端差的因素主要有加热蒸汽流量与压力参数，加热蒸汽流量与压力不稳定造成端差增大。

除氧器本身的影响，除氧器结构的原因导致给水没有被蒸汽充分加热就从出水管流入了下一级的加热换热设备，如喷嘴的雾化效果、淋水盘对给水的破碎、剖析及延缓加热时间作用、再沸腾装置在启动及低负荷工况时的运行等。

除氧设备存在一定的泄露，如双体式除氧器中除氧头和水箱之间的连接管，服役时间比较长的双体式除氧器比较常见在此处存在一定的泄露，如发现泄露，应第一时间采取措施消除泄露。

(5)增加保温层厚度，以减小向环境的散热量；设法减小设备外壁表面空间与空气的换热系数，减少除氧设备的散热损失。

6 除氧设备的选择

能否合理地选用除氧设备，直接关系到机组的经济性，运行寿命和安全可靠性。实际经验指出，应根据机组的参数，运行特点及安装情况来选择除氧设备的设计参数、容量和结构型式。

(1)额定出力的选择

除氧设备的额定出力主要取决于机组的最大消耗量，一般选其为系统热平衡计算中的最大给水量的105%。

(2)工作压力的选择

通过技术经济分析论证，确定除氧设备的工作压力。

(3)除氧设备结构型式的选择

火力发电厂的除氧设备，就其除氧头和水箱的位置来分，可分为双体式除氧器和一体式除氧器。单机容量在200MW及以上汽轮机组的除氧器应采用卧式结构；单机容量在125MW及以下汽轮机组的除氧器可以采用立式结构;单机容量在300MW及以上汽轮机组的除氧器采用一体式除氧器。

一体式除氧器的应用降低了除氧器的占用空间，降低了除氧器的整体高度，避免了除氧头和给水箱的工地对接，降低了除氧器的整体重量，减少了基础载荷和土建投资。

一体式除氧器具有更低的排汽损失，常规除氧器排汽量为额定抽汽量的5‰，其排汽量仅为额定抽汽量的1～3‰，这使得机组的热效率大大提高。

一体式除氧器作为一种新型、大型机组的热力除氧设备以其优越的性能和良好的性价比，得到越来越多的用户的认可。

7 除氧器的调整、运行、监督和停用保养

7.1 除氧器的调整

要使除氧器能获得良好的除氧效果，除了除氧设备本身具有良好的性能外，还需对其进行调整，使其运行获得最佳的工况。

新除氧器投入运行的调整是对设计、制造的特性进行鉴定；当除氧器运行方式(定压运行和滑压运行)改变或使用汽源、水源变动时的调整试验可以判断、完善新的运行方式；除氧器运行情况恶化，出水溶氧达不到标准值时的调整试验是为了查明原因，采取对策。

根据设计除氧器提出的技术要求结合使用说明书中的条件和规定，有目的地针对调整试验的内容，进行调整试验，找到符合标准规范内的出水溶氧量下最佳的运行条件和要求。

7.2 除氧器的运行

除氧器的运行方式有两种，即定压运行和滑压运行，一般来说100 MW以下的机组，用定压运行，100二、荣誉证书MW以上的机组除氧器用滑压运行，这是高参数大容量机组提高热经济的一项重要措施。

7.3 除氧器的监督

使用除氧器的单位应对出水溶解氧、压力和温度以及水位进行监督。

(1)监督出水溶解氧

定期从除氧器的取样管中抽取水样测定溶解氧，测定方法可参照GB12157-89《锅炉用水和冷却水分析方法》或采用仪表连续测量，根据测定结果对运行工况进行有效监督。

(2)监督压力和温度

压力、温度是除氧器正常运行中监督的主要指标。由于机组负荷、进水温度的变化以及水箱水位的波动等，都会破坏除氧器内压力和温度的对应关系，从而影响其除氧效果。因此，在运行过程中，要监督除氧器的压力和温度。

(3)监督水位

除氧设备水位的稳定，是保证给水泵、汽机、锅炉安全正常运行的重要条件。由于除氧设备的几何容积确定以后，其有效容积是靠液位检测、调节装置来监视、调节的。运行过程中除氧设备的水位应维持在设计规定的范围之内，使其有效容积得到充分利用。

7.4 除氧器的停用保养

锅炉给水系统中的氧腐蚀常常发生在起动、停运及备用或保养期间。因此除氧设备在停用期间，应依照相应规范和使用说明书采取保养措施。

(1)湿式保养。将含有一定浓度的联氨的水溶液充满除氧设备及给水系统，并压入氮气，维持压力在0.05 MPa；

(2)干燥保养。排净系统及设备内积水，在设备内部放置防锈剂和吸湿剂，用约5倍内容积的氮气置换空气且维持压力在0.05 MPa。

8 结束语

除氧器效率的提高对于整个电厂的发电效率的提高起到了至关重要的作用，只要我们以严谨的科学态度去对待影响除氧器效率的每一个环节，努力提高除氧器的经济性和热效率，就一定能为我国的能源战略做出自己的一份贡献。

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