浅析卧式除氧器的应用和发展

李雅琴

(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂,上海 200090)

浅析卧式除氧器的应用和发展

李雅琴

(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂,上海 200090)

随着火电机组向高参数大容量发展，除氧器的布置形式，也从立式布置转向卧式布置。根据设计实例，说明了卧式除氧器的结构特点，并改进了水室的进水方式。通过试验，得到了恒速喷嘴的关键参数。设计优化后卧式除氧器，必将在大容量机组中得到更广泛的应用。

机组； 除氧器； 设计； 卧式； 高参数； 大容量； 应用； 发展

0 概 述

除氧器的主要作用，是除去给水中的氧气，确保回热系统中给水的品质。若给水中溶入了氧气，就会使与水接触的金属腐蚀。在热交换器内，如果有气体聚集，将降低传热效率。因此，水中溶入任何气体，对传热都是不利的，尤其是氧气，还会腐蚀设备，影响设备的安全运行。

1 卧式除氧器的特点

除氧器是给水回热系统中利用混合式加热的设备，同时，高压加热器的疏水、化学补水及各处水质合格的疏水、排汽，均可汇入除氧器并被利用，可减少发电机组的汽水损失。随着火电机组向高参数大容量发展，除氧器的布置形式也从立式向卧式转变。由于卧式除氧器能达到主要的喷淋密度指标，符合高参数大容量机组的要求

1.1 从立式布置转为卧式布置

设计除氧器时，喷林密度是除氧器设备主要的性能指标之一。喷林密度是指单位时间内，在单位面积上的喷淋量，选用值为60～100 t/m2。设计某型1 000 t/h的立式除氧器时，按照喷淋密度的取值范围，计算所得的除氧器直径为4.39 m，这将使除氧器的直径大于水箱直径，装配时二者不能匹配，且在结构制造上也不易实现。早在1970年初，为某300 MW火电机组设计1 000 t/h除氧器时，就曾遇到这个问题，最后是设计2台立式除氧器(直径3 m，540 t/h),才解决了喷淋密度指标问题。为了符合喷淋密度的取值范围，只能将立式除氧器的设计方案改为卧式除氧器。经过长期设计经验的积累，现在，卧式除氧器的设计和制造已得到长足的发展。因卧式除氧器是卧坐在水箱上，在设计长度上受限较少，所以，增加除氧器在长度方向上的喷淋面积，可满足设计要求。对于大容量的卧式除氧器，因喷淋面积较大，喷淋密度指标易在取值范围内选取，能确保大容量卧式除氧器具有良好的使用性能。

1.2 卧式除氧器适合滑压运行

除氧器采用卧式布置，可方便地在除氧器的长度方向上，布置1个弓形凝结水进水室，同时能配置众多大流量的恒速喷嘴，可满足除氧器对喷淋密度的要求，还可满足喷雾除氧的要求。机组在变负荷运行时，除氧器处理的凝结水量应随机组负荷而变化，实现除氧器的滑压运行。滑压运行时，除氧器的工作压力，随汽机抽汽压力的变化而变化。因此，设计除氧器时，除氧器的设计压力应大于抽汽器的最高蒸汽压力，运行时除氧器就不会超压。滑压运行能适应大机组负荷变化的要求，减少了节流损失，提高了机组的热经济性。

1.3 卧式除氧器的结构

卧式除氧器与水箱之间通过下水管和蒸汽连通管相连。如某300 MW机组的1 080 t/h卧式除氧器，除氧器与水箱的连接，仅有1根下水管和2根蒸汽连通管，因此，在现场的安装工作量较小。下水管及蒸汽连通管的外接管路，采用了对接焊缝，焊后需进行热处理和射线探伤。安装完成后，应进行水压试验，保证设备的制造质量。通过卧式除氧器的设计优化，提高了制造和安装质量。

1.4 操作与自控

卧式除氧器只设置1根进水管，避免了立式除氧器要求多路进水的缺点。同时，还简化了除氧系统，便于实现系统的全自动控制。

1.5 投资小

卧式除氧器占据的高度，比立式除氧器低得多，降低了对厂房高度的要求，可节省基础方面的投资。

2 卧式除氧器的设计

在1982年，我公司就成功设计和制造了国产300 MW火电机组的1 080 t/h卧式除氧器。该型除氧器运行在很多发电机组中，运行数据证明，该型除氧器的性能良好、安全可靠，出水含氧量为0～5 μg/L。因设备的性能优异，得到了用户好评。

2.1 主要设计参数

1 080 t/h卧式除氧器及水箱的组合结构，如图1所示。除氧器的设计参数，如表1所示。

图1 1 080 t/h卧式除氧器及水箱的结构

表1 除氧器的设计参数

名称数值设计压力/MPa0.932设计温度/℃350进水温度/℃131.5出水温度/℃169凝结水流量/t·h-11060出水含氧量/μg·L-17水箱有效容积/m390

2.2 恒速喷嘴与制造技术

恒速喷嘴是除氧器中的关键部件。根据有关资料，对恒速喷嘴的结构及材质进行分析。通过试制，取得了设计喷嘴的关键数据，并在试验台进行了冷态试验。试验数据表明，试制成功的恒速喷嘴，其技术参数并不亚于进口喷嘴的参数，且喷嘴的始喷压力和灵敏度，均优于进口喷嘴。试制成功的恒速喷嘴，具有压差小、流量大及流量变化率大等优点，喷嘴的全压差≤0.058 MPa。通过冷态试验得知，喷嘴的最小压力差(开启压差)为0.023 MPa(0.24 kgf/cm2)，喷嘴的最大压差为0.057 MPa(0.58 kgf/cm2)，喷嘴在额定流量下的压差为0.035～0.037 MPa。喷嘴的流量是随着喷嘴压差的增加而增加，反之亦然。运行时，由于凝结水具有一定温度，其比容比室外温水的比容增大约10%，故在热态运行时，喷嘴的流量比冷态时的流量减小10%。在使用恒速喷嘴的除氧系统中，应保证喷嘴流量随着喷嘴的水汽侧压差的变化而变化， 淋水滴才会有

图2 恒速喷嘴(16 t/h)

雾化的效果。16 t/h恒速喷嘴的结构，如图2所示。

3 卧式除氧器的设计实例(一)

3.1 设计主要参数

为石洞口电厂600 MW机组，设计了某型2 400 t/h卧式除氧器。设计时，按国外公司提供的参数进行方案设计，国外公司提供的主要设计参数，如表2所示。

表2 国外公司提供的设计参数

名称数值凝结水压力/MPa1.4凝结水进口温度/℃140凝结水出口温度/℃187凝结水流量/t·h-11060蒸汽进口压力/MPa1.175蒸汽进口流量/t·h-1110.624蒸汽进口温度/℃187出水含氧量/μg·L-17

3.2 设计思想

根据客户提供的设计参数，2 400 t/h卧式除氧器的总体结构设计，可参照1 060 t/h卧式除氧器的设计方案。为了保证喷淋密度在使用范围内，除氧器的内径仍取2.5 m，增加了除氧器淋水区的长度，除氧器总长仍在要求范围内。这样，在设计上，可利用原有的标准件和通用件图纸，缩短了设计周期。

3.3 存在的缺点和克服办法

在设计时，将淋水区长度由原6 048 mm放至12 096 mm，除氧器的进水室也相应放长，但流向恒速喷嘴的给水阻力差会超过设计允许值，造成每只喷嘴的喷出流量相差很大，影响了喷雾除氧的效果。为了解决这些问题，将进水室隔成长度相等的2个独立进水室，每段长度等于原长，布置在水室内的喷嘴位置，与原设计一致，这样就可利用原有的设计方案，解决了喷雾与除氧效果不佳的现象。但是，除氧器因此而有2个进水口，分别进入除氧器的2个独立进水室。根据设计院的要求，只能有1个进水口。为此，在除氧器顶部的左侧，设计有1个进水过渡集箱。在除氧系统中，仅有一路水进入过渡集箱，通过集箱，再分成二路，分别进入除氧器的进水室。2 400 t/h卧式除氧器及水箱的组合结构，如图3所示。

图3 2 400 t/h卧式除氧器及水箱的组合结构

4 卧式除氧器的设计实例(二)

4.1 产品的设计

4.1.1 性能设计

根据客户提供的热力参数、由引进的Sterling的设计程序进行设计计算。

4.1.2 结构设计

(1) 进行除氧器及水箱的强度，曲屈分析和计算。

(2) 进行水箱多支座的设计及支座反力的计算。

(3) 内部结构的设计计算。

4.2 设计主要参数

我厂为外高桥电厂二期工程900 MW机组设计2 793 t/h卧式除氧器时，承担方案设计，主要的设计参数，如表3所示。除氧器与水箱的组合图，如图4所示。

表3 外高桥除氧器的设计参数

名称参数设计压力/MPa1.9设计温度/℃220/372Max.steaminlet/380标准ASME出力/t·h-12793有效容积/m3308除氧器材料SA516Gr70+SA240304水箱材料SA516Gr70支座/只4

图4 2 793 t/h卧式除氧器及水箱组合图

4.3 设计难点及解决措施

4.3.1 根据合同要求,对除氧器及水箱需按ASME规范第Ⅷ篇第1,2分篇进行强度、曲屈分析计算，具有一定的难度和深度。经有关院校的课题研究后，采用了ANSYS应力分析软件，对除氧器及水箱的整体结构及关键部位进行温度场分析、应力分析和疲劳分析，并按ASME规范第Ⅷ篇有关内容进行校核，对原设计方案不足之处进行调整。

4.3.2 由于该除氧器水箱采用4支座支撑结构，1个为固定支座，3个为活动支座。因此多支座的设计及支座反力的计算具有一定的难度。我们与计算组及同济大学的老师一起采用ANSYS应力分析软件，对设备进行有限元分析，所得计算结果，已被客户确认。

4.3.3 客户还对除氧器的内部结构提出了改进要求。如：凝结水进水装置布置形式的调整等。在充分考虑了除氧器内部空间的情况下，对原来的进水装置作了一定的调整和改进。

4.3.4 由于合同规定除氧器及水箱壳体上不允许有角焊缝。故除氧器及水箱上的接管须考虑自身补强，这样接管的壁厚较厚。在接管材料的选择时，考虑了三种方案：

(1)采购SA106B管子；

(2)采用板材卷、压制而成；

(3)采用SA105锻件。

4.3.5 由于水箱支座与基础的连接,既要考虑地脚螺栓的连接,又要考虑水箱热膨胀位移量。经多方协商及分析计算，对水箱支座进行了改进设计。

5 结 语

为了加强电站辅机设备的研制工作，还需要不断提升设计和制造能力，进一步研发新型除氧器，才能让我国的电站设备走向世界。

[1] 压力容器委员会.ASME第Ⅷ卷压力容器建造规则[M]. 北京:中国石化出版社.

[2] TSG 21-2016.固定式压力容器安全技术监察规程[S].

[3] GB150-2011.压力容器[S].

The Application and Development of Horizontal Deaerator

LI Ya-qin

(Shanghai Power Station Auxiliary Equip Plant, Shanghai Electric Power Generation Equip Co., Ltd.,Shanghai 200090, China)

With the development of thermal power units to high parameter and large capacity, the layout of the deaerator is from the horizontal to vertical type. According to the design, the structure characteristics of the horizontal deaerator are explained, and the intake of water chamber is improved. Through experiments, the key parameters of constant velocity nozzle are obtained. The optimized horizontal deaerator will be more widely applied in large capacity units.

unit; deaerator; design; horizontal; high parameter; large capacity; apply; development

1672-0210(2017)01-0019-04

2016-09-23

李雅琴(1962-)，女，工程师，主要从事电站除氧器设备的设计工作。

TK264.9

A