噴射器用于大型電站鍋爐啟動(dòng)疏水回收的可行性分析

馬昕霞李濤王云高彥庭

1.上海電力學(xué)院 200090;2.河北西柏坡電廠 050000

噴射器用于大型電站鍋爐啟動(dòng)疏水回收的可行性分析

馬昕霞1李濤2王云2高彥庭2

1.上海電力學(xué)院 200090;2.河北西柏坡電廠 050000

分析了電廠啟動(dòng)疏水回收的能量損失問題，提出噴射器回收啟動(dòng)疏水至除氧器的方案，并對(duì)方案的可行性進(jìn)行了分析。

疏水回收；噴射器；可行性

1 引言

為了提高熱效率，降低煤耗，減少污染，大型火力發(fā)電站已成為我國(guó)未來(lái)火電發(fā)展的主要方向。

在目前設(shè)計(jì)和建造了的大型電站中，大量的使用了大容量，高參數(shù)的直流鍋爐來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽包爐。由于直流鍋爐啟動(dòng)過(guò)程中水冷壁的最低流量通常維持在30%BMCR，隨著鍋爐點(diǎn)火和燃燒率的增加，水冷壁內(nèi)工質(zhì)溫度逐漸升高。當(dāng)水冷壁中某處工質(zhì)溫度達(dá)到該處壓力所對(duì)應(yīng)的飽和溫度，在短時(shí)間內(nèi)可以將大量的水或汽水混合物擠出水冷壁從而產(chǎn)生大量的啟動(dòng)疏水。啟動(dòng)疏水通常是熱水、汽水混合物以及過(guò)熱度不足的過(guò)熱蒸汽，這些都不得進(jìn)入汽輪機(jī)，這使得直流鍋爐都必須帶有一套專門的啟動(dòng)旁路系統(tǒng)，把不合格的液、汽由旁路排掉。

國(guó)外通常將啟動(dòng)疏水排入凝汽器。啟動(dòng)疏水排入凝汽器有利于工質(zhì)的回收，但是會(huì)損失大量的可用熱量。如果將啟動(dòng)疏水排入除氧器不但回收了工質(zhì)，也最大限度地回收了熱量。雖然這樣經(jīng)濟(jì)性較明顯，但存在一定問題。由于大型電站鍋爐的啟動(dòng)分離器內(nèi)壓力相對(duì)于除氧器來(lái)說(shuō)很高，啟動(dòng)疏水進(jìn)入除氧器后，將對(duì)除氧器產(chǎn)生劇烈的沖擊，影響除氧器的安全運(yùn)行和設(shè)備的使用壽命。所以，目前大部分國(guó)家都不選擇鍋爐疏水排向除氧器，選擇的是凝汽器[1]。

噴射器無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，且具有體積小、高效、節(jié)能、無(wú)泄漏、安全可靠性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在能源電力、石油化工領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)國(guó)內(nèi)對(duì)汽液噴射器在電廠的研究工作取得了一些進(jìn)展，嚴(yán)俊杰等對(duì)汽液兩相加熱技術(shù)用于電廠低壓加熱器、供暖以及供熱系統(tǒng)等進(jìn)行了可行性分析。王曉峰等[2]設(shè)計(jì)了汽液兩相除鹽水加熱系統(tǒng)。侯雅萍等[3]采用汽-液兩相加熱器替代表面式加熱器對(duì)霸橋熱電廠清水系統(tǒng)進(jìn)行了改造。葛震弘[4]為回收工業(yè)鍋爐排污中的熱量，采用閃蒸蒸汽作為多噴嘴噴射器的工作流體，通入鍋爐給水箱或冷補(bǔ)給水箱來(lái)提高鍋爐給水溫度。

本文分析了大型電站鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并指出常見啟動(dòng)系統(tǒng)存在的能量損失問題，針對(duì)性的提出采用噴射器將啟動(dòng)疏水回收至除氧器的方案，并對(duì)此方案系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

2 超臨界機(jī)組啟動(dòng)系統(tǒng)

直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)分為外置式和內(nèi)置式。由于外置式啟動(dòng)系統(tǒng)鍋爐氣溫較難控制，切除和投運(yùn)時(shí)操作復(fù)雜，汽溫波動(dòng)較大，對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行不利，因此很少采用。內(nèi)置式的啟動(dòng)分離器是國(guó)內(nèi)外超臨界機(jī)組主要使用的啟動(dòng)系統(tǒng)。

內(nèi)置式啟動(dòng)系統(tǒng)主要有大氣擴(kuò)容式、啟動(dòng)疏水熱交換器式、再循環(huán)泵式。

大氣擴(kuò)容式在啟動(dòng)過(guò)程中，能夠?qū)崿F(xiàn)工質(zhì)的回收，產(chǎn)生的二次汽卻直接排掉，造成大量的能量損失。

啟動(dòng)疏水熱交換器式在啟動(dòng)過(guò)程中，分離器疏水的熱量大部分傳給鍋爐給水，提高給水溫度，減少了啟動(dòng)疏水熱損失。熱交換后的疏水由于壓力降低，可以較安全地排入除氧器。然而該啟動(dòng)系統(tǒng)較復(fù)雜，初投資較高，目前國(guó)內(nèi)外超臨界鍋爐使用的較少。

再循環(huán)泵式啟動(dòng)系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中具有不損失工質(zhì)和熱量等諸多優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)也十分明顯:輔助系統(tǒng)多，設(shè)備投資大，檢修費(fèi)用高，疏水在循環(huán)泵內(nèi)存在汽蝕危險(xiǎn)，需設(shè)置專門管路加大疏水過(guò)冷度.

綜上所述，不同的啟動(dòng)系統(tǒng)，疏水回收的方式不同，從而能量的回收程度不同。大氣擴(kuò)容式啟動(dòng)系統(tǒng)中，疏水進(jìn)入除氧器既回收工質(zhì)又回收熱量，是一個(gè)雙贏的思路，但是由于疏水壓力驟降、汽化對(duì)除氧器存在的潛在威脅，使通過(guò)該方式回收能量的能力有限。帶循環(huán)泵的啟動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，為從安全角度考慮，導(dǎo)致從貯水箱溢出的疏水排入凝汽器，造成了能量的損失。從能源利用率的角度來(lái)看，疏水排入除氧器，是一種理想的回收方式，但是實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，必須首先解決疏水的汽化問題，以保證疏水進(jìn)入除氧器的安全性。本文分析的重要內(nèi)容就是如何將直流鍋爐高溫、高壓的啟動(dòng)疏水安全地排入除氧器。

3 可行性分析

3.1 疏水回收的工作原理

啟動(dòng)疏水回收的關(guān)鍵問題是盡可能降低進(jìn)入除氧器的疏水的汽化率，以減小汽水混合物所攜帶的動(dòng)能，以便將直流鍋爐產(chǎn)生的高溫、高壓的啟動(dòng)疏水安全地排入除氧器。

本文認(rèn)為采用噴射器回收啟動(dòng)疏水至除氧器可以有效的解決將啟動(dòng)疏水排入除氧器所帶來(lái)的問題。將噴射器安裝于除氧器水空間內(nèi)，啟動(dòng)疏水經(jīng)節(jié)流閥擴(kuò)容為一定壓力、一定干度的濕蒸汽，并作為噴射器的工作流體，除氧器內(nèi)的低溫水作為噴射器的引射流體。在噴射器內(nèi)，濕蒸汽與除氧水進(jìn)行劇烈的能量交換和混合使蒸汽迅速凝結(jié)，汽水混合物的比容急劇減小，使噴射器的出口處，混合物的流速大大降低，動(dòng)能減小，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高速蒸汽的消能，從而完成了大型電站鍋爐啟動(dòng)疏水能量和工質(zhì)的雙重回收，達(dá)到節(jié)能、高效的目的。

3.2 疏水回收的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

疏水回收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)疏水流量大小，在總管上布置若干根支管，每根支管上裝一套由若干個(gè)噴射器組成的噴頭，來(lái)自節(jié)流閥的具有一定壓力、一定干度的濕蒸汽經(jīng)疏水總管流向各個(gè)支管，并分配給每個(gè)噴射器噴頭，蒸汽與除氧器內(nèi)的過(guò)冷水混合后，溫度升高，作為鍋爐的給水。

4 結(jié)論

在大型電站鍋爐的啟動(dòng)過(guò)程中，啟動(dòng)旁路系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的高壓飽和疏水，由于疏水既是工質(zhì)又含有大量可用能量，如果直接排掉，將會(huì)損失大量的可用工質(zhì)和熱量。本文針對(duì)這個(gè)問題，提出采用噴射器回收啟動(dòng)疏水至除氧器的方案。經(jīng)過(guò)分析，本文認(rèn)為將噴射器作為啟動(dòng)疏水進(jìn)入除氧器的減壓減震設(shè)備，能夠很好的實(shí)現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。本文的研究為超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組疏水的回收提供新的思路，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

[1] 段永成.國(guó)產(chǎn)600 MW 超臨界機(jī)組直流鍋爐啟動(dòng)系統(tǒng)[J].熱能動(dòng)力工程.2005，20（1）:99～100

[2] 王曉峰，高勝利，劉繼平，等.超音速汽液兩相流升壓加熱器用于除鹽水加熱系統(tǒng)的研究[J].熱力發(fā)電.2003，(8):16-19.

[3] 侯雅萍，劉振利，林萬(wàn)超，等.灞橋熱電廠清潔水系統(tǒng)改造[J].西北電力技術(shù).2002，(2):38-39.

[4] 葛震弘，宋徐輝.從鍋爐排污中回收熱能，有效降低燃料成本[J].工業(yè)鍋爐.2006，97(3):44-46.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.003

上海市高等學(xué)校本科教育高地建設(shè)項(xiàng)目

馬昕霞（1973-），女，講師，在讀博士研究生，主要從事流體機(jī)械、火電廠系統(tǒng)節(jié)能研究。