空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧的試驗(yàn)與研究

王 強(qiáng),朱紀(jì)慶

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機(jī)廠,上海 200090)

1 概 述

我國空冷機(jī)組的建設(shè)起步較晚,但是發(fā)展迅速。空冷機(jī)組適用于干旱缺水的地理環(huán)境,節(jié)水的特性十分顯著。針對(duì)我國北方地區(qū),特別是山西、陜西、內(nèi)蒙等地區(qū),這些地區(qū)的氣候干旱,但是煤炭資源十分豐富,很適合發(fā)展空冷機(jī)組電廠。空冷機(jī)組凝結(jié)水含氧量超標(biāo)問題比較普遍,為了解決這個(gè)問題,可以利用凝汽器的真空條件,對(duì)凝結(jié)水和補(bǔ)水進(jìn)行真空除氧,對(duì)此,進(jìn)行了除氧試驗(yàn),取得了相應(yīng)的研究成果。

2 試驗(yàn)簡(jiǎn)介

試驗(yàn)以空冷機(jī)組凝結(jié)水除氧為研究背景,對(duì)影響真空除氧性能的因素進(jìn)行分析,提出采用噴霧-淋水盤結(jié)構(gòu),以低壓蒸汽(汽輪機(jī)排汽)為熱源的真空除氧裝置。排汽直接進(jìn)入除氧器汽空間,并使其均勻地充滿于除氧器內(nèi),有利于蒸汽與給水的換熱?，F(xiàn)以噴霧-淋水盤結(jié)構(gòu)裝置為研究對(duì)象,建立凝結(jié)水和補(bǔ)水真空除氧試驗(yàn)系統(tǒng),在15kPa壓力下進(jìn)行真空除氧試驗(yàn),研究給水溫度、給水流量以及給水含氧量對(duì)真空除氧性能的影響。試驗(yàn)研究取得了相應(yīng)的成果,為空冷機(jī)組外置式真空除氧器及內(nèi)置式排汽除氧裝置的設(shè)計(jì)和開發(fā)提供了可靠的依據(jù)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析結(jié)果建立在淋水盤總換熱面積不變的情況下所得。

3 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置的主體是模擬除氧器的筒體。該筒體高4000mm、直徑?1800mm。筒體上部相當(dāng)于除氧器的除氧頭,下部相當(dāng)于除氧器的水箱,在除氧頭和水箱之間布置加熱蒸汽管。

試驗(yàn)裝置如圖1所示,為方形箱體,內(nèi)置噴霧-淋水盤組件。頂部為水室,水室底部安裝2只彈簧噴嘴,通過噴嘴霧化給水,噴嘴允許的最大流量為13.5 t/h。噴嘴以下是霧化空間,霧化空間大小根據(jù)噴嘴的霧化能力來決定。霧化空間過大,占用除氧器空間大;霧化空間太小,影響給水霧化效果。霧化空間下面安裝8層槽板型淋水盤(每層淋水盤截面如圖2所示),槽板錯(cuò)列布置,淋水盤總換熱面積為4.464m2。給水通過淋水盤形成下落的水膜,增加與蒸汽的接觸面積,延長(zhǎng)下落時(shí)間,起到深度除氧的目的。

圖1 除氧裝置結(jié)構(gòu)圖

在除氧裝置以下的空間布置加熱蒸汽管,蒸汽管置于淋水盤組下方。加熱蒸汽管接有6根支管,蒸汽通過支管進(jìn)入除氧器內(nèi)的汽空間,使蒸汽能比較均勻地散布在除氧器內(nèi)。蒸汽管下方為除氧水箱,水箱水位通過玻璃水位計(jì)指示。

在除氧器筒體頂部布置1根直徑為89 mm進(jìn)水管,1根直徑為89 mm抽氣管,以及1根直徑為57mm輔助抽氣管。進(jìn)水管從除氧器頂部進(jìn)入,與除氧裝置頂部水室連通,給水在水室匯集,由噴嘴噴撒入除氧器。抽氣管從除氧器頂部進(jìn)入,穿過水室與除氧裝置霧化空間連通。

圖2 淋水盤截面示意圖

4 試驗(yàn)工況

對(duì)于試驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)象為真空除氧器,主要研究其在不同工況下的除氧性能。試驗(yàn)中淋水盤總換熱面積不變,為4.464m2,具體試驗(yàn)工況為:

(1)當(dāng)給水溫度一定時(shí),給水含氧量及給水流量對(duì)除氧性能的影響規(guī)律,即:給水溫度44℃,流量13.5t/h,給水含氧量110～1746μ g/L,觀察給水出口含氧量變化規(guī)律。

給水溫度44℃,流量7 t/h,給水含氧量375～884μ g/L,觀察給水出口含氧量變化規(guī)律。

該試驗(yàn)工況相當(dāng)于研究對(duì)凝結(jié)水的除氧性能。

(2)不同給水溫度及給水含氧量時(shí)除氧性能變化規(guī)律,即:保持流量 13.5 t/h,給水溫度 25～35℃,給水含氧量為4051～6337μ g/L,觀察給水出口含氧量變化規(guī)律。

該試驗(yàn)工況相當(dāng)于研究對(duì)機(jī)組補(bǔ)水的除氧性能。

5 試驗(yàn)參數(shù)的調(diào)節(jié)控制方法

5.1 加熱蒸汽參數(shù)

以筒體內(nèi)壓力P=15kPa時(shí)訊號(hào)作為調(diào)節(jié)控制參數(shù),P＜15 kPa,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度增大;反之,電動(dòng)調(diào)節(jié)閥門開度減少。

5.2 給水含氧量

采用除氧水與自來水混合方法調(diào)節(jié)給水含氧量,以質(zhì)量平衡原理計(jì)算出自來水的混入量,具體計(jì)算方法如下:

由式(1)、(2)得:

式中:Gw—給水的流量;

Gh—除氧水流量;

G1—自來水流量;

Ow—給水含氧量;

Oh—除氧水含氧量;

O1—自來水含氧量。

Gw、Oh、O1由儀表測(cè)量得到,所以只需在給水總量不變的前提下,適當(dāng)調(diào)節(jié)除氧水與自來水的流量,對(duì)給水含氧量進(jìn)行控制。

5.3 給水溫度

通過冷卻器將除氧水的溫度冷卻到一定程度再與自來水混合,調(diào)節(jié)冷卻水量的大小,控制給水溫度在試驗(yàn)要求范圍內(nèi)。

6 試驗(yàn)結(jié)果與分析

6.1 凝結(jié)水除氧性能試驗(yàn)研究

空冷機(jī)組凝結(jié)水含氧量有較大的波動(dòng),但整體小于2000μ g/L。為研究真空除氧器對(duì)凝結(jié)水的除氧性能,對(duì)一定溫度給水,試驗(yàn)研究了給水含氧量及給水流量對(duì)除氧器除氧性能的影響規(guī)律。表1、圖3為給水溫度43～44℃、給水流量約13.5 t/h、給水含氧量226～1746μ g/L、壓力約15kPa時(shí)真空除氧器的除氧性能;表2、圖4為給水溫度 43～44℃、給水流量約7t/h、給水含氧量375～884μ g/L、壓力約15 kPa時(shí)真空除氧器的除氧性能。

表1 給水流量 13.5t/h時(shí)除氧性能

圖3 給水流量13.5t/h時(shí)除氧性能

表2 給水流量7t/h時(shí)除氧性能

圖4 給水流量7 t/h時(shí)除氧性能

從試驗(yàn)結(jié)果得出:

(1)給水含氧量對(duì)除氧性能有很大影響:隨著給水含氧量的增加,除氧水含氧量也不斷增加。

(2)當(dāng)給水溫度為43～44℃、流量約100%時(shí),給水含氧量從 110μ g/L增加到1746μ g/L,除氧水含氧量隨之從 13μg/L增加到83μg/L。若給水含氧量低于 250μ g/L,則除氧水含氧量低于20μ g/L;若給水含氧量低于500μg/L,則除氧水含氧量低于30μ g/L,可滿足《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 912-2005)對(duì)超臨界發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量要求。

(3)當(dāng)給水溫度為43～44℃、流量約50%時(shí),給水含氧量從 375μ g/L增加到884μ g/L,除氧水含氧量隨之從16μg/L增加到30μg/L。若給水含氧量低于530μ g/L,則除氧水含氧量低于 20μ g/L;給水含氧量即使高達(dá)884μg/L,除氧水含氧量仍低于30μ g/L,可滿足《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—超臨界火力發(fā)電機(jī)組水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 912-2005)對(duì)超臨界發(fā)電機(jī)組凝結(jié)水處理裝置前凝結(jié)水溶氧量要求。

(4)給水流量較小時(shí),除氧器的除氧性能相對(duì)較好。其主要原因是小流量時(shí),給水通過淋水盤換熱面積富裕量變大,流速慢、溢流液膜較薄,給水滯留時(shí)間較長(zhǎng),蒸汽與給水換熱較理想,因而深度除氧效果較理想。

(5)真空除氧器除氧性能良好,在給水含氧量較低時(shí),除氧水含氧量能滿足電廠對(duì)凝結(jié)水溶氧的要求。當(dāng)給水含氧量較高時(shí),除氧器的除氧性能有限。

6.2 補(bǔ)水除氧性能試驗(yàn)研究

由于補(bǔ)水含氧量通常很高,且補(bǔ)水的溫度接近環(huán)境溫度,直接混入凝結(jié)水,很容易造成凝結(jié)水溶氧超標(biāo)?？梢圆捎锚?dú)立的除氧裝置對(duì)補(bǔ)水初步除氧,減少補(bǔ)水含氧量對(duì)凝結(jié)水的影響,或增加淋水盤換熱面積,為研究真空除氧器對(duì)補(bǔ)水的除氧性能,試驗(yàn)中采用自來水為給水,試驗(yàn)研究了除氧器對(duì)不同含氧量及不同溫度給水的除氧性能。表3、圖5為不同給水溫度、給水流量約13.5t/h、給水含氧量4051～6337μ g/L、壓力約15kPa時(shí),真空除氧器的除氧性能。

表3 不同給水含氧量及不同給水溫度時(shí)除氧性能

圖5 給水流量13.5t/h時(shí)對(duì)補(bǔ)水除氧性能

從試驗(yàn)結(jié)果可見:

(1)給水含氧量增加,除氧水的含氧量隨之增加。水中的大量溶氧被除去,殘留的溶氧較少,但凝結(jié)水溶氧仍高于30μ g/L,不能滿足電廠對(duì)凝結(jié)水的要求。

(2)當(dāng)給水含氧量為 4000～ 6300μg/L 時(shí),除氧水的含氧量低于250μ g/L。

上述結(jié)果表明,在補(bǔ)水量較少工況下,補(bǔ)水對(duì)凝結(jié)水溶氧的影響較小,補(bǔ)水與凝汽器凝結(jié)水混合后含氧量低于500μg/L時(shí),可以采用凝汽器內(nèi)置噴霧-淋水盤真空除氧裝置實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水除氧,且能滿足電廠對(duì)凝結(jié)水要求;當(dāng)補(bǔ)水量較大時(shí),補(bǔ)水混入凝結(jié)水后溶氧量較高,通過凝汽器內(nèi)置的除氧裝置除氧,不能滿足電廠對(duì)凝結(jié)水的要求。此時(shí),可采用獨(dú)立的噴霧-淋水盤真空除氧裝置對(duì)補(bǔ)水進(jìn)行初步除氧,減小補(bǔ)水對(duì)凝結(jié)水溶氧的影響,除氧后的補(bǔ)水與凝結(jié)水混合后的含氧量較小,然后在凝汽器內(nèi)除氧容易滿足電廠對(duì)凝結(jié)水的要求。此外,對(duì)于抽氣較多的供熱機(jī)組而言,補(bǔ)水量通常較高,利用真空除氧降低補(bǔ)水對(duì)凝結(jié)水溶氧的影響則更有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

這些試驗(yàn)結(jié)果建立在試驗(yàn)裝置換熱面積不變的情況下所得。如換熱面積變化,會(huì)導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果發(fā)生變化,在此試驗(yàn)中不作具體分析。

7 結(jié)束語

就空冷機(jī)組而言,由于整個(gè)空冷系統(tǒng)的真空泄漏狀況遠(yuǎn)比濕冷機(jī)組嚴(yán)重,致使從空冷凝汽器回到凝結(jié)水箱的凝結(jié)水含氧量較高,補(bǔ)水的含氧量則更高。為確保凝結(jié)水及補(bǔ)水混合后的含氧量達(dá)到凝結(jié)水含氧量要求,應(yīng)在凝汽器及其系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采取適當(dāng)措施,可以采用凝汽器內(nèi)置噴霧-淋水盤真空除氧裝置實(shí)現(xiàn)凝結(jié)水除氧,或者采用獨(dú)立的噴霧-淋水盤真空除氧裝置對(duì)補(bǔ)水進(jìn)行初步除氧,除氧后的補(bǔ)水與凝結(jié)水混合后的含氧量較小。這樣既可以降低凝結(jié)水的含氧量,同時(shí)可減小空冷系統(tǒng)的負(fù)荷,提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

[1]陳崇樞,鄔兆春,李瑞陽,等.真空除氧參數(shù)關(guān)系的理論與試驗(yàn)研究(上)[J].熱能與動(dòng)力工程,1991.

[2]陳崇樞,鄔兆春,李瑞陽,等.真空除氧參數(shù)關(guān)系的理論與試驗(yàn)研究(下)[J].熱能與動(dòng)力工程,1991.

[3]王斌豐.凝汽器熱力除氧[J].電站輔機(jī),2006.

[4]張國慶.火電廠直接空冷系統(tǒng)凝結(jié)溶氧超標(biāo)的治理[J].電力學(xué)報(bào),2007.

[5]李獻(xiàn)文.水質(zhì)溶解氧的測(cè)定-電化學(xué)探頭法[S].中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)GB11913-89.