1000WM超超臨界火電機(jī)組汽輪機(jī)輔機(jī)-除氧器簡(jiǎn)介

1、1000WM1000WM超超臨界火電機(jī)組超超臨界火電機(jī)組 汽輪機(jī)輔機(jī)汽輪機(jī)輔機(jī)- -除氧器簡(jiǎn)介除氧器簡(jiǎn)介 雍干雍干 一體化除氧器一體化除氧器 傳統(tǒng)除氧器的型式及問(wèn)題傳統(tǒng)除氧器的型式及問(wèn)題 內(nèi)置式除氧器的特點(diǎn)內(nèi)置式除氧器的特點(diǎn) 內(nèi)置式除氧器的工作原理內(nèi)置式除氧器的工作原理 內(nèi)置式除氧器的性能內(nèi)置式除氧器的性能 內(nèi)置式除氧器的設(shè)計(jì)參數(shù)內(nèi)置式除氧器的設(shè)計(jì)參數(shù) 1傳統(tǒng)除氧器的型式及問(wèn)題傳統(tǒng)除氧器的型式及問(wèn)題 當(dāng)前我國(guó)電廠中應(yīng)用的傳統(tǒng)除氧器都是由除氧頭和給水箱兩部 分組成，除氧 頭負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)水進(jìn)行加熱除氧，給水箱的功能是儲(chǔ)存除 過(guò)氧的水，供鍋爐使用。傳統(tǒng)除氧器根據(jù)除氧頭與給水箱的相對(duì)軸 線和連接方式有三種

2、型式 ：立式單封頭除氧器、立式雙封頭除氧器 和臥式雙封頭除氧器。 立式單封頭除氧器立式單封頭除氧器 立式雙封頭除氧器立式雙封頭除氧器 臥式雙封頭除氧器臥式雙封頭除氧器 立式單封頭除氧器在我國(guó)電廠中使用時(shí)間較長(zhǎng)，數(shù)量也較多 。為滿(mǎn)足除氧頭排水和除氧頭與給水箱之間壓力平衡要求，這種除氧 器需在給水箱上開(kāi)設(shè)直徑較大的孔，其孔徑一般為1600 2400mm，達(dá)到給水箱直徑的0.4 0.8倍，大大超過(guò)GB1501998 鋼制壓力容器和 ASME鍋爐及壓力容器規(guī)范中規(guī)定的最大允 許開(kāi)孔直徑（0.33Do）。 大直徑開(kāi)孔和除氧頭的集中荷載使得除氧頭和給水箱連接處產(chǎn)生 很高的局部應(yīng)力和變形，試驗(yàn)測(cè)量表明該處的

3、應(yīng)力集中系數(shù)達(dá)到3.5 4.5，熱態(tài)應(yīng)力已超過(guò)材料屈服極限。該處冷熱態(tài)變形量隨著內(nèi)壓 升高而逐漸減少。冷熱態(tài)變形會(huì)產(chǎn)生低周應(yīng)力交變，由于該處應(yīng)力大 從而形成低周性疲勞。對(duì)滑壓參數(shù)運(yùn)行的除氧器來(lái)說(shuō)，這種低周性疲 勞容易使殼體產(chǎn)生裂紋。 大直徑開(kāi)孔不僅使除氧頭和給水箱連接處產(chǎn)生較大應(yīng)力和變形， 而且也使給水箱底部120范圍內(nèi)、加強(qiáng)圈連接處和給水箱鞍座邊角 處出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)，使得這些部位，尤其是焊縫區(qū)域極易產(chǎn)生裂紋。從 而給除氧器的安全運(yùn)行帶來(lái)隱患。 為了避免在給水箱上大直徑開(kāi)孔，有的制造廠推出了立式雙 封頭除氧器，通過(guò)45根管道將除氧頭和給水箱連接起來(lái)，以多個(gè)小 孔來(lái)代替一個(gè)大孔。但是由于受到除氧頭

4、直徑的限制，小孔間距小于 2倍開(kāi)孔直徑，同樣嚴(yán)重削弱了給水箱的強(qiáng)度和剛度。應(yīng)力測(cè)試表明 ，在給水箱表面的應(yīng)力仍然超過(guò)了材料的屈服應(yīng)力。 從80年代起，我國(guó)學(xué)習(xí)引進(jìn)機(jī)組技術(shù)，在大機(jī)組中逐步采用 臥式除氧器。這種結(jié)構(gòu)型式使給水箱上開(kāi)孔直徑減小到600 800mm，且開(kāi)孔間距不受除氧頭直徑限制，降低了開(kāi)孔處的變形量 和局部應(yīng)力，但是臥式除氧器的除氧頭荷載仍然是通過(guò)兩個(gè)支座作為 集中荷載作用在給水箱跨中比較 薄弱的截面上，使得這些截面底部 120范圍內(nèi)，與立式除氧器給水箱底部一樣，產(chǎn)生高應(yīng)力區(qū)引起裂 紋。此外，臥式除氧器的噴霧和淋水距離受到除氧頭直徑的限制，其 傳熱面積和傳質(zhì)時(shí)間比立式除氧器小，不能大

5、幅度提高加熱溫升，據(jù) 國(guó)外資料介紹，臥式除氧器加熱溫升一般為3040，在停役12 臺(tái)低壓加熱器情況下，出水含氧量就不合格。 2內(nèi)置式除氧器的特點(diǎn)內(nèi)置式除氧器的特點(diǎn) 近年來(lái)荷蘭STORK公司研制出一種內(nèi)置式除氧器(又稱(chēng)無(wú)頭式除氧 器)，這種除氧器的特點(diǎn)是將除氧頭和給水箱合并成一個(gè)容器，在該容器 中對(duì)進(jìn)水同時(shí)完成除氧和儲(chǔ)水兩個(gè)功能。容器上的最大開(kāi)孔是人孔，其 直徑不大于500mm。這種除氧器受力均勻，具有較好的強(qiáng)度和剛度。 從投產(chǎn)的運(yùn)行情況來(lái)看，這些除氧器出水含氧量一般不超過(guò)5g/l。 單容器結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單優(yōu)化，避免應(yīng)力裂紋，抗震性能優(yōu) 越；重量較輕，低振動(dòng)； Stork盤(pán)式恒速?lài)娮?，無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部

6、件，免維護(hù)，性能高度可靠； 直徑及接口設(shè)計(jì)靈活，便于運(yùn)輸和安裝布置。 整機(jī)價(jià)格低于常規(guī)有頭除氧器； 節(jié)省土建費(fèi)用：除氧間高度降低了3 4米； 排汽損失低：300MW約70kg/h， 600MW約140kg/h，每臺(tái)機(jī)組每年可節(jié)省運(yùn) 行費(fèi)用幾十萬(wàn)元； 負(fù)荷變化范圍在10110之間時(shí) ，均能保證出水含氧量小于5ppb； 典型的典型的STOCK 內(nèi)置式除氧器總體結(jié)構(gòu)內(nèi)置式除氧器總體結(jié)構(gòu) STOCK 內(nèi)置式除氧器總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)下圖 所示。 內(nèi)置式除氧器的正常水位通常設(shè)在除氧器縱向中心線上或稍高的 位置，在除氧器的汽側(cè)空間布置噴嘴組件。 每個(gè)蒸汽入口前均設(shè)置汽平衡管，以防止機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)，除氧器 中的水倒吸至

7、蒸汽管道中，對(duì)機(jī)組的安全運(yùn)行造成威脅。 由于單容器結(jié)構(gòu)取消了除氧頭，避免了水箱與除氧頭處的應(yīng)力裂 紋，筒體具有較高的強(qiáng)度和較小的應(yīng)力。此外，由于加熱蒸汽從水下 送入，使蒸汽迅速減溫，除氧器的工作溫度為水箱內(nèi)運(yùn)行壓力下 蒸汽的飽和溫度，水箱內(nèi)的溫度場(chǎng)分布均勻，使除氧器整體工作 溫度水平降低，金屬熱疲勞壽命大大提高，使用壽命大于30年。 3內(nèi)置式除氧器的工作原內(nèi)置式除氧器的工作原 理和適用范圍理和適用范圍 除氧形式：噴霧型； 除氧原理：在水箱中完成 兩步除氧： 初級(jí)除氧階段：凝結(jié)水 通過(guò)Stork公司的原裝噴嘴進(jìn)行 充分霧化，進(jìn)行初步除氧； 深度除氧階段：蒸汽從 液面下的蒸汽分配管?chē)姵?，?成最終

8、除氧。 3.1除氧元件除氧元件 由于內(nèi)置式除氧器的除氧空間小，要求除氧元件具有較高的傳熱 傳質(zhì)性能，特別是在要求較大進(jìn)出水溫升時(shí)，傳統(tǒng)除氧器的大部分除 氧元件已不能滿(mǎn)足要求，為此在內(nèi)置式除氧器中采用了荷蘭STORK 公司新型的迭式圓盤(pán)型噴嘴。 迭式圓盤(pán)型噴嘴由9 個(gè)噴水圓盤(pán)和4 個(gè)加強(qiáng)環(huán)組成。每個(gè)噴水圓盤(pán) 由上下兩個(gè)不銹鋼碟形盤(pán)組成，在每個(gè)碟形盤(pán)的內(nèi)側(cè)邊緣各有一個(gè)凸型 半圓環(huán)。進(jìn)水由上部進(jìn)入各個(gè)碟形盤(pán)內(nèi)側(cè)，在水壓作用下，具有彈性的 上下碟形盤(pán)產(chǎn)生上下位移，使碟形盤(pán)內(nèi)側(cè)的一對(duì)凸形半圓環(huán)之間產(chǎn)生 “張口”，形成一道環(huán)形截面，進(jìn)水通過(guò)環(huán)形截面和碟形盤(pán)的外緣口噴 出，形成一層水膜環(huán)。當(dāng)進(jìn)水流量減少時(shí)，

9、進(jìn)水壓力降低，上下碟形盤(pán) 在彈力作用下，內(nèi)側(cè)一對(duì)凸形半圓環(huán)之間的環(huán)形截面減小，噴嘴的噴水 量相應(yīng)減小。在沒(méi)有進(jìn)水時(shí)，一對(duì)凸形半圓環(huán)全部關(guān)閉，噴嘴停止噴水。 迭式圓盤(pán)型噴嘴正常工作時(shí)，加熱蒸汽自下而上加熱水膜環(huán)。逸出的氧 氣自噴嘴兩側(cè)的排氣口排向大氣。 3.2除氧過(guò)程除氧過(guò)程 內(nèi)置式除氧器的除氧過(guò)程分為初步除氧階段和深度除氧階段。 初步除氧階段是由噴嘴來(lái)完成的，凝結(jié)水從盤(pán)式恒速?lài)娮靽娙?除氧器汽空間，噴嘴將凝結(jié)水霧化，然后落入水空間流向出水口， 并和蒸汽充分接觸，加熱到飽和溫度，由于在飽和情況下氧氣在水 中的溶解度為零，因此溶解氧從水中析出，進(jìn)入蒸汽空間，并聚集 在噴嘴的排氣區(qū)域，在排氣區(qū)域未凝

10、結(jié)的加熱蒸汽凝結(jié)為水和不凝 結(jié)氣體則從排氣口排出。在該階段除去大部分的氧氣。 在深度除氧階段通過(guò)蒸汽噴射至飽和水中。加熱蒸汽排管沿除 氧器簡(jiǎn)體軸向均布，加熱蒸汽通過(guò)排管從水下送入除氧器，加熱蒸 汽與水混合加熱，同時(shí)對(duì)水流進(jìn)行擾動(dòng)，使蒸汽和飽和水進(jìn)一步充 分接觸，并將水中的溶解氧及其它不凝結(jié)氣體從水中帶出水面，溶 解氧將遵循亨利定律從水中擴(kuò)散到蒸汽中，以達(dá)到深度除氧的目的。 不凝結(jié)氣體在流向排氣口的流程中，除氧器筒體直徑越大，在 水容積一定的情況下，則汽空間不凝結(jié)氣體分壓力越小，這樣就能 有效控制不凝結(jié)氣體在液面的擴(kuò)散，避免二次溶氧的發(fā)生，因此， 除氧器簡(jiǎn)體采用大直徑為佳。 4內(nèi)置式除氧器的性能

11、內(nèi)置式除氧器的性能 4.1加熱溫升 目前我國(guó)電站機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，根據(jù)機(jī)組容量的不同，要求除 氧器進(jìn)水溫升在748，在停用一級(jí)低壓加熱器時(shí)，要求除氧器溫 升2958，而內(nèi)置式除氧器允許溫升60.6，完全能夠滿(mǎn)足機(jī)組加 熱溫升的要求。 4.2除氧能力 按照GB12145-1999火力發(fā)電機(jī)組及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)的規(guī)定：在除氧器進(jìn)水含氧量不超過(guò)40g/l 的情況下，除氧器出 水含氧量應(yīng)不超過(guò)7g/l。目前實(shí)際運(yùn)行的內(nèi)置式除氧器出水含氧量?jī)H 為05g/l，低于上述國(guó)標(biāo)的規(guī)定值。 當(dāng)進(jìn)水含氧量達(dá)到1500g/l 時(shí)，內(nèi)置式除氧器的出水含氧量仍不 超過(guò)7g/l。 4.3出力變化范圍 根據(jù)電站壓力

12、式除氧器安全技術(shù)規(guī)定的要求，除氧器在額定 出力、最大出力和最小出力（30%額定出力）之間運(yùn)行時(shí)，除氧器出 水含氧量不應(yīng)超過(guò)7g/l。內(nèi)置式除氧器在額定出力和在30%117% 額定出力之間運(yùn)行時(shí)，除氧器出水含氧量一般為03g/l，不超過(guò) 5g/l，低于國(guó)標(biāo)規(guī)定值。 4.4定、滑壓運(yùn)行 內(nèi)置式除氧器既可定壓運(yùn)行，也可滑壓運(yùn)行。在滑壓運(yùn)行時(shí)，它能 適應(yīng)機(jī)組每分鐘3%的升負(fù)荷變化率，出水含氧量不超過(guò)5g/l。 4.5直接進(jìn)冷水(化學(xué)補(bǔ)充水) 目前內(nèi)置式除氧器能直接補(bǔ)充30%額定進(jìn)水量的化學(xué)補(bǔ)充水，當(dāng)進(jìn) 水含氧量為800012000g/l 時(shí)，其出水含氧量不超過(guò)7g /l。 4.6抗震性能 由于單容器結(jié)

13、構(gòu)，因此顯然具有極佳的抗震能力。 4.7運(yùn)行壓力范圍 0.022MPa；適合于真空、大氣、過(guò)壓運(yùn)行、定滑壓運(yùn)行。 4.8排汽損失 由于采用了施托克專(zhuān)利的高效霧化噴嘴以及整體設(shè)計(jì)，其排汽損失 只相當(dāng)于其他型式除氧器的1/4左右，大幅節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。 4.9啟動(dòng)速度 由于在除氧器內(nèi)部專(zhuān)門(mén)設(shè)有的一套除氧器工作用加熱裝置(鼓泡管) 用于啟動(dòng)，冷啟動(dòng)時(shí)間為24個(gè)小時(shí)。不需要啟動(dòng)再循環(huán)泵。 4.10振動(dòng)和噪音 雖然蒸汽從水面下通過(guò)鼓泡管送入，只要保證蒸汽流速在15 80m/s之間，除氧器無(wú)振動(dòng)，噪音很小，不超過(guò)63.5 dB(A)。 序號(hào)名稱(chēng)單位參數(shù) 1 類(lèi)別一類(lèi)容器 2 型號(hào)GC-3100/GS-336 3 加熱蒸汽壓力 設(shè)計(jì)MPa1.6 工作（最高/最低） MPa（a）1.238/0.147 4 加熱蒸汽溫度 設(shè)計(jì)401 最高工作400.4 5 除氧器進(jìn)口水溫（VWO）157.1 除氧器出口水溫（VWO）188.8 6 出力 額定t/h3100 最大t/h3410 7 容積 有效m3336 總m3