空冷机组凝结水除氧的试验与研究

王 强,朱纪庆

(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂,上海 200090)

1 概 述

我国空冷机组的建设起步较晚,但是发展迅速。空冷机组适用于干旱缺水的地理环境,节水的特性十分显著。针对我国北方地区,特别是山西、陕西、内蒙等地区,这些地区的气候干旱,但是煤炭资源十分丰富,很适合发展空冷机组电厂。空冷机组凝结水含氧量超标问题比较普遍,为了解决这个问题,可以利用凝汽器的真空条件,对凝结水和补水进行真空除氧,对此,进行了除氧试验,取得了相应的研究成果。

2 试验简介

试验以空冷机组凝结水除氧为研究背景,对影响真空除氧性能的因素进行分析,提出采用喷雾-淋水盘结构,以低压蒸汽(汽轮机排汽)为热源的真空除氧装置。排汽直接进入除氧器汽空间,并使其均匀地充满于除氧器内,有利于蒸汽与给水的换热。现以喷雾-淋水盘结构装置为研究对象,建立凝结水和补水真空除氧试验系统,在15kPa压力下进行真空除氧试验,研究给水温度、给水流量以及给水含氧量对真空除氧性能的影响。试验研究取得了相应的成果,为空冷机组外置式真空除氧器及内置式排汽除氧装置的设计和开发提供了可靠的依据。试验数据及分析结果建立在淋水盘总换热面积不变的情况下所得。

3 试验装置

试验装置的主体是模拟除氧器的筒体。该筒体高4000mm、直径Ø1800mm。筒体上部相当于除氧器的除氧头,下部相当于除氧器的水箱,在除氧头和水箱之间布置加热蒸汽管。

试验装置如图1所示,为方形箱体,内置喷雾-淋水盘组件。顶部为水室,水室底部安装2只弹簧喷嘴,通过喷嘴雾化给水,喷嘴允许的最大流量为13.5 t/h。喷嘴以下是雾化空间,雾化空间大小根据喷嘴的雾化能力来决定。雾化空间过大,占用除氧器空间大;雾化空间太小,影响给水雾化效果。雾化空间下面安装8层槽板型淋水盘(每层淋水盘截面如图2所示),槽板错列布置,淋水盘总换热面积为4.464m2。给水通过淋水盘形成下落的水膜,增加与蒸汽的接触面积,延长下落时间,起到深度除氧的目的。

图1 除氧装置结构图

在除氧装置以下的空间布置加热蒸汽管,蒸汽管置于淋水盘组下方。加热蒸汽管接有6根支管,蒸汽通过支管进入除氧器内的汽空间,使蒸汽能比较均匀地散布在除氧器内。蒸汽管下方为除氧水箱,水箱水位通过玻璃水位计指示。

在除氧器筒体顶部布置1根直径为89 mm进水管,1根直径为89 mm抽气管,以及1根直径为57mm辅助抽气管。进水管从除氧器顶部进入,与除氧装置顶部水室连通,给水在水室汇集,由喷嘴喷撒入除氧器。抽气管从除氧器顶部进入,穿过水室与除氧装置雾化空间连通。

图2 淋水盘截面示意图

4 试验工况

对于试验项目对象为真空除氧器,主要研究其在不同工况下的除氧性能。试验中淋水盘总换热面积不变,为4.464m2,具体试验工况为:

(1)当给水温度一定时,给水含氧量及给水流量对除氧性能的影响规律,即:给水温度44℃,流量13.5t/h,给水含氧量110～1746μ g/L,观察给水出口含氧量变化规律。

给水温度44℃,流量7 t/h,给水含氧量375～884μ g/L,观察给水出口含氧量变化规律。

该试验工况相当于研究对凝结水的除氧性能。

(2)不同给水温度及给水含氧量时除氧性能变化规律,即:保持流量 13.5 t/h,给水温度 25～35℃,给水含氧量为4051～6337μ g/L,观察给水出口含氧量变化规律。

该试验工况相当于研究对机组补水的除氧性能。

5 试验参数的调节控制方法

5.1 加热蒸汽参数

以筒体内压力P=15kPa时讯号作为调节控制参数,P＜15 kPa,电动调节阀门开度增大;反之,电动调节阀门开度减少。

5.2 给水含氧量

采用除氧水与自来水混合方法调节给水含氧量,以质量平衡原理计算出自来水的混入量,具体计算方法如下:

由式(1)、(2)得:

式中:Gw—给水的流量;

Gh—除氧水流量;

G1—自来水流量;

Ow—给水含氧量;

Oh—除氧水含氧量;

O1—自来水含氧量。

Gw、Oh、O1由仪表测量得到,所以只需在给水总量不变的前提下,适当调节除氧水与自来水的流量,对给水含氧量进行控制。

5.3 给水温度

通过冷却器将除氧水的温度冷却到一定程度再与自来水混合,调节冷却水量的大小,控制给水温度在试验要求范围内。

6 试验结果与分析

6.1 凝结水除氧性能试验研究

空冷机组凝结水含氧量有较大的波动,但整体小于2000μ g/L。为研究真空除氧器对凝结水的除氧性能,对一定温度给水,试验研究了给水含氧量及给水流量对除氧器除氧性能的影响规律。表1、图3为给水温度43～44℃、给水流量约13.5 t/h、给水含氧量226～1746μ g/L、压力约15kPa时真空除氧器的除氧性能;表2、图4为给水温度 43～44℃、给水流量约7t/h、给水含氧量375～884μ g/L、压力约15 kPa时真空除氧器的除氧性能。

表1 给水流量 13.5t/h时除氧性能

图3 给水流量13.5t/h时除氧性能

表2 给水流量7t/h时除氧性能

图4 给水流量7 t/h时除氧性能

从试验结果得出:

(1)给水含氧量对除氧性能有很大影响:随着给水含氧量的增加,除氧水含氧量也不断增加。

(2)当给水温度为43～44℃、流量约100%时,给水含氧量从 110μ g/L增加到1746μ g/L,除氧水含氧量随之从 13μg/L增加到83μg/L。若给水含氧量低于 250μ g/L,则除氧水含氧量低于20μ g/L;若给水含氧量低于500μg/L,则除氧水含氧量低于30μ g/L,可满足《中华人民共和国电力行业标准—超临界火力发电机组水汽质量标准》(DL/T 912-2005)对超临界发电机组凝结水处理装置前凝结水溶氧量要求。

(3)当给水温度为43～44℃、流量约50%时,给水含氧量从 375μ g/L增加到884μ g/L,除氧水含氧量随之从16μg/L增加到30μg/L。若给水含氧量低于530μ g/L,则除氧水含氧量低于 20μ g/L;给水含氧量即使高达884μg/L,除氧水含氧量仍低于30μ g/L,可满足《中华人民共和国电力行业标准—超临界火力发电机组水汽质量标准》(DL/T 912-2005)对超临界发电机组凝结水处理装置前凝结水溶氧量要求。

(4)给水流量较小时,除氧器的除氧性能相对较好。其主要原因是小流量时,给水通过淋水盘换热面积富裕量变大,流速慢、溢流液膜较薄,给水滞留时间较长,蒸汽与给水换热较理想,因而深度除氧效果较理想。

(5)真空除氧器除氧性能良好,在给水含氧量较低时,除氧水含氧量能满足电厂对凝结水溶氧的要求。当给水含氧量较高时,除氧器的除氧性能有限。

6.2 补水除氧性能试验研究

由于补水含氧量通常很高,且补水的温度接近环境温度,直接混入凝结水,很容易造成凝结水溶氧超标。可以采用独立的除氧装置对补水初步除氧,减少补水含氧量对凝结水的影响,或增加淋水盘换热面积,为研究真空除氧器对补水的除氧性能,试验中采用自来水为给水,试验研究了除氧器对不同含氧量及不同温度给水的除氧性能。表3、图5为不同给水温度、给水流量约13.5t/h、给水含氧量4051～6337μ g/L、压力约15kPa时,真空除氧器的除氧性能。

表3 不同给水含氧量及不同给水温度时除氧性能

图5 给水流量13.5t/h时对补水除氧性能

从试验结果可见:

(1)给水含氧量增加,除氧水的含氧量随之增加。水中的大量溶氧被除去,残留的溶氧较少,但凝结水溶氧仍高于30μ g/L,不能满足电厂对凝结水的要求。

(2)当给水含氧量为 4000～ 6300μg/L 时,除氧水的含氧量低于250μ g/L。

上述结果表明,在补水量较少工况下,补水对凝结水溶氧的影响较小,补水与凝汽器凝结水混合后含氧量低于500μg/L时,可以采用凝汽器内置喷雾-淋水盘真空除氧装置实现凝结水除氧,且能满足电厂对凝结水要求;当补水量较大时,补水混入凝结水后溶氧量较高,通过凝汽器内置的除氧装置除氧,不能满足电厂对凝结水的要求。此时,可采用独立的喷雾-淋水盘真空除氧装置对补水进行初步除氧,减小补水对凝结水溶氧的影响,除氧后的补水与凝结水混合后的含氧量较小,然后在凝汽器内除氧容易满足电厂对凝结水的要求。此外,对于抽气较多的供热机组而言,补水量通常较高,利用真空除氧降低补水对凝结水溶氧的影响则更有实际应用价值。

这些试验结果建立在试验装置换热面积不变的情况下所得。如换热面积变化,会导致试验结果发生变化,在此试验中不作具体分析。

7 结束语

就空冷机组而言,由于整个空冷系统的真空泄漏状况远比湿冷机组严重,致使从空冷凝汽器回到凝结水箱的凝结水含氧量较高,补水的含氧量则更高。为确保凝结水及补水混合后的含氧量达到凝结水含氧量要求,应在凝汽器及其系统设计时采取适当措施,可以采用凝汽器内置喷雾-淋水盘真空除氧装置实现凝结水除氧,或者采用独立的喷雾-淋水盘真空除氧装置对补水进行初步除氧,除氧后的补水与凝结水混合后的含氧量较小。这样既可以降低凝结水的含氧量,同时可减小空冷系统的负荷,提高机组的经济性。

[1]陈崇枢,邬兆春,李瑞阳,等.真空除氧参数关系的理论与试验研究(上)[J].热能与动力工程,1991.

[2]陈崇枢,邬兆春,李瑞阳,等.真空除氧参数关系的理论与试验研究(下)[J].热能与动力工程,1991.

[3]王斌丰.凝汽器热力除氧[J].电站辅机,2006.

[4]张国庆.火电厂直接空冷系统凝结溶氧超标的治理[J].电力学报,2007.

[5]李献文.水质溶解氧的测定-电化学探头法[S].中华人民共和国国家标准GB11913-89.