除氧器喷嘴冷态试验系统

杨 军， 金家东

（1.哈尔滨锅炉厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150046；2.江苏核电有限公司，江苏 连云港 222042）

0 概 述

随着我国科学技术的快速发展及建设集约型社会总体发展目标的要求，提高火电机组燃煤发电效率和建设具有自主知识产权的核电机组，已成为电力行业发展的两个主要方向。

在火电机组中，具有600～1 000MW等级大容量、高参数超临界、超超临界燃煤机组已占据了国内大部分发电设备市场。在核电机组中，具有1 000 MW及以上等级的三代核电机组也将成为国内发电设备市场的主流。

近年来，内置式除氧器以其优越的性能和较高的性价比，已被广泛地应用于火电及核电机组中。喷嘴是内置式除氧器的核心部件，喷嘴性能的优劣将直接影响除氧器设备的性能指标。目前，在国内电力市场上，应用较为广泛的喷嘴型式是弹簧喷嘴和波形盘片喷嘴。本试验所采用的喷嘴为弹簧喷嘴，有些喷嘴技术为国外公司所有，为了实现喷嘴的国产化生产，建立了喷嘴冷态试验系统。通过试验，可研发具有自主知识产权的国产化喷嘴。现对喷嘴冷态试验系统及喷嘴冷态试验方法做简要介绍，希望为相关行业的技术人员提供参考。

1 冷态试验的目的

喷嘴是压力式除氧设备的关键部件，在各种负荷下（额定出力10%～100%），喷嘴均应具有高质量的喷雾效果及良好的传热传质性能。喷嘴的性能将直接影响到设备的出力、出水温度及含氧量乃至设备运行的安全与稳定。在研发新型喷嘴时，喷嘴应达到几个主要性能指标的要求。

（1）在额定出力时，最大的阻力损失小于0.06 MPa。

（2）在最大出力时，最大的阻力损失小于0.07 MPa。

（3）在不同流量下，喷嘴应具有良好的雾化性能，以满足各种工况下稳定运行的要求。

（4）喷嘴应具有运行稳定性，即经过长时间的运行，喷嘴性能保持良好。

2 冷态试验系统中的设备和仪表

（1）水泵

选用离心式水泵。特性数据为：水泵流量应大于喷嘴设计流量的120%～150%，当喷嘴流量达到理论计算值后，喷嘴出力还可能有提高空间，所以，选用较大流量的水泵，以便验证喷嘴最终达到的流量值。泵的扬程应大于喷嘴设计最大阻力的200%，在喷嘴阻力的理论计算和实际试验过程可能存在偏差，为了保证冷态试验能够顺利地进行，泵的扬程应尽可能选得大些。

（2）流量计

根据喷嘴的最大出力，选取1台量程与之匹配的电磁流量计，电磁流量计的精确度等级不低于0.5%。为保证流量计测量准确，在布置管路时，应设置U形管路，流量计设置在U形管路的最低处，如图1所示。

图1 喷嘴冷态试验系统

（3）压力表及其附件

选用量程为0～0.25MPa、精度等级为0.4级的压力表，并配备压力表弯管，用三通阀连接系统和压力表。

（4）调节阀

选取1只与喷嘴最大出力相适应的手动调节阀，调节阀应具有等百分比调节特性曲线，保证喷嘴出力在小流量时具有较好的调节性能。

（5）管线及支撑结构

设置管线以连接水泵、调节阀、流量计、压力表和试验喷嘴等。管线的设置应尽可能短，并方便观测和调节。设置支撑结构，保证喷嘴在冷态试验过程中便于观测和调节，并防止水溅入场地。

（6）喷嘴

准备试验用的喷嘴，并接入冷态性能试验系统。

（7）观测和记录设备

提供足够的摄像和照相设备，以便于对喷嘴冷态试验的情况进行记录。如有高速摄像器材，可以更清楚地记录和分析喷嘴的雾化情况。

3 试验过程

以某次喷嘴定型前的冷态性能试验为例，介绍了喷嘴冷态试验过程和试验数据的分析。对已完成设计、制造的2个不同规格的喷嘴（编号A、B）进行冷态试验。通过试验数据对比，选择性能指标较好喷嘴进行定型，以备后续批量生产及应用于产品。

（1）按喷嘴冷态试验系统图，连接所有试验设备，如图1所示。

（2）启动试验系统时，先关闭调节阀，待水泵运行稳定后，缓慢开启调节阀。逐步增加调节阀的开度，观察试验喷嘴出水的喷射状态，由于新制造的喷嘴零件之间会存在一定的卡涩现象，应通过大幅度地往复变化喷嘴出水量，充分地消除装配零件间的卡涩现象。

（3）以试验喷嘴出力的5%或10%为试验区间，通过调节阀调节喷嘴流量，并观测试验喷嘴的雾化效果，通过读取压力表，记录对应的阻力损失，用上述试验方法，使喷嘴到达设计出力。然后，逐次减小试验喷嘴的出力，并观察试验喷嘴的雾化效果，通过读取压力表值，记录对应的阻力损失。

（4）重复多次地进行步骤3，以保证测量数据及分析结果的准确性。

（5）如需要验证喷嘴超负荷性能，可以在喷嘴流量达到设计流量后，逐步调大调节阀开度，观察试验喷嘴的雾化效果，并记录喷嘴的阻力损失。

（6）喷嘴冷态试验完成后，将喷嘴拆卸并解体，检查喷嘴零件和装配尺寸，并与冷态试验前的情况进行对比，检测是否有变化。

（7）喷嘴试验数据的分析

通过冷态试验后，绘制出“阻力－流量”曲线，如图2所示，测得喷嘴在各流量下的开度，进而计算喷嘴的流量系数，验证理论计算与实际试验数据之间的偏差，为后续喷嘴研发提供依据。

图2 2种喷嘴的“阻力－流量”曲线

对2种喷嘴在10%～110%出力范围内的雾化性能和“阻力－流量”曲线进行对比分析，B喷嘴的喷射平稳性、雾化颗粒度、喷射水幕的厚度均优于A喷嘴，可以满足除氧器的性能要求，对局部结构进行微小调整后，该喷嘴可以定型并应用于除氧器。现场试验的实际情况，如图3所示。

图3 喷嘴试验

4 结 语

利用喷嘴冷态试验系统，开发了一款性能优良的弹簧喷嘴，通过对喷嘴的冷态试验，验证了喷嘴在10%～110%出力范围内的雾化效果良好，喷嘴的喷射状态平稳、稳定，完全能够满足除氧器传质传热的要求。目前，此种喷嘴已应用于某些火电和核电机组中，通过电厂的验证运行，现已掌握该类喷嘴的设计、制造、检测和安装等核心技术。当需要设计其他类似喷嘴时，相关人员也可根据喷嘴结构及工作特点，设计出合适的冷态试验系统，进而开发其他型式的喷嘴。

参考文件：

［1］蔡锡琮，蔡文钢.火电厂除氧器［M］.北京：中国电力出版社，2007.

［2］中华人民共和国机械电子工业部.电站压力式除氧器安全技术监察规程［M］.上海：上海科学普及出版社，1991.

［3］刘启军.新型内置式无头除氧器在电厂中的应用［J］.吉林电力，2005（2）.

［4］杨世铭，陶文铨.传热学［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［5］黄卫星，李建明，肖泽仪.工程流体力学［M］.北京：化学工业出版社，2009.