一种用于汽轮机除氧器的加热蒸汽梯级利用系统

崔建新

（北京湘环时代科技有限公司，北京 102300）

0 引言

目前，我国的能源利用率在33%左右，比发达国家低10 个百分点，产值耗能比世界平均水平高出两倍多，导致我国的能源消耗总量大、污染物排放量高，对全球气候及环境影响备受国际社会关注。为实现到2020 年单位GDP 二氧化碳排放比2005 年下降40%～45%的目标，我国确定了“十三五”节能减排指导思想及目标。“十三五”节能减排总体要求：全面贯彻党的十八大和十八届三中、四中、五中、六中全会精神，深入贯彻习近平总书记系列重要讲话精神，认真落实党中央、国务院决策部署，紧紧围绕“五位一体”总体布局和“四个全面”战略布局，牢固树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，落实节约资源和保护环境基本国策，以提高能源利用效率和改善生态环境质量为目标，以推进供给侧结构性改革和实施创新驱动发展战略为动力，坚持政府主导、企业主体、市场驱动、社会参与，加快建设资源节约型、环境友好型社会，确保完成“十三五”节能减排约束性目标，保障人民群众健康和经济社会可持续发展，促进经济转型升级，实现经济发展与环境改善双赢，为建设生态文明提供有力支撑。

“十三五”节能减排目标：到2020 年，全国万元国内生产总值能耗比2015 年下降15%，能源消费总量控制在50 亿吨标准煤以内；全国化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物排放总量分别控制在2001 万吨、207 万吨、1580 万吨、1574 万吨以内，比2015 年分别下降10%、10%、15%和15%；全国挥发性有机物排放总量比2015 年下降10%以上。

1 除氧器概述

除氧器是发电厂、热电联产工程及余热利用工厂的主要设备之一，其中热力除氧器的主要功能是利用利用亨利或道尔顿定律将溶解在水中的氧器离析出来，达到除去水中氧气的效果。热力除氧器的加热蒸汽来自汽轮机的抽汽、排汽，或从锅炉引来的蒸汽（加热介质）来加热凝结水、补充水[1]。按压力大小，热力除氧可以分为高压式、中压式、大气式和真空式：高压除氧器工作压力为0.618 MPa（对应出水温度160 ℃），适用于进水温度高于150 ℃的高压锅炉，而中压除氧器、大气式除氧器和真空式除氧器的工作压力分别为0.3～0.4 MPa（对应出水温度133～143 ℃）、0.118 MPa（对应水温104 ℃）和0.06～0.09 MPa（除氧器内压力）。

由于背压汽轮机热电联产工程中，外供蒸汽无法回收，因此系统中需要向除氧器补充大量的除盐水。

2 某厂采用除氧器加热蒸汽梯级利用系统分析

2.1 某厂运行中存在的问题

山西某热电厂的除氧器加热蒸汽运行工况偏离设计值，背压机组外供蒸汽不回收，除氧器的补水率为100%补水，供汽量不足、压力偏低，将除氧器除氧之后的给水温度提高到158 ℃极为困难[2]。其次，由于电厂采用的是背压式汽轮机，除盐水补充水温度较低（一般为25～30 ℃），除氧器出水温度较高，因此除盐水在除氧器中的换热温差较大，造成除氧器加热蒸汽的能源浪费。

2.2 采用除氧器加热蒸汽梯级利用系统分析

由于背压汽轮机热电联产工程中外供蒸汽无法回收，因此系统需要向除氧器补充大量的除盐水。除盐水补充水温度较低（一般为25～30 ℃），除氧器出水温度较高，高压除氧器工作压力为0.618 MPa，适用于进水温度高于150 ℃的高压锅炉，中压除氧器工作压力为0.3～0.4 MPa，除盐水补充水温升较高，所需要的除氧器加热蒸汽参数较高，浪费能源。本系统可以充分利用原除氧器加热蒸汽的汽化潜热来做功、发电，由于增加了前置大气除氧器，首先将除盐水的温度从30 ℃升高到104 ℃，提高中压/高压除氧器的补水温度，降低了除氧器的加热蒸汽量，从而增加主机的发电量。其次，由于采用前置除氧器及功热汽轮机，对除盐水补充水的除氧更加充分，同时也弥补了热电厂厂用电较高的缺点。

本系统是在原有除氧器的补充水系统上，增加前置大气除氧器及功热汽轮机，利用原除氧器和新增的前置大气除氧器之间的加热蒸汽压差来进行发电，因此本系统包括新增大气除氧器、功热汽轮发电机、前置大气除氧器凝结水泵。

（1）蒸汽系统。功热汽轮发电机的进汽取自原中压/高压除氧器加热蒸汽管道，经汽轮机电动主汽门、自动主汽门及调速汽门进入功热汽轮机，汽轮机排汽排至新增大气除氧器。

（2）补水系统。本系统新增的前置大气除氧器与原系统除氧器采用串联加热补水系统。前置大气除氧器的补水引自原系统除氧器除盐水补充水进水母管，并在补水管道上加装调节阀组。

（3）凝结水系统。本系统的前置大气除氧器凝结水经过凝结水泵加压后，送至原系统除氧器除盐水母管靠除氧器侧。在前置大气除氧器和原系统除氧器除盐水补充水管道上加装有旁路，保障本系统与原系统可切换运行以及系统运行的安全可靠性。前置大气除氧器凝结水泵出口设置有凝结水再循环管路，以满足低负荷运行时调节原除氧器水位的需求。

3 本系统适用的领域及运行说明

3.1 与原系统的对比

（1）除氧器加热蒸汽梯级利用系统增加了前置大气除氧器加热除盐水补充水系统、凝结水系统、功热汽轮机同步或异步发电系统，结构较原系统复杂，占地面积大，投资高。

（2）除氧器加热蒸汽梯级利用系统充分利用原除氧器加热蒸汽的汽化潜热在功热汽轮发电机做功发电降低原有电厂或余热利用工厂的厂用电率，增加了企业的利润。对除盐水补充水进行更有效的热力除氧，减少管道的维修费用。

3.2 适用领域

由于本系统新增前置大气除氧器（工作压力0.118 MPa，对应出水温度104 ℃），并利用原除氧器与新增前置大气除氧器的压差来发电，因此本系统适用在采用中压除氧器或高压除氧器的热电厂中。本系统中功热汽轮机的发电，可以通过升压变压器送到高压电网、与国家电网进行并网同步运行，也可以直接并入到厂用高压母线进行孤网运行。因此，功热汽轮机可以配置同步发电机或异步发电机。本系统适用的领域除背压式热电联产自备电厂之外，还有余热利用向外供蒸汽的钢厂、水泥厂、石化企业、焦化厂等工业余热利用单位。

3.3 运行说明

本系统中除盐水补充水系统、凝结水系统及加热蒸汽系统上分别设置流量测量装置。系统投入运行时，根据除盐水补充水量及水温调节前置大气除氧器的加热蒸汽流量，即调节功热汽轮机的进汽调节汽门，来保证汽轮机排汽流量满足大气除氧器的加热蒸汽流量。当功热汽轮机故障或检修时，关闭功热汽轮机进出口蒸汽隔离阀，及前置大气除氧器除盐水进口电动阀及调节阀和凝结水至原除氧器隔离阀，开启除盐水补充水旁路隔离阀，保障系统安全可靠运行。

4 经济性分析

（1）主机增加的发电利润。经过对低压除氧器热平衡（未考虑全厂汽水损失的补水）计算得出低压除氧器的进汽量为49 t/h，经过低压除氧器加热的补水温度提升至104 ℃之后进入到中压除氧器，此时，中压除氧器所需的加热蒸汽量为7.4 t/h，主机的抽汽较原来增加6.2 t/h。根据平衡图汽轮机额定工况下的汽耗为10.38 kg/（kW·h），因此，增加的蒸汽在主机内增加发电量为597.3 kW。上网电价按0.375 元/（kW·h）（含税）计算，则主机增加的发电利润为163.3 万元。

（2）锅炉增加的煤耗费用。增加的这部分蒸汽所需锅炉的煤耗为0.903 t/h，则全年增加耗煤量为6582.87 t。标煤价格按600 元/t 计算，则增加煤耗费用为394.972 2 万元。

（3）功热汽轮机的发电利润。功热汽轮机的综合发电功率为3750 kW，主机利用小时数按照7290 h 计算，功热汽轮机的全年发电量为27 337 500 kW·h。购电电价按照0.52 元/（kW·h）（含税）计算，则功热汽轮机增加的发电利润为1421.55 万元。

综上所述，采用除氧器加热蒸汽梯级利用系统所增加的全年收益为1189.877 8 万元。

5 结束语

节约资源是我国的基本国策。国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略，鼓励工业企业采用热电联产、余热余压利用等先进的用能监测和控制等技术。本系统体现了高压或中压除氧器加热蒸汽的汽化潜热利用的节能技术思路，符合能源节约与资源综合利用技术范畴，采用除氧器加热蒸汽梯级利用系统，不仅能节约能源并且可以节省工程的投资费用。

综上所述，随着国家对节能环保的大力提倡，本系统在热电联产电厂、钢厂、水泥厂、石化企业、焦化厂等工业余热利用单位的节能领域会有很大的发展空间，将带来更高的效益和能源综合利用率。