噴射器用于大型電站鍋爐啟動疏水回收的可行性分析

馬昕霞李濤王云高彥庭

1.上海電力學院 200090;2.河北西柏坡電廠 050000

噴射器用于大型電站鍋爐啟動疏水回收的可行性分析

馬昕霞1李濤2王云2高彥庭2

1.上海電力學院 200090;2.河北西柏坡電廠 050000

分析了電廠啟動疏水回收的能量損失問題，提出噴射器回收啟動疏水至除氧器的方案，并對方案的可行性進行了分析。

疏水回收；噴射器；可行性

1 引言

為了提高熱效率，降低煤耗，減少污染，大型火力發電站已成為我國未來火電發展的主要方向。

在目前設計和建造了的大型電站中，大量的使用了大容量，高參數的直流鍋爐來代替傳統的汽包爐。由于直流鍋爐啟動過程中水冷壁的最低流量通常維持在30%BMCR，隨著鍋爐點火和燃燒率的增加，水冷壁內工質溫度逐漸升高。當水冷壁中某處工質溫度達到該處壓力所對應的飽和溫度，在短時間內可以將大量的水或汽水混合物擠出水冷壁從而產生大量的啟動疏水。啟動疏水通常是熱水、汽水混合物以及過熱度不足的過熱蒸汽，這些都不得進入汽輪機，這使得直流鍋爐都必須帶有一套專門的啟動旁路系統，把不合格的液、汽由旁路排掉。

國外通常將啟動疏水排入凝汽器。啟動疏水排入凝汽器有利于工質的回收，但是會損失大量的可用熱量。如果將啟動疏水排入除氧器不但回收了工質，也最大限度地回收了熱量。雖然這樣經濟性較明顯，但存在一定問題。由于大型電站鍋爐的啟動分離器內壓力相對于除氧器來說很高，啟動疏水進入除氧器后，將對除氧器產生劇烈的沖擊，影響除氧器的安全運行和設備的使用壽命。所以，目前大部分國家都不選擇鍋爐疏水排向除氧器，選擇的是凝汽器[1]。

噴射器無機械運動部件，且具有體積小、高效、節能、無泄漏、安全可靠性高、結構簡單等特點，在能源電力、石油化工領域均得到了廣泛應用。近年來國內對汽液噴射器在電廠的研究工作取得了一些進展，嚴俊杰等對汽液兩相加熱技術用于電廠低壓加熱器、供暖以及供熱系統等進行了可行性分析。王曉峰等[2]設計了汽液兩相除鹽水加熱系統。侯雅萍等[3]采用汽-液兩相加熱器替代表面式加熱器對霸橋熱電廠清水系統進行了改造。葛震弘[4]為回收工業鍋爐排污中的熱量，采用閃蒸蒸汽作為多噴嘴噴射器的工作流體，通入鍋爐給水箱或冷補給水箱來提高鍋爐給水溫度。

本文分析了大型電站鍋爐啟動系統的現狀，并指出常見啟動系統存在的能量損失問題，針對性的提出采用噴射器將啟動疏水回收至除氧器的方案，并對此方案系統進行了分析。

2 超臨界機組啟動系統

直流鍋爐啟動系統分為外置式和內置式。由于外置式啟動系統鍋爐氣溫較難控制，切除和投運時操作復雜，汽溫波動較大，對汽輪機運行不利，因此很少采用。內置式的啟動分離器是國內外超臨界機組主要使用的啟動系統。

內置式啟動系統主要有大氣擴容式、啟動疏水熱交換器式、再循環泵式。

大氣擴容式在啟動過程中，能夠實現工質的回收，產生的二次汽卻直接排掉，造成大量的能量損失。

啟動疏水熱交換器式在啟動過程中，分離器疏水的熱量大部分傳給鍋爐給水，提高給水溫度，減少了啟動疏水熱損失。熱交換后的疏水由于壓力降低，可以較安全地排入除氧器。然而該啟動系統較復雜，初投資較高，目前國內外超臨界鍋爐使用的較少。

再循環泵式啟動系統在啟動過程中具有不損失工質和熱量等諸多優點，但缺點也十分明顯:輔助系統多，設備投資大，檢修費用高，疏水在循環泵內存在汽蝕危險，需設置專門管路加大疏水過冷度.

綜上所述，不同的啟動系統，疏水回收的方式不同，從而能量的回收程度不同。大氣擴容式啟動系統中，疏水進入除氧器既回收工質又回收熱量，是一個雙贏的思路，但是由于疏水壓力驟降、汽化對除氧器存在的潛在威脅，使通過該方式回收能量的能力有限。帶循環泵的啟動系統實際運行中，為從安全角度考慮，導致從貯水箱溢出的疏水排入凝汽器，造成了能量的損失。從能源利用率的角度來看，疏水排入除氧器，是一種理想的回收方式，但是實現此目標，必須首先解決疏水的汽化問題，以保證疏水進入除氧器的安全性。本文分析的重要內容就是如何將直流鍋爐高溫、高壓的啟動疏水安全地排入除氧器。

3 可行性分析

3.1 疏水回收的工作原理

啟動疏水回收的關鍵問題是盡可能降低進入除氧器的疏水的汽化率，以減小汽水混合物所攜帶的動能，以便將直流鍋爐產生的高溫、高壓的啟動疏水安全地排入除氧器。

本文認為采用噴射器回收啟動疏水至除氧器可以有效的解決將啟動疏水排入除氧器所帶來的問題。將噴射器安裝于除氧器水空間內，啟動疏水經節流閥擴容為一定壓力、一定干度的濕蒸汽，并作為噴射器的工作流體，除氧器內的低溫水作為噴射器的引射流體。在噴射器內，濕蒸汽與除氧水進行劇烈的能量交換和混合使蒸汽迅速凝結，汽水混合物的比容急劇減小，使噴射器的出口處，混合物的流速大大降低，動能減小，實現了對高速蒸汽的消能，從而完成了大型電站鍋爐啟動疏水能量和工質的雙重回收，達到節能、高效的目的。

3.2 疏水回收的系統設計

疏水回收系統的設計是根據疏水流量大小，在總管上布置若干根支管，每根支管上裝一套由若干個噴射器組成的噴頭，來自節流閥的具有一定壓力、一定干度的濕蒸汽經疏水總管流向各個支管，并分配給每個噴射器噴頭，蒸汽與除氧器內的過冷水混合后，溫度升高，作為鍋爐的給水。

4 結論

在大型電站鍋爐的啟動過程中，啟動旁路系統會產生大量的高壓飽和疏水，由于疏水既是工質又含有大量可用能量，如果直接排掉，將會損失大量的可用工質和熱量。本文針對這個問題，提出采用噴射器回收啟動疏水至除氧器的方案。經過分析，本文認為將噴射器作為啟動疏水進入除氧器的減壓減震設備，能夠很好的實現預期的設計目標。本文的研究為超臨界機組和超超臨界機組疏水的回收提供新的思路，具有重要的工程應用價值。

[1] 段永成.國產600 MW 超臨界機組直流鍋爐啟動系統[J].熱能動力工程.2005，20（1）:99～100

[2] 王曉峰，高勝利，劉繼平，等.超音速汽液兩相流升壓加熱器用于除鹽水加熱系統的研究[J].熱力發電.2003，(8):16-19.

[3] 侯雅萍，劉振利，林萬超，等.灞橋熱電廠清潔水系統改造[J].西北電力技術.2002，(2):38-39.

[4] 葛震弘，宋徐輝.從鍋爐排污中回收熱能，有效降低燃料成本[J].工業鍋爐.2006，97(3):44-46.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.003

上海市高等學校本科教育高地建設項目

馬昕霞（1973-），女，講師，在讀博士研究生，主要從事流體機械、火電廠系統節能研究。