電廠220 MW汽輪機除氧器循環加熱方式的改造

李宏偉

(勝利發電廠,山東257087)

勝利發電廠一期機組的回熱加熱系統中采用YC-700除氧器。除氧器采用臥式、雙封頭、噴霧填料式結構,外殼有封頭及筒身組成,內件主要有水室、噴嘴、淋水盤及波浪型填料層組成,內件均采用不銹鋼制造,設計壓力為0.98 MPa,最高工作壓力為0.785 MPa,設計溫度為200℃,最高工作溫度為180℃,工作介質為水和蒸汽。除氧器額定出力為700 t/h,除氧器與型號為YS-140的除氧水箱配套使用,幾何容積為175m3,有效容積為140m3,相當于12 m in的除氧出水流量。機組正常運行時,來自低壓加熱器的主凝結水進入除氧器頂部水室混合后,經噴嘴噴成傘狀水膜,經填料淋下。來自機組四段抽汽的蒸汽作為熱源分兩路進入除氧器,由下而上進行混合加熱和傳質,一路由除氧器下部進入,經填料層進入噴霧區,另一路由中部進入噴霧區。凝結水與蒸汽進行熱交換,使溶于水中的氧氣及不凝結的氣體等得以去除,凝結水同時被加熱。除氧器加熱系統示意見圖1。機組啟動前及啟動開始后的一段時間,由于機組四段抽汽壓力低,使用廠用高壓聯箱作為除氧器的備用汽源,代替四段抽汽加熱凝結水。

圖1 除氧器加熱系統的組成

機組啟動時,需要經過中速暖機、低負荷暖機等階段,目的是均勻加熱汽缸,各部件均勻升溫。除氧器水溫過低,就會導致進入鍋爐的給水溫度偏低,為調整主汽溫度,鍋爐需要加大燃燒量,在調整燃燒量的過程中因主汽流量小,易造成主汽溫度偏高,主汽溫度偏高就要投減溫水,造成溫度大幅度波動,導致汽溫與缸溫的不匹配,延長機組整體啟動時間。所以,在啟動初期,提高除氧器水溫是鍋爐調整燃燒的主要手段之一。另一方面,在機組熱態啟動時汽包壁溫度較高,必須保證一定的上水水溫,以減小汽包上下壁溫差,避免產生較大的熱應力,縮短汽包壽命。如果啟動時除氧器水溫加熱緩慢,只有依靠延長啟動時間的方式解決,若時間不允許時,有時不得不以犧牲汽包壽命的辦法,采取緩慢上水的方式給汽包上水,對設備壽命產生不利影響,所以也要求除氧器水溫保證在100℃以上。

改造前,機組啟動初期除氧器的加熱,主要采用循環加熱法和再沸騰加熱法。在機組啟動除氧器上水后,當水源的來水溫度較低需要提升水溫時,可使用循環加熱法加熱。該加熱系統由廠用高壓聯箱、備用汽源管道、除氧器循環加熱調整門、鍋爐疏水箱、爐疏水泵及相應的管道閥門組成;運行時首先將除氧器水箱的水放入鍋爐疏水箱,通過啟動爐疏水泵再將水送入除氧器的除氧頭,經除氧頭內的噴嘴噴出進入填料,在水噴出的同時,將來自高壓聯箱的蒸汽經備用汽源管道和除氧器循環加熱調整門的蒸汽分別由一、二次加熱管送入除氧頭,使水和蒸汽在填料內充分混合,被加熱的水回收入水箱。采用循環加熱法,雖然在一定程度上能夠滿足快速加熱給水的要求,但由于爐疏水箱是一個敞口容器,被加熱到一定溫度的水進入疏水箱會大量汽化從爐疏水箱冒出,既增加了工質的損失,又影響環境,而且當水溫達到80℃左右時,由于爐疏水泵的入口處于負壓狀態,水在入口處就會發生汽化,導致爐疏水泵產生不打水現象。無法運行,水溫也無法進一步提高。

為了進一步提升水溫,必須啟用再沸騰加熱器,該加熱系統由廠用高壓聯箱、備用汽源管道、再沸騰電動門等組成。運行時來自高壓聯箱的蒸汽經備用汽源管道和再沸騰電動門進入除氧器水箱內部水面以下蒸汽分配管,從分配管里噴出的蒸汽與水混合加熱水箱內的冷水。但是采用這種加熱法,蒸汽從蒸汽分配管中必須克服水的阻力噴出,蒸汽與水的換熱面積小換熱速度較慢,增加蒸汽壓力加快蒸汽流動雖然可以加快加熱速度,但將造成嚴重的管道振動,而且由于在水箱內加熱不均勻,水箱內部汽水沖擊造成整個除氧器水箱發生強烈振動,極易造成除氧頭內噴嘴等物件脫落,甚至發生除氧器因振動過大,導致焊口開裂、除氧器爆破的惡性事故的發生。

總之采用這種方式,在鍋爐上水前,除氧器內水的加熱速度極其緩慢,控制調整不當又威脅到除氧器的安全運行,在機組啟動過程中,更難保證既除氧器能夠保持合適的水溫。在現場實際運行中,兩種方法本身存在著固有的缺點,盡管在機組啟動過程中,加強了對除氧器水溫的現場監視、控制和調整,但效果并不理想,很難保證除氧器水溫在 100℃以上。

為了更好地解決這一問題,決定結合現場實際情況對該系統進行改造,改造方案在1#和2#機除氧器放水母管增加一路放水管道(安裝一截止閥),接至鍋爐疏水泵的入口,見圖1。當需要除氧器上水投加熱時,關閉爐疏水箱至疏水泵入口門,將除氧器內的水放至鍋爐疏水泵入口,啟動疏水泵,投入除氧器的循環加熱系統,可以實現快速將除氧器的加熱。由于除氧器在22 m運轉層,而爐疏水泵安裝在-3 m,這樣進入爐疏水泵的水即使在除氧器內處于飽和狀態,由于有25m的倒灌高度,提高了疏水泵的入口壓力,水在爐疏水泵入口已經變為不飽和狀態,不會發生汽化,疏水泵可維持穩定運行,在啟動初期保持除氧器水溫100℃以上。改造后的系統還可以實現電廠一期的兩臺機組共同使用,屆時只需要簡單的將臨機除氧器加熱系統隔絕即可。

系統改造后,由于即使水溫高于100℃爐疏水泵也不會汽化,還可以實現不開給水泵,利用疏水泵直接將高于100℃的水輸送至鍋爐(即鍋爐反上水方式),系統運行的靈活性有所提高,并可以節約廠用電耗。系統改造只需截止閥一只,管道不到10 m,工作量不大,投資約6000元。

系統改造結束后,即趕上2#機組機組熱態啟動,通過對比試驗,除氧器水溫加熱速度由使用再沸騰加熱方式的0.1℃/m in,很容易升高到2℃/min (根據除氧器的設計要求,投入除氧器加熱,必須控制除氧器水溫溫升速度不超過2℃/min),鍋爐上水時水溫達到100℃以上,大大提高鍋爐上水速度。為了把水溫由20℃加熱到 100℃,改造前需要13 h,改造后可縮短到1 h以內,即機組啟動一次可多發電12 h,并且設備的安全運行得到保障。

在機組啟動過程中,維持爐疏水泵運行,鍋爐使用正上水方式用給水泵給鍋爐上水,通過控制加熱蒸汽流量的方法,利用該循環加熱方式一直持續到除氧器切換為正常運行加熱汽源——四段抽汽,在低負荷階段除氧器水溫始終維持在100～110℃,對鍋爐調整燃燒起到了積極的作用,加快了機組的啟動速度,縮短了機組整體啟動時間。1#機組小修結束后,鍋爐酸洗及機組冷態啟動同樣使用該系統運行,效果理想。目前改造的系統在歷次的機組啟動過程中均發揮了作用。