淺析臥式除氧器的應用和發展

李雅琴

(上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠,上海 200090)

淺析臥式除氧器的應用和發展

李雅琴

(上海電氣電站設備有限公司電站輔機廠,上海 200090)

隨著火電機組向高參數大容量發展，除氧器的布置形式，也從立式布置轉向臥式布置。根據設計實例，說明了臥式除氧器的結構特點，并改進了水室的進水方式。通過試驗，得到了恒速噴嘴的關鍵參數。設計優化后臥式除氧器，必將在大容量機組中得到更廣泛的應用。

機組； 除氧器； 設計； 臥式； 高參數； 大容量； 應用； 發展

0 概 述

除氧器的主要作用，是除去給水中的氧氣，確保回熱系統中給水的品質。若給水中溶入了氧氣，就會使與水接觸的金屬腐蝕。在熱交換器內，如果有氣體聚集，將降低傳熱效率。因此，水中溶入任何氣體，對傳熱都是不利的，尤其是氧氣，還會腐蝕設備，影響設備的安全運行。

1 臥式除氧器的特點

除氧器是給水回熱系統中利用混合式加熱的設備，同時，高壓加熱器的疏水、化學補水及各處水質合格的疏水、排汽，均可匯入除氧器并被利用，可減少發電機組的汽水損失。隨著火電機組向高參數大容量發展，除氧器的布置形式也從立式向臥式轉變。由于臥式除氧器能達到主要的噴淋密度指標，符合高參數大容量機組的要求

1.1 從立式布置轉為臥式布置

設計除氧器時，噴林密度是除氧器設備主要的性能指標之一。噴林密度是指單位時間內，在單位面積上的噴淋量，選用值為60～100 t/m2。設計某型1 000 t/h的立式除氧器時，按照噴淋密度的取值范圍，計算所得的除氧器直徑為4.39 m，這將使除氧器的直徑大于水箱直徑，裝配時二者不能匹配，且在結構制造上也不易實現。早在1970年初，為某300 MW火電機組設計1 000 t/h除氧器時，就曾遇到這個問題，最后是設計2臺立式除氧器(直徑3 m，540 t/h),才解決了噴淋密度指標問題。為了符合噴淋密度的取值范圍，只能將立式除氧器的設計方案改為臥式除氧器。經過長期設計經驗的積累，現在，臥式除氧器的設計和制造已得到長足的發展。因臥式除氧器是臥坐在水箱上，在設計長度上受限較少，所以，增加除氧器在長度方向上的噴淋面積，可滿足設計要求。對于大容量的臥式除氧器，因噴淋面積較大，噴淋密度指標易在取值范圍內選取，能確保大容量臥式除氧器具有良好的使用性能。

1.2 臥式除氧器適合滑壓運行

除氧器采用臥式布置，可方便地在除氧器的長度方向上，布置1個弓形凝結水進水室，同時能配置眾多大流量的恒速噴嘴，可滿足除氧器對噴淋密度的要求，還可滿足噴霧除氧的要求。機組在變負荷運行時，除氧器處理的凝結水量應隨機組負荷而變化，實現除氧器的滑壓運行。滑壓運行時，除氧器的工作壓力，隨汽機抽汽壓力的變化而變化。因此，設計除氧器時，除氧器的設計壓力應大于抽汽器的最高蒸汽壓力，運行時除氧器就不會超壓。滑壓運行能適應大機組負荷變化的要求，減少了節流損失，提高了機組的熱經濟性。

1.3 臥式除氧器的結構

臥式除氧器與水箱之間通過下水管和蒸汽連通管相連。如某300 MW機組的1 080 t/h臥式除氧器，除氧器與水箱的連接，僅有1根下水管和2根蒸汽連通管，因此，在現場的安裝工作量較小。下水管及蒸汽連通管的外接管路，采用了對接焊縫，焊后需進行熱處理和射線探傷。安裝完成后，應進行水壓試驗，保證設備的制造質量。通過臥式除氧器的設計優化，提高了制造和安裝質量。

1.4 操作與自控

臥式除氧器只設置1根進水管，避免了立式除氧器要求多路進水的缺點。同時，還簡化了除氧系統，便于實現系統的全自動控制。

1.5 投資小

臥式除氧器占據的高度，比立式除氧器低得多，降低了對廠房高度的要求，可節省基礎方面的投資。

2 臥式除氧器的設計

在1982年，我公司就成功設計和制造了國產300 MW火電機組的1 080 t/h臥式除氧器。該型除氧器運行在很多發電機組中，運行數據證明，該型除氧器的性能良好、安全可靠，出水含氧量為0～5 μg/L。因設備的性能優異，得到了用戶好評。

2.1 主要設計參數

1 080 t/h臥式除氧器及水箱的組合結構，如圖1所示。除氧器的設計參數，如表1所示。

圖1 1 080 t/h臥式除氧器及水箱的結構

表1 除氧器的設計參數

名稱數值設計壓力/MPa0.932設計溫度/℃350進水溫度/℃131.5出水溫度/℃169凝結水流量/t·h-11060出水含氧量/μg·L-17水箱有效容積/m390

2.2 恒速噴嘴與制造技術

恒速噴嘴是除氧器中的關鍵部件。根據有關資料，對恒速噴嘴的結構及材質進行分析。通過試制，取得了設計噴嘴的關鍵數據，并在試驗臺進行了冷態試驗。試驗數據表明，試制成功的恒速噴嘴，其技術參數并不亞于進口噴嘴的參數，且噴嘴的始噴壓力和靈敏度，均優于進口噴嘴。試制成功的恒速噴嘴，具有壓差小、流量大及流量變化率大等優點，噴嘴的全壓差≤0.058 MPa。通過冷態試驗得知，噴嘴的最小壓力差(開啟壓差)為0.023 MPa(0.24 kgf/cm2)，噴嘴的最大壓差為0.057 MPa(0.58 kgf/cm2)，噴嘴在額定流量下的壓差為0.035～0.037 MPa。噴嘴的流量是隨著噴嘴壓差的增加而增加，反之亦然。運行時，由于凝結水具有一定溫度，其比容比室外溫水的比容增大約10%，故在熱態運行時，噴嘴的流量比冷態時的流量減小10%。在使用恒速噴嘴的除氧系統中，應保證噴嘴流量隨著噴嘴的水汽側壓差的變化而變化， 淋水滴才會有

圖2 恒速噴嘴(16 t/h)

霧化的效果。16 t/h恒速噴嘴的結構，如圖2所示。

3 臥式除氧器的設計實例(一)

3.1 設計主要參數

為石洞口電廠600 MW機組，設計了某型2 400 t/h臥式除氧器。設計時，按國外公司提供的參數進行方案設計，國外公司提供的主要設計參數，如表2所示。

表2 國外公司提供的設計參數

名稱數值凝結水壓力/MPa1.4凝結水進口溫度/℃140凝結水出口溫度/℃187凝結水流量/t·h-11060蒸汽進口壓力/MPa1.175蒸汽進口流量/t·h-1110.624蒸汽進口溫度/℃187出水含氧量/μg·L-17

3.2 設計思想

根據客戶提供的設計參數，2 400 t/h臥式除氧器的總體結構設計，可參照1 060 t/h臥式除氧器的設計方案。為了保證噴淋密度在使用范圍內，除氧器的內徑仍取2.5 m，增加了除氧器淋水區的長度，除氧器總長仍在要求范圍內。這樣，在設計上，可利用原有的標準件和通用件圖紙，縮短了設計周期。

3.3 存在的缺點和克服辦法

在設計時，將淋水區長度由原6 048 mm放至12 096 mm，除氧器的進水室也相應放長，但流向恒速噴嘴的給水阻力差會超過設計允許值，造成每只噴嘴的噴出流量相差很大，影響了噴霧除氧的效果。為了解決這些問題，將進水室隔成長度相等的2個獨立進水室，每段長度等于原長，布置在水室內的噴嘴位置，與原設計一致，這樣就可利用原有的設計方案，解決了噴霧與除氧效果不佳的現象。但是，除氧器因此而有2個進水口，分別進入除氧器的2個獨立進水室。根據設計院的要求，只能有1個進水口。為此，在除氧器頂部的左側，設計有1個進水過渡集箱。在除氧系統中，僅有一路水進入過渡集箱，通過集箱，再分成二路，分別進入除氧器的進水室。2 400 t/h臥式除氧器及水箱的組合結構，如圖3所示。

圖3 2 400 t/h臥式除氧器及水箱的組合結構

4 臥式除氧器的設計實例(二)

4.1 產品的設計

4.1.1 性能設計

根據客戶提供的熱力參數、由引進的Sterling的設計程序進行設計計算。

4.1.2 結構設計

(1) 進行除氧器及水箱的強度，曲屈分析和計算。

(2) 進行水箱多支座的設計及支座反力的計算。

(3) 內部結構的設計計算。

4.2 設計主要參數

我廠為外高橋電廠二期工程900 MW機組設計2 793 t/h臥式除氧器時，承擔方案設計，主要的設計參數，如表3所示。除氧器與水箱的組合圖，如圖4所示。

表3 外高橋除氧器的設計參數

名稱參數設計壓力/MPa1.9設計溫度/℃220/372Max.steaminlet/380標準ASME出力/t·h-12793有效容積/m3308除氧器材料SA516Gr70+SA240304水箱材料SA516Gr70支座/只4

圖4 2 793 t/h臥式除氧器及水箱組合圖

4.3 設計難點及解決措施

4.3.1 根據合同要求,對除氧器及水箱需按ASME規范第Ⅷ篇第1,2分篇進行強度、曲屈分析計算，具有一定的難度和深度。經有關院校的課題研究后，采用了ANSYS應力分析軟件，對除氧器及水箱的整體結構及關鍵部位進行溫度場分析、應力分析和疲勞分析，并按ASME規范第Ⅷ篇有關內容進行校核，對原設計方案不足之處進行調整。

4.3.2 由于該除氧器水箱采用4支座支撐結構，1個為固定支座，3個為活動支座。因此多支座的設計及支座反力的計算具有一定的難度。我們與計算組及同濟大學的老師一起采用ANSYS應力分析軟件，對設備進行有限元分析，所得計算結果，已被客戶確認。

4.3.3 客戶還對除氧器的內部結構提出了改進要求。如：凝結水進水裝置布置形式的調整等。在充分考慮了除氧器內部空間的情況下，對原來的進水裝置作了一定的調整和改進。

4.3.4 由于合同規定除氧器及水箱殼體上不允許有角焊縫。故除氧器及水箱上的接管須考慮自身補強，這樣接管的壁厚較厚。在接管材料的選擇時，考慮了三種方案：

(1)采購SA106B管子；

(2)采用板材卷、壓制而成；

(3)采用SA105鍛件。

4.3.5 由于水箱支座與基礎的連接,既要考慮地腳螺栓的連接,又要考慮水箱熱膨脹位移量。經多方協商及分析計算，對水箱支座進行了改進設計。

5 結 語

為了加強電站輔機設備的研制工作，還需要不斷提升設計和制造能力，進一步研發新型除氧器，才能讓我國的電站設備走向世界。

[1] 壓力容器委員會.ASME第Ⅷ卷壓力容器建造規則[M]. 北京:中國石化出版社.

[2] TSG 21-2016.固定式壓力容器安全技術監察規程[S].

[3] GB150-2011.壓力容器[S].

The Application and Development of Horizontal Deaerator

LI Ya-qin

(Shanghai Power Station Auxiliary Equip Plant, Shanghai Electric Power Generation Equip Co., Ltd.,Shanghai 200090, China)

With the development of thermal power units to high parameter and large capacity, the layout of the deaerator is from the horizontal to vertical type. According to the design, the structure characteristics of the horizontal deaerator are explained, and the intake of water chamber is improved. Through experiments, the key parameters of constant velocity nozzle are obtained. The optimized horizontal deaerator will be more widely applied in large capacity units.

unit; deaerator; design; horizontal; high parameter; large capacity; apply; development

1672-0210(2017)01-0019-04

2016-09-23

李雅琴(1962-)，女，工程師，主要從事電站除氧器設備的設計工作。

TK264.9

A