某1000MW超（超）臨界機組給水加氧運行方式下除氧器的熱經濟性分析

游明山+魏鳳文+趙秉慶

摘 要：目前國內超（超）臨界機組，給水普遍采用除氧處理和加氧處理兩種方式，加氧運行方式逐漸成為主流。給水加氧方式下，避免了除氧器乏汽損失，提高了機組運行經濟性。本文以等效熱降理論為基礎，對比分析國內某1000MW超（超）機組除氧器在不同運行方式下的經濟性，為除氧器的經濟運行提供參考。

關鍵詞：1000MW超（超）臨界機組；給水加氧處理；除氧器；熱經濟性分析

1 前言

目前，鍋爐的給水處理方式有還原性全揮發處理[All-Volatile Treatment （Reduction） ，AVT（R）]、氧化性全揮發處理[All-Volatile Treatment （Oxidation），AVT（O）]、加氧處理[Oxygenated Treatment，OT][1]。還原性全揮發處理是指鍋爐給水加氨和還原劑的處理；氧化性全揮發處理是指鍋爐給水只加氨的處理。兩種方式均采用熱力除氧原理，防止鍋爐腐蝕。加氧處理是指鍋爐給水加氧的處理，通過加入氣態氧使金屬形成穩定氧化膜，防止鍋爐腐蝕。

隨著國內電力技術的發展和對超臨界狀態下鍋爐腐蝕的認識加深，當前國內超（超）臨界機組，給水加氧處理技術逐漸成為主流。據江蘇省2015年的統計數據顯示，江蘇省內超（超）臨界機組給水采用加氧處理[OT]的機組已占全省機組的94%[2]。

給水加氧處理[OT]技術的發展，不僅提高了鍋爐的抗腐蝕性，同時也給除氧器的運行方式帶來了巨大的改變。相較于給水揮發性處理[AVT]，給水加氧工況下，除氧器的功能發生了變化，不再起除氧的作用。鍋爐給水在除氧工況下，除氧器起著兩方面的作用：一方面是通過熱力除氧，將給水加熱至飽和溫度，使給水中溶解的氣體從液面揮發，再通過排乏汽的方式，使給水中的不凝結氣體源源不斷析出，除去給水中的氣體，保證給水品質，防止鍋爐、加熱器等受熱面的氧化腐蝕；另一方面除氧器同時作為混合加熱器加熱給水，提高給水溫度。但在加氧處理工況下運行時，除氧器的除氧功能被弱化或取消，除氧器僅作為一級混合式加熱器，提高給水溫度。

由此給水加氧處理帶來好處不僅是超（超）臨界鍋爐的受熱面的防腐，同時還避免了除氧器的排汽，降低了機組的熱耗，提高了機組的經濟性。本文通過，具體分析國內某1000MW超（超）臨界機組的熱力系統，對比了除氧器在不同運行方式下的熱經濟性，為超（超）臨界機組除氧器的運行提供參考。

2 某1000MW超（超）臨界機組除氧器排汽布置及回熱系統介紹

國內某1000MW超（超）臨界機組采用臥式無頭除氧器，除氧器運行排汽管路布置如圖1所示，排汽可直接排入大氣或者凝汽器。

給水加氧運行方式，排汽管路閥門全關，除氧器作為抽汽回熱系統的一級混合式加熱器，僅起加熱給水的作用。給水除氧運行方式下，除氧器需不斷的排出乏汽，乏汽經管路和閥門可排至大氣或者凝汽器。

為分析除氧器在不同運行方式下的熱經濟性，給出了某1000MW超（超）臨界機組銘牌工況（TRL）下的熱平衡圖[3]，如圖2所示。

3 除氧器不同排汽方式下熱經濟性分析

3.1 除氧器乏汽量的分析

根據某發電集團對各火電機組中直流爐、汽包爐補水率及排污情況統計分析，給水除氧方式下除氧器運行乏汽量約占鍋爐蒸發量的0.5%左右[4]。某1000MW機組在TRL工況下，除氧器每小時外排工質量如式（3-1）所示。

2845×0.05%=14.225（t/h） （3-1）

若對除氧器運行乏汽進行回收，TRL工況下除氧器每小時可回收工質14.225t。根據設計數據，全年機組可利用小時約為4873.8h，故全年可節約工質（除鹽水）量如式（3-2）所示。

14.225×4873.8=69329.8（t/a） （3-2）

3.2 對機組熱經濟性的影響（TRL工況）

3.2.1 除氧器不排乏汽（給水加氧工況）

給水加氧工況下，除氧器不需要排乏汽，僅作為抽汽回熱系統的一級混合式加熱器，起著加熱給水的作用。此種方式下，除氧器無工質損失，且無熱量和熱品位損失。

3.2.2 除氧器乏汽排至大氣

根據熱等效焓降理論，除氧器排放運行乏汽時，視為帶工質的熱量出系統，將使機組經濟性降低。根據計算，TRL工況下除氧器乏汽排放至大氣時，機組發電標準煤耗將增加0.7015g/Kwh。根據設計數據折算為全年可利用小時為4873.8h，故除氧器乏汽排至大氣全年約增加的標準燃煤量如式（3-3）所示。

0.7015×4873.8=3418.97（t/a） （3-3）

所以，乏汽排放至大氣相對于加氧工況下不排放乏汽的運行方式，全年將增加標準燃煤耗量為3418.97t。

3.2.3 除氧器乏汽排至凝汽器

除氧器乏汽排至凝汽器時，可以回收乏汽的工質，但乏汽的熱量卻全部隨循環水流失了。根據熱等效焓降分析，除氧器乏汽排放至凝汽器時，機組發電標準煤耗將增加0.7015g/Kwh。根據設計數據折算為全年可利用小時為4873.8h，故全年約增加的標準燃煤量如式（3-4）所示。

0.7015×4873.8=3418.97（t/a） （3-4）

所以，乏汽排放至凝汽器相對于加氧工況下不排放乏汽的運行方式，全年將增加標準燃煤耗量為3418.97t。

3.2.4 除氧器其他排汽方式

其他文獻[4]還介紹到將除氧器運行乏汽排至軸封加熱器、末級低壓加熱器等處的系統，以期在回收工質的同時，利用乏汽的熱量，降低機組熱耗。下面，對上述兩種排汽方式也做一個對比分析。

3.2.4.1 除氧器乏汽排至軸封加熱器

此方式下，乏汽在軸封加熱器中加熱凝結水后，凝結成軸加疏水，隨軸加疏水一起經軸加疏水水封排入凝汽器。不凝結氣體及少量蒸汽經軸加風機排出至大氣。

根據熱等效焓降分析，除氧器乏汽在軸封加熱器處回收后，機組發電標準煤耗增加0.6077g/Kwh。根據設計數據折算為全年可利用小時為4873.8h，故全年增加的標準煤量如式（3-5）所示。

0.6077×4873.8=2961.81（t/a） （3-5）

3.2.4.2 除氧器乏汽排至9號低加

除氧器乏汽管接至9段抽汽逆止門及電動門后，乏汽經絕熱節流后送入9號低壓加熱器，蒸汽冷凝后不凝結氣體析出，從9號低加抽空氣管抽吸至凝汽器，最后通過凝汽器抽真空系統排至大氣。

根據熱力系統等效焓降分析，在9號低加處回收該熱量后，機組發電標準煤耗增加0.5997g/Kwh。根據設計數據折算為全年可利用小時為4873.8h，故全年增加的標準煤量如式（3-6）所示。

0.5997×4873.8=2922.82（t/a） （3-6）

4 除氧器不同排汽方式下經濟性對比

以除氧器不排乏汽工況（給水加氧工況）作為比較基準，在機組可利用小時數取4873.8小時條件下進行經濟性對比分析，將上述分析結果列于表1中。表1中除鹽水制水單價取7元/噸，標準煤單價取650元/噸，作為對比計算依據。endprint