锅炉旋膜除氧器热力系统技术分析发展历程

锅炉旋膜除氧器热力系统技术分析发展历程

锅炉旋膜除氧器热力系统技术分析发展历程，由于给水溶解氧存在缩短设备的使用寿命，降低热设备的换热效率，降低机组的运行可靠性和经济性等危害，一般火电机组的热力系统均设置单独的除氧器对给水进行除氧。锅炉旋膜除氧器热力系统",也即热力系统中不设门的除氧器，而通过装设混合式加热器、除氧式凝汽器等方式达到除氧需求，则合理地简化了电厂热力系统，提高了系统的可靠性和经济性。从1963年一台锅炉旋膜除氧器热力系统机组在美国投运发电至今，锅炉旋膜除氧器热力系统经过了五十年的发展历程，已在国内外发展出了三条技术路线，并有相应的工程应用。
1国外锅炉旋膜除氧器热力系统的技术路线
1.1混合式加热器+中性水加氧一前苏联的技术路线
1981年6月，锅炉旋膜除氧器热力系统在前苏联卡尔曼诺夫电厂的一台JIM3的K300240汽轮机热力系统改造中次开始了工程应用。
前苏联所采取的锅炉旋膜除氧器热力系统中，除氧包括两个部分一是通过在系统中设置一到二个混合式低压加热器、给水泵入口混合器、备有调节阀的凝汽器和加热器水位控制系统等，形成配有混合式低压加热器的联合式低压回热系统；二是中性水加氧给水处理系统。
近几年，随着技术的发展，真空抽汽的混合式加热器技术加快了锅炉旋膜除氧器热力系统的推广利用，目前已在俄罗斯等国家的五十多台大型机组上采用，给水质量和给水泵均能保证可靠运行。
1.2除氧式凝汽器+联氨除氧一美国法国等国的技术路线
在法国、美国等国，锅炉旋膜除氧器热力系统的应用则始于六十年代。1963、1964年，配置锅炉旋膜除氧器热力系统的亚历桑那州FOURCORNERSPOWERPLANT电厂1号、2号机组各170MW、3号机组220MW汽轮发电机组投运，这是世界台锅炉旋膜除氧器热力系统机组投运。该电厂由美国BECHTEL公司设计、西屋公司生产。
美国、法国等国的锅炉旋膜除氧器热力系统，核心为采用了除氧式凝汽器技术。热力系统中，只有一级凝结水泵，给水泵处没有任何水容器，除氧只在除氧式凝汽器中进行。除氧式凝汽器内增加设置了加热蒸汽系统，凝汽器热井内布置一个蒸汽分布器，通入辅助蒸汽将凝结水加热至饱和，使水中溶氧释放。另外，化学除氧系统设置在轴封冷却器之后，可以对凝结水加入联氨以达到辅助除氧的目的，系统可以根据溶氧量自动调节联氨的加入量。正常启动时，随着机组负荷逐渐增大，除氧器凝汽器的辅汽除氧在保证凝结水含氧量≤7ppb后停止，这时联氨加入量成为控制凝结水含氧量的主要手段。正常运行时，除氧是通过凝汽器的负压进行真空除氧以满足凝结水含氧量的需要。
现此种技术已被广泛应用到美国通用GE公司供货的联合循环电站中。GE公司曾在19951996年对其供货的所有采用除氧式凝汽器的电站(17个电站共51台除氧式凝汽器)进行回访，结果显示电站可利用性为92.2%,可靠性达到99.4%,这充分显示出除氧式凝汽器的优势。
在法国，锅炉旋膜除氧器热力系统也得到了较好运用。如法国阿尔斯通公司的T.2B.380.30.02.46汽轮机组，就是采用除氧式凝汽器的锅炉旋膜除氧器热力系统。
1.3常规凝汽器真空除氧+联氨除氧+启动除氧器一日本德国等国的技术路线
在日本、德国等其他国家，锅炉旋膜除氧器热力系统与1.2节所述的锅炉旋膜除氧器热力系统类似，主要依靠凝汽器真空除氧，但是采用的不是除氧式凝汽器，而是常规凝汽器，但是系统多了一个旁路启动除氧器。正常运行时，除氧是通过常规凝汽器的负压进行真空除氧并辅以化学除氧以满足凝结水含氧量的需要。机组启动尤其是冷态启动时，采用旁路启动除氧器对凝结水进行除氧。
目前，常规凝汽器真空除氧与旁路启动除氧器结合的热力系统主要应用在日本三菱MHI和德国西门子SIEMENS公司供货的燃气一蒸汽联合循环电站中。
2锅炉旋膜除氧器热力系统技术在国内工程上的应用
2.1复合凝结水真空式除氧系统
我国在前苏联混合式低压加热器除氧的热力系统基础上，逐渐发展起复合凝结水真空式除氧系统，并广泛应用于带汽动给水泵的300MW火电机组改造上。
复合凝结水真空式除氧系统，即在凝结水泵后增加一级混合式加热器，利用小汽机的排汽、末级低加以及轴加疏水将凝结水加热到饱和温度，可以满足除氧的要求。
复合凝结水真空式除氧系统技术方案相对于常规的火电机组热力系统而言，主要改进为取消除氧器，将四级抽汽引入后一级高加；在高压给水泵前加混合器，高加后一级疏水引入混合器；取消末级抽汽和该级低压加热器；凝结水泵后加混合式低压加热器，汽轮机凝结水经凝结水泵送入混合式加热器，进入混合式加热器的凝结水经喷嘴喷出与给水泵小汽机排汽混合并除氧，混合后的凝结水经凝结水泵送入低压加热器1。
2.2除氧式凝汽器热力系统
美国、法国等国的除氧式凝汽器热力系统在我国常规火电上的一次应用是在福建湄洲湾火电厂。福建湄洲湾火电厂由美国BECHTEL公司设计，采用法国阿尔斯通锅炉旋膜除氧器热力系统汽轮发电机组，机组于2001年3月8日投入商业运行8。
湄洲湾火电厂锅炉旋膜除氧器热力系统中，配置一个除氧凝汽器，凝汽器内装设蒸汽分布器，利用辅助蒸汽使补给水和凝结水在低负荷时达到饱和，使水中气体释放1。另一方面，凝结水系统中设置化学除氧系统，如果从凝结水泵出来的水质不符合要求，可向进入低加之前的凝结水母管中注入除氧剂，去除凝结水中残留氧气，以保证水质含氧量达到要求。
随着燃气—蒸汽联合循环发电技术的发展与成熟，除氧式凝汽器系统被广泛地应用在国内无抽气供热的大型燃气一蒸汽联合循环电站中。哈尔滨电气集团供货的中山衡门电厂3、4号机组就采用了美国通用GE公司的除氧式凝汽器热力系统，实现了机组锅炉旋膜除氧器热力系统的配置。
2.3常规凝汽器真空除氧热力系统
在国内，东方电气集团和上海电气集团供货的部分燃机联合循环电厂(无抽气供热)则采用了日本三菱MHI和德国西门子SIEMENS公司的锅炉旋膜除氧器热力技术，即采用常规凝汽器真空除氧和启动除氧器结合的技术。
以深圳前湾燃机电厂一期为典型的日本三菱MHI技术，正常运行的除氧采用常规凝汽器真空除氧加化学除氧，以满足凝结水含氧量的需要，机组冷态启动过程时，通过旁路启动除氧器对凝结水进行除氧。
以河南中原燃气电厂为典型的德国西门子SIEMENS技术，正常运行的除氧也是采用常规凝汽器真空除氧加化学除氧，40%负荷以上时运行含氧量为7ppb,可以满足除氧要求，当40%负荷以下时，凝结水在低压省煤器中加热后，经过旁路旋膜除氧器除氧后才进入高中压给水泵。
MHI技术和SIEMENS技术中，凝汽器真空除氧性能是整个热力系统的关键所在。文献[8]对多个电站各种常规凝汽器真空性能进行了测试，测试显示，机组负荷在50%以上时，常规凝汽器出口凝结水含氧量都能保证在42ppb之下，在80%负荷之上时，含氧量都保证在20ppb之下。经过凝汽器本身的除氧之后，化学联氨除氧则将给水的含氧量保证在7ppb以下，达到锅炉给水含氧量要求。
3国内外锅炉旋膜除氧器热力系统技术路线总结
表1国内外锅炉旋膜除氧器热力系统的技术路线和应用
路线一路线二路线三
技术研发国前苏联美国、法国日本、德国
国内外技术方案低压回热系统中采用混合式加热器/复合凝结水真空式除氧系统采用除氧式凝汽器+联氨除氧采用常规凝汽器真空除氧+联氨除氧+启动除氧器
国外应用俄罗斯等国家的五十多台大型机组上采用美国亚历桑那州电厂/美国Gilroy热电厂等燃气蒸汽联合循环电厂
国内应用带小汽机的300MW火电机组改造湄洲湾火电厂/燃气—蒸汽联合循环电厂(GE技术)燃气—蒸汽联合循环电厂(MHI技术和SIEMENS技术)
综上所述，国内外锅炉旋膜除氧器热力系统的技术路线和应用主要分为三类(详见表1)一是以前苏联为主的一些国家在低压回热系统中采用混合式加热器，取消除氧器；二是以美国、法国为主的一些国家采用除氧式凝汽器热力系统；三是日本、德国等国采用常规除氧器真空除氧和启动除氧器相结合的热力系统，这也是目前在联合循环电厂中应用比较广泛的。
相应的，国内也在其基础上出现了三种技术路线一是被广泛应用于带小汽机的300MW火电机组改造的采用凝汽器后加混合式加热器的锅炉旋膜除氧器热力系统，称为复合凝结水真空式除氧系统；二是应用于哈尔滨电站集团供货的燃气一蒸汽联合循环电厂的采用除氧式凝汽器的锅炉旋膜除氧器热力系统，目前这类带除氧器凝汽器的锅炉旋膜除氧器热力系统在国内火电机组上的应用只有福建湄洲湾电厂；三是应用于东方电气集团和上海电气集团供货的燃气—蒸汽联合循环电厂的采用常规凝汽器真空除氧和启动旋膜除氧器结合的锅炉旋膜除氧器热力系统。
随着对电厂系统运行经济性、节约一次能源、降低能耗等要求的提高，在电厂设计和改造中，特别是带汽动给水泵的300MW火电机组改造以及无抽汽供热的燃气蒸汽联合循环机组中，采用锅炉旋膜除氧器热力系统是一种行之有效的技术方案。本文总结的以上三条锅炉旋膜除氧器热力系统的技术路线，在国内外均有成熟的理论基础和工程应用，可考虑在我国推广。