on 300 MW
FossilFuelUnits
國(guó)家電力公司成套設(shè)備部（北京100011） 吳旭東
摘 要：通過(guò)介紹旋膜除氧器的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和百余臺(tái)國(guó)產(chǎn)旋膜除氧器的運(yùn)行業(yè)績(jī)，進(jìn)而分析了國(guó)產(chǎn)旋膜除氧器的生產(chǎn)技術(shù)和生產(chǎn)能力，指出了旋膜除氧器應(yīng)用于300
MW級(jí)火電機(jī)組的可行性，提出了試驗(yàn)項(xiàng)目和技術(shù)鑒定的建議。
關(guān)鍵詞：旋膜除氧器；淋水密度；提升溫度；出入口濃度差；排汽量；滑壓率
1 旋膜除氧器的特點(diǎn)
隨著高參數(shù)大容量發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，對(duì)熱力除氧器的技術(shù)性能和特殊功能的要求愈來(lái)愈高，為使除氧水中溶氧趨于零，除氧器適應(yīng)范圍更寬，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，許多國(guó)家都進(jìn)行了大量的研究工作，取得了很多成果。
當(dāng)前熱力除氧器從傳熱傳質(zhì)的機(jī)理上可分為霧化、泡沸和旋轉(zhuǎn)膜3種，從形式上可分為立塔、臥塔和隱塔（亦稱(chēng)無(wú)塔）3種。
旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基礎(chǔ)上制造的。旋膜除氧器、霧化除氧器和泡沸除氧器主要參數(shù)比較見(jiàn)表1。由表1可知，與霧化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器具有淋水密度大、提升溫度高、出入口氧濃度差大、排汽量小和全滑壓的特點(diǎn)，適于補(bǔ)水率大、入口水溶氧高、入口水溫低、負(fù)荷變化大的調(diào)峰機(jī)組和熱電廠(chǎng)，更適于凝汽式機(jī)組配套使用。旋膜除氧器在國(guó)內(nèi)300
MW以下機(jī)組已應(yīng)用百余臺(tái)，為擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，特進(jìn)行應(yīng)用于300 MW機(jī)組的可行性研究。
2 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
《火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：“除氧器的總?cè)萘�，�?yīng)根據(jù)最大給水消耗量選擇”；“給水箱的貯水量，200
MW及以下機(jī)組為10～15 min的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)的給水消耗量。200 MW以上機(jī)組為5～10
min的鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量時(shí)的給水消耗量。給水箱的貯水量是指給水箱正常水位至水箱出水管頂部水位之間的貯水量�！薄 ∫虼�，根據(jù)300
MW火電機(jī)組鍋爐最大連續(xù)蒸發(fā)量為1 025 t／h，給水消耗量為最大連續(xù)蒸發(fā)量105％，即1 076．25 t／h。300
MW火電機(jī)組旋膜除氧器的水箱貯水量（有效容積）可以確定為90～180 m3之間。水箱的全幾何容積為有效容積的1．25倍，水箱的全幾何容積可以確定為112．5～225
m3之間。
旋膜除氧器的設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度等技術(shù)參數(shù)應(yīng)符合能源安保［1991］709號(hào)文《電站壓力式除氧器安全技術(shù)規(guī)定》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和GB
150—98《鋼制壓力容器》的有關(guān)規(guī)定。
3 國(guó)產(chǎn)旋膜除氧器應(yīng)用的技術(shù)保證
3．1 旋膜除氧器的原理
旋膜除氧器是將旋膜管垂直放置，內(nèi)外壁用隔板隔開(kāi)，將一定壓力的水引至噴管外壁，在壓差的作用下，水自小孔噴射入管內(nèi)，形成短暫的射流，由于管內(nèi)充滿(mǎn)了加熱蒸汽，射流的水便卷吸了大量的蒸汽，產(chǎn)生混合加熱作用。
射流結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)水流往往很快進(jìn)入紊流狀態(tài)，加熱蒸汽迅速加熱旋轉(zhuǎn)水流，析出大量不凝結(jié)氣體，由于旋轉(zhuǎn)水流基本上是緊貼管壁旋轉(zhuǎn)而下，在旋膜管中間形成汽—?dú)馔ǖ溃淮嬖跉怏w流動(dòng)死區(qū)，析出的不凝結(jié)氣體被訊速排出。
在離心力和重力的作用下，旋轉(zhuǎn)水流于旋膜管的出口形成張開(kāi)的水膜裙。由于水膜裙自上而 下運(yùn)動(dòng)，加熱蒸汽自下而上運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了水膜裙的波動(dòng)，使水膜裙迅速進(jìn)入紊流狀態(tài)，增強(qiáng)了加熱蒸汽的凝結(jié)放熱。旋膜管的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程如圖1。
射流、旋膜和懸掛式泡沸3種傳熱傳質(zhì)方式源于石化系統(tǒng)設(shè)備的噴射、降膜、泡沸傳熱傳質(zhì)方式。旋膜除氧器將射流、旋轉(zhuǎn)膜和懸掛式泡沸3種傳熱、傳質(zhì)方式縮為一體，在一個(gè)單元的部件內(nèi)完成，提高了除氧效率。與霧化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器在技術(shù)上是一種創(chuàng)新。
3．2 國(guó)產(chǎn)300 MW火電機(jī)組旋膜除氧器的構(gòu)造
300 MW火電機(jī)組旋膜除氧器由除氧塔和水箱兩大部套組成。
3．2．1 旋膜除氧塔的構(gòu)造
旋膜除氧塔結(jié)構(gòu)如圖2，給水除氧和加熱主要在除氧塔內(nèi)完成。除氧塔由1級(jí)、2級(jí)除氧組件和其它部件組成。
3．2．1．1 1級(jí)除氧組件
它由筒體、多層隔板、旋膜管、雙流連通管、水入口混管和蒸汽管組焊為一體，并分有水室、汽室和水膜裙室。
�。�1）隔板用來(lái)將一次除氧組件分隔成水室和
汽室。（2）全部給水（含各種補(bǔ)給水）經(jīng)水入口混管混合后送入水室，供除氧用�；旃艿奶攸c(diǎn)是利用噴射器的原理混合不同壓力的水。（3）旋膜管用無(wú)縫鋼管，并上、下鉆有射流孔、泡沸孔制成。旋膜管排列示意如圖3。旋膜管為傳熱傳質(zhì)主要部件，依其功能分為3種，即主件管、排水管和排汽管，按設(shè)計(jì)要求選擇旋膜管的數(shù)量和進(jìn)行工藝布置。排水旋膜管具有射流、旋膜和泡沸功能，當(dāng)停用時(shí)可排出水汽室內(nèi)的積水。排汽旋膜管除具有傳熱傳質(zhì)功能外，還可排除1級(jí)除氧組件下隔板上部的氣（汽）體。(4）雙流連通管由無(wú)縫鋼管制成，示意如圖4，它的主要作用是導(dǎo)回汽水分離室內(nèi)分離下來(lái)的積水和旋膜管帶出的積水，排出除氧塔自由空間上部的氣（汽）體，并在管內(nèi)使兩種介質(zhì)進(jìn)行換熱。（5）自由空間亦稱(chēng)水膜裙室，相當(dāng)于除氧器的霧化區(qū)，它是旋轉(zhuǎn)膜作用的終程。每個(gè)旋膜器的水裙最大可用面積由試驗(yàn)確定。由于除氧水溫在自由空間內(nèi)已近于飽和溫度，水中氧的解析也應(yīng)該全部或接近于全部完成。實(shí)測(cè)結(jié)果說(shuō)明，水膜裙形態(tài)及自由空間的容積對(duì)除氧效果有直接影響。
3．2．1．2 2級(jí)除氧組件
它由篦組和填料組兩大部件組成。
（1）篦組由薄鋼板，并經(jīng)切割、壓制成弧形的管條和框架組成。篦條等距焊在框架上，框架為可卸式。篦組的主要作用是將1級(jí)除氧后的水進(jìn) 行二次分配。篦條空間面積不小于總截面的50％。
�。�2）填料組是用網(wǎng)波填料和框架組成�？蚣転榭尚妒健＞W(wǎng)波填料亦稱(chēng)液汽網(wǎng)，是用0．1 mm×0．4
mm扁不銹鋼絲編制成的具有Ω型孔眼的網(wǎng)帶，固定在框架內(nèi)，如圖5。依其卷制的松緊可以調(diào)整網(wǎng)波填料的比表面積，網(wǎng)波填料的調(diào)整范圍為：重量可為80～400 kg／m3，比表面積為160～1
800 m2／m3，空隙率為（99～94）％。除氧器依據(jù)需要一般選用比表面積為250～350 m2／m3、空隙率為94％的填料層，通常不超過(guò)2層。
�。�3）為固定二次除氧組件，其下部設(shè)有托架，上部設(shè)有可卸式壓固件。
3．2．1．3 其它部件
指旋膜除氧塔上、中、下部裝設(shè)的汽水分離器、高加疏水配管、加熱蒸汽導(dǎo)管、落水管。
�。�1）汽水分離器由托架、排汽管和填料組成，選用網(wǎng)波填料作為分離填料。為簡(jiǎn)化設(shè)備，將汽水分離器與除氧塔上部人孔組合為一體，檢修時(shí)要將人孔蓋連同汽水分離器一起取下。
（2）高加疏水配管采用孔管配水，孔管為側(cè)下噴式，孔管內(nèi)部為可卸式，膨脹端采用丁字頭固定。
�。�3）蒸汽導(dǎo)管均布于除氧塔的下部，落水管位于中心，與水箱上部相應(yīng)管口對(duì)接，蒸汽導(dǎo)管和落水管是現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)的主要對(duì)接口，制造時(shí)應(yīng)配裝。
�。�4）除氧塔外殼的支腿，主要用于安裝時(shí)吊裝對(duì)口，它與水箱支腿座用法蘭連接。
3．2．2 水箱的構(gòu)造
旋膜除氧水箱用于貯水和緩沖，及鍋爐上水時(shí)的加熱和輔助除氧。
300 MW火電機(jī)組旋膜除氧器配套的水箱內(nèi)裝有加熱蒸汽導(dǎo)管、配水管、再沸騰管、防旋板及其它必須的部件與接口。
3．2．2．1 加熱蒸汽導(dǎo)管
除氧塔的加熱蒸汽，經(jīng)水箱內(nèi)上部的蒸汽導(dǎo)管接旋膜除氧塔，下部經(jīng)通汽管送入旋膜除氧塔底部。當(dāng)蒸汽送入除氧塔底部時(shí)采用噴射方式。在向塔內(nèi)送汽時(shí)將水箱內(nèi)水位上部含有氧的汽體一并帶出，使水、汽界面以上的汽體中氧的分壓降到最低。
3．2．2．2 配水管
除氧塔除氧后的水，經(jīng)落水管引送至配水管并直接分別配送到水箱下部的各出水口處。確保汽機(jī)甩負(fù)荷時(shí)冷水能直接送到出水口，防止給水泵入口汽化。
3．2．2．3 再沸騰管
水箱裝有再沸騰管，用于鍋爐上水時(shí)和機(jī)組啟動(dòng)時(shí)加熱除氧，機(jī)組啟動(dòng)帶負(fù)荷后即應(yīng)停止使用。
3．2．2．4 防旋板
水箱下部有3個(gè)出水口，為管端平接，內(nèi)部不留凸頭。在各出水箱口裝設(shè)防旋板，防止低水位時(shí)水發(fā)生旋流，相應(yīng)增加水箱有效容積。試驗(yàn)證明，水的旋流對(duì)水泵汽蝕影響很大，無(wú)防旋板時(shí)，水箱水位必須保持管徑的3倍高度，有防旋板則可降為1．5倍以下。
3．2．2．5 其它附件
包括給水泵再循環(huán)管、溢流管及軸封供汽、低位放水等管口。門(mén)桿漏汽管直接引入加熱蒸汽導(dǎo)管上。
3．3 旋膜除氧器系統(tǒng)
國(guó)產(chǎn)300 MW火電機(jī)組旋膜除氧器系統(tǒng)（如圖6）的運(yùn)行方式可為定壓和滑壓運(yùn)行，其滑壓域由負(fù)壓至0．8 MPa，故要求系統(tǒng)作相應(yīng)改變。
�。�1）排汽系統(tǒng)改為兩個(gè)去向：排向大氣；增設(shè)排汽管，且引向汽機(jī)凝汽器的頸部，為能做到鍋爐上水時(shí)和機(jī)組啟動(dòng)時(shí)溶氧合格，在引向凝汽器的負(fù)壓管道上又裝一引向抽真空系統(tǒng)入口的管道，以保證在汽機(jī)軸封沒(méi)有送汽密封前能使除氧器負(fù)壓運(yùn)行。當(dāng)汽機(jī)沖轉(zhuǎn)后排汽引至凝汽器頸部，當(dāng)汽機(jī)帶負(fù)荷后，除氧器水溫達(dá)107℃以上時(shí)，改為對(duì)大氣排汽（氣）。排汽（氣）母管和支管均裝有相應(yīng)閥門(mén)。
�。�2）低水位緊急補(bǔ)水管。為防止除氧器水位降至危險(xiǎn)低水位時(shí)正常系統(tǒng)能補(bǔ)上水，特增設(shè)由化學(xué)除鹽水箱直接補(bǔ)水系統(tǒng)�？稍O(shè)專(zhuān)用管路，亦可在正常補(bǔ)水管路上接管。但要保證泵和電動(dòng)閥門(mén)開(kāi)啟靈活方便。
除氧器采用滑壓運(yùn)行不僅可避免啟動(dòng)和運(yùn)行中復(fù)雜的操作程序，更可使機(jī)組經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。經(jīng)研究，一臺(tái)200 MW機(jī)組采用滑壓運(yùn)行時(shí)熱耗值可降低（3～4）×4．186 8
kJ／（kW·h），每年可節(jié)標(biāo)準(zhǔn)煤800 t。
3．4 旋膜除氧器的保護(hù)與報(bào)警
�。�1）水箱和除氧塔上設(shè)有足夠數(shù)量的全啟式安全閥，安全閥數(shù)量和規(guī)格應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程。（2）旋膜除氧器應(yīng)裝設(shè)就地和遠(yuǎn)方水位計(jì)，
并具有水位高、低報(bào)警裝置和危險(xiǎn)高、低水位動(dòng)作裝置。
�。�3）滑壓運(yùn)行除氧器可取消壓力調(diào)節(jié)閥，加裝緊急閉汽閥。
（4）增加緊急補(bǔ)水開(kāi)啟水泵（或閥）。
3．5 試驗(yàn)
為滿(mǎn)足大型發(fā)電機(jī)組對(duì)除氧器的要求，應(yīng)對(duì)國(guó)產(chǎn)300 MW火電機(jī)組旋膜除氧器進(jìn)行下列項(xiàng)目的試驗(yàn)研究。
（1）真空除氧試驗(yàn)。（2）隨機(jī)組滑啟試驗(yàn)。（3）大負(fù)荷下水中溶氧試驗(yàn)。（4）降低給水溫度和突變負(fù)荷試驗(yàn)。（5）隨機(jī)滑停試驗(yàn)。（6）瞬間直補(bǔ)疏水試驗(yàn)。（7）排汽量試驗(yàn)。
（8）旋膜管水裙面積和流量試驗(yàn)。
4 國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)旋膜除氧器技術(shù)和生產(chǎn)狀況
4．1 技術(shù)狀況
從技術(shù)來(lái)源分析，瓦房店?yáng)|大熱電設(shè)備有限公司，朝陽(yáng)市電力機(jī)械廠(chǎng)，青島磐石容器制造有限公司的技術(shù)都來(lái)源于東北電力科學(xué)研究院（下稱(chēng)東電技術(shù)）；中州汽輪機(jī)廠(chǎng)，哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司的技術(shù)來(lái)源于西安熱工研究所（下稱(chēng)西安技術(shù)）。
4．1．1 東電技術(shù)
1974年，與撫順石油二廠(chǎng)熱電廠(chǎng)合作，將該 廠(chǎng)25
MW供熱機(jī)組配套的G－225型淋水盤(pán)式低壓除氧器改為低壓旋膜除氧器，首次應(yīng)用的旋膜管由D108×4．5無(wú)縫鋼管制成，單管出力為3～4t／h，作為一次除氧，以不銹鋼網(wǎng)波填料作為二次除氧，即深度除氧。改造后效果良好，顯示旋膜管填料裝置除氧效率高，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)。旋膜管及網(wǎng)波填料技術(shù)系來(lái)自化工設(shè)備，加以改進(jìn)，形成了旋膜除氧設(shè)備的雛形。
1983年，與渾江電廠(chǎng)合作，將旋膜除氧技術(shù)推廣應(yīng)用到100
MW機(jī)組配套的GC－420型噴霧填料式高壓除氧器的改造。這次應(yīng)用的旋膜管由D133×4．5無(wú)縫鋼管制成，單管出力為4～7
t／h，單管出力增大，改造后分別進(jìn)行了在變負(fù)荷70～100
MW，變補(bǔ)水量（5～13）％，變進(jìn)水溫度和最低進(jìn)水溫度97℃的情況下的試驗(yàn)，經(jīng)測(cè)試，給水溶氧量合格。試驗(yàn)結(jié)果由吉林電力工業(yè)局組織鑒定，肯定了改造的效果。
1987年，與朝陽(yáng)電廠(chǎng)合作，將一臺(tái)200
MW機(jī)組配套的GC－670型噴霧填料式高壓除氧器改為旋膜除氧器。旋膜管由D133×4．5無(wú)縫鋼管制成，改造后效果良好，經(jīng)東北電業(yè)管理局組織鑒定，認(rèn)為“其除氧效果和適應(yīng)性具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平”。
最近幾年，北京第一熱電廠(chǎng)，山西太原第一熱電廠(chǎng)，河南洛陽(yáng)熱電廠(chǎng)，山西漳澤電廠(chǎng)先后訂貨和運(yùn)行了幾臺(tái)根據(jù)東電技術(shù)生產(chǎn)的300
MW火電機(jī)組等級(jí)的旋膜除氧器，但由于投運(yùn)時(shí)間短等原因，均未進(jìn)行技術(shù)鑒定。
原東電技改局于90年代初完成了為300MW火電機(jī)組配套的旋膜除氧器的設(shè)計(jì)方案。
4．2．1 西安技術(shù)
70年代末，為掌握旋膜除氧器的噴淋特性及傳熱傳質(zhì)機(jī)理，西安熱工研究所籌建了冷態(tài)試驗(yàn)臺(tái)、單管熱態(tài)試驗(yàn)臺(tái)。
隨著電力工業(yè)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，早期投運(yùn)的除氧器除氧效果不能滿(mǎn)足要求，各電廠(chǎng)要求對(duì)其進(jìn)行技術(shù)改造，為此西安熱工研究所將試驗(yàn)研究成果應(yīng)用于改造中。
1983年，壩橋熱電廠(chǎng)3號(hào)機(jī)除氧器技術(shù)改造時(shí)，將C－150型除氧器改為旋膜除氧器，改造后運(yùn)行穩(wěn)定，出口溶氧小于5μg／L，低負(fù)荷時(shí)也能滿(mǎn)足出口溶氧要求。
1988年，壩橋熱電廠(chǎng)又對(duì)8號(hào)機(jī)230 t／h除氧器進(jìn)行技術(shù)改造，改造后出力可達(dá)290
t／h，運(yùn)行穩(wěn)定無(wú)振動(dòng)，出口溶氧合格，在進(jìn)水溫度降低到85～90℃時(shí)，仍能滿(mǎn)足出口溶氧要求。
最近幾年，根據(jù)西安技術(shù)，在河南洛陽(yáng)熱電廠(chǎng)訂貨并運(yùn)行了1臺(tái)300 MW火電機(jī)組等級(jí)的旋膜除氧器，但由于投運(yùn)時(shí)間短等原因，未進(jìn)行技術(shù)鑒定。
1991年西安熱工研究所完成了300 MW火電機(jī)組配套的旋膜除氧器的設(shè)計(jì)。
4．2 生產(chǎn)情況
目前，國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)旋膜除氧器的有瓦房店?yáng)|大熱電設(shè)備有限公司，中州汽輪機(jī)廠(chǎng)，朝陽(yáng)市電力機(jī)械廠(chǎng)，青島磐石容器制造有限公司，哈爾濱鍋爐有限責(zé)任公司等制造廠(chǎng)。他們都具有旋膜除氧器的壓力容器設(shè)計(jì)和制造許可證，有相應(yīng)的加工、檢測(cè)和試驗(yàn)設(shè)備，共生產(chǎn)了百余臺(tái)旋膜除氧器，可以說(shuō)國(guó)內(nèi)已具備生產(chǎn)300
MW級(jí)旋膜除氧器的制造能力。
5 結(jié)論
據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)各廠(chǎng)生產(chǎn)的旋膜除氧器已先后應(yīng)用了300臺(tái)，其中，50 MW級(jí)的旋膜除氧器64臺(tái)，100
MW級(jí)的旋膜除氧器24臺(tái)，200 MW級(jí)的旋膜除氧器8臺(tái)，300
MW級(jí)的旋膜除氧器7臺(tái)。20年來(lái)的運(yùn)行實(shí)踐表明，發(fā)展旋膜除氧器的方向是正確的，旋膜除氧器的技術(shù)性能優(yōu)于霧化除氧器和泡沸除氧器。國(guó)內(nèi)已有幾家制造廠(chǎng)有一定的生產(chǎn)300
MW級(jí)旋膜除氧器的技術(shù)能力和制造能力，應(yīng)抓緊進(jìn)行旋膜除氧器的技術(shù)鑒定，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)旋膜除氧器全面應(yīng)用于300 MW火電機(jī)組。
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