劉 利，雷平和

(北京國電華北電力工程有限公司，北京市，100120)

1 凝結(jié)水溶氧超標(biāo)概述

汽輪發(fā)電機組的凝結(jié)水溶氧超標(biāo)是多年來一直困擾直接空冷機組正常運行的一大難題，它直接影響機組的安全經(jīng)濟運行和循環(huán)熱效率[1-9]。特別是在冬季采暖季節(jié)，很多空冷機組的凝結(jié)水溶氧指標(biāo) (大于100 μg/L)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過火力發(fā)電機組及蒸汽動力設(shè)備水汽的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(小于30μg/L)。

凝結(jié)水溶氧高，一般認(rèn)為有以下幾個原因：

(1)真空嚴(yán)密性差(按照標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)保持在200Pa/min)；

(2)凝結(jié)水過冷度大(一般為5～6℃)；

(3)系統(tǒng)補充除鹽水(常溫、常壓下除鹽水的溶氧約為 8000 μg/L)。

(4)直接空冷機組的真空容積較大，一般300 MW機組約為1萬m3，600 MW機組約為1.8萬m3。機組的真空系統(tǒng)管束、管道接口多，出現(xiàn)漏空點的概率高。

2008年11月，大同二電廠對8號600 MW直接空冷機組進行了無凝結(jié)水補水時的實際溶氧情況試驗(3.5 h)。試驗前，首先進行了8號機組真空嚴(yán)密性試驗，其結(jié)果為230Pa/min。試驗開始，關(guān)閉補水，約1.5 h后，凝結(jié)水溶氧由64 μg/L降至25 μg/L，之后的2 h期間，溶氧始終維持在 30 μg/L 以下，最低 21 μg/L，最高 29 μg/L。

試驗結(jié)束后恢復(fù)補水，凝結(jié)水溶氧開始逐步升高，2 h 后達(dá)到最大值，為 66 μg/L。

上述試驗結(jié)果表明，當(dāng)機組的真空嚴(yán)密性保持在約200 Pa/min時，凝結(jié)水溶氧超標(biāo)的直接原因只是由于凝結(jié)水補水。

另外，8號機組在試驗過程中凝結(jié)水平均過冷度在穩(wěn)定負(fù)荷階段為5.35℃，在變負(fù)荷階段為5.6℃(空冷系統(tǒng)的設(shè)計過冷度為6.7℃)。而凝結(jié)水回水也可以降至30 μg/L及以下。這說明在一定真空嚴(yán)密性條件下，沒有補水為前提，過冷度對凝結(jié)水的溶氧影響較小。

當(dāng)有補水時，由于除鹽水的溶氧有可能高達(dá)8000 μg/L，一旦凝結(jié)水有過冷度，將不能完全除氧，其溶氧必然很高。特別是在冬季采暖期間，系統(tǒng)需要大量補水，而且冬季背壓低，過冷度高，凝結(jié)水溶氧指標(biāo)達(dá)到峰值。

2 凝結(jié)水回水系統(tǒng)及其補水系統(tǒng)的配置

國內(nèi)首臺300 MW和600 MW直接空冷機組分別投產(chǎn)至今已有6年的時間，在此期間，全國已有上百臺300 MW、600 MW直接空冷機組相繼投產(chǎn)。這些機組的凝結(jié)水及其補水系統(tǒng)不盡相同，其系統(tǒng)配置經(jīng)歷了以下幾個階段。

(1)系統(tǒng)配獨立的凝結(jié)水水箱，凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補水進入凝結(jié)水箱。國內(nèi)早期投產(chǎn)的300 MW、600 MW直冷機組，在凝結(jié)水系統(tǒng)的設(shè)備配置上，基本采納國外的配置模式，即凝結(jié)水箱單獨設(shè)置，凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補水進入凝結(jié)水箱。為了提高水箱的除氧效果，減少凝結(jié)水過冷度，凝結(jié)水和補水進入凝結(jié)水箱后的管道上一般設(shè)置小孔霧化噴淋，并從汽輪機排汽管道上引出1～2根蒸汽管道接入水箱進行加熱和除氧。該系統(tǒng)霧化效果差，加熱不充分，經(jīng)運行實踐證明除氧效果差，冬季采暖補水量較大時，凝結(jié)水含氧量最高可達(dá)300 μg/L。

(2)為了改善除氧效果，一些機組將凝結(jié)水補水引至空冷凝汽器前的分配管，使補充水進入空冷凝汽器與蒸汽混合而加熱，氧氣等不凝氣體析出后經(jīng)逆流空冷凝汽器被真空泵抽出。運行證明，補水引至空冷凝汽器分配管后，除氧效果大大提高，但凝結(jié)水溶氧仍然不能達(dá)標(biāo)。機組正常運行有補水時，凝結(jié)水含氧量為40～80 μg/L。冬季采暖補水量較大時，凝結(jié)水含氧量最高可達(dá)100 μg/L。

(3)隨著工程設(shè)計的不斷優(yōu)化和運行實踐經(jīng)驗的逐漸積累，最終形成了在空冷機組低壓缸下部的排汽管道上設(shè)置集疏水箱、凝結(jié)水箱為一體的排汽裝置。凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補水經(jīng)過水膜噴嘴或小孔噴淋方式噴入排汽裝置。由于在排汽裝置內(nèi)凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補水能夠與汽機排汽充分混合，凝結(jié)水被加熱、除氧，減小了凝結(jié)水的過冷度，使凝結(jié)水的溶氧又進一步降低。但由于汽機排汽的蒸汽品質(zhì)較差，如果進入排汽裝置的凝結(jié)水回水和補水管道的位置不合理，或者回水和補水在排汽裝置內(nèi)的噴淋系統(tǒng)效果不好，凝結(jié)水溶氧指標(biāo)仍然有可能超標(biāo)。

3 改造情況及運行效果

針對不同配置的凝結(jié)水系統(tǒng)，對凝結(jié)水溶氧指標(biāo)的控制可采取不同方法。

3.1 排汽裝置內(nèi)配置凝結(jié)水和補水噴淋系統(tǒng)

早期的直接空冷機組凝結(jié)水和補水入口位置多在熱井上的導(dǎo)流板下面，僅靠從導(dǎo)流板開孔處引出的部分蒸汽進行加熱，由于管系距熱井水面很近，換熱強度有限。新型的噴淋系統(tǒng)在排汽裝置殼體上部適當(dāng)標(biāo)高處設(shè)置凝結(jié)水回水和凝結(jié)水補水的入口位置，讓汽輪機排汽直接對回水和補水進行加熱，增加換熱強度，同時選用霧化效果好的噴嘴。

托克托電廠5號機組安裝時，回水管系采用了從匈牙利引進的水膜噴嘴，經(jīng)測試換熱效果不理想。后來改造時更換成了一種新型的錐形水膜噴嘴。這種新型噴嘴是汽機廠經(jīng)過幾十次改型試驗研制而成，在同樣的噴水條件下，水膜面積比最初使用的水膜噴嘴水膜面積增大80%。這種噴嘴霧化效率高，可更好地與低壓缸排汽進行換熱，除氧效果好。經(jīng)過改造，5號機組凝結(jié)水含氧量由 30～60 μg/L降至 30 μg/L以下，其中夏季最高為 19 μg/L，冬季最高為 30 μg/L，此時的系統(tǒng)真空嚴(yán)密性為260～300 Pa/min。

目前，通遼電廠1×600MW直接空冷機組、霍林河電廠2×600MW直接空冷機組、大同塔山電廠2×600 MW直接空冷機組和大同二電廠三期2×660MW直接空冷機組的排汽裝置內(nèi)均設(shè)置了帶施托克噴嘴的除氧裝置，上述電廠均已投產(chǎn)運行。其保證的凝結(jié)水出口的含氧量均小于40μg/L。實際運行效果均低于40μg/L。

大同塔山電廠1、2號機組分別于2008年7月和10月投產(chǎn)，2臺機組在投產(chǎn)的最初幾個月里，凝結(jié)水溶氧指標(biāo)一致保持在20～30 μg/L之間，效果較好。但是自2009年以后，2臺機組出現(xiàn)了一些漏點，使得空冷系統(tǒng)真空嚴(yán)密性降低到360～680 kPa/min，凝結(jié)水含氧量升至40～50 μg/L。目前，電廠準(zhǔn)備在機組停機時對漏點進行處理，恢復(fù)真空系統(tǒng)的嚴(yán)密性。

3.2 外置式凝結(jié)水箱的改造

國外直冷機組的空冷系統(tǒng)大都設(shè)置獨立的凝結(jié)水箱，凝結(jié)水回水和補水進入凝結(jié)水箱加熱除氧。為達(dá)到除氧效果，很多機組的凝結(jié)水箱的頂部加裝了施托克噴嘴。該噴嘴最初就是應(yīng)用于真空除氧器的除氧裝置，后來其技術(shù)被延伸用到高壓除氧器上，采用施托克噴嘴的內(nèi)置式高壓除氧器已在國內(nèi)廣泛應(yīng)用。

目前國內(nèi)一些有獨立凝結(jié)水箱的直接空冷電廠也開始考慮對水箱進行改造，加裝施托克噴嘴。以600 MW直冷機組為例，改造方法是在凝結(jié)水箱頂部設(shè)2個700型噴嘴和1個DN150型噴嘴。凝結(jié)水回水和補充水的除氧過程分為3級，并引入低加疏水作為輔助熱源。

第1級除氧：凝結(jié)水回水和補水通過噴嘴，進行噴霧除氧。

第2級除氧：補水通過1個槽型換熱裝置與從槽板下進入換熱裝置的汽機排汽進行充分換熱；凝結(jié)水回水在噴淋區(qū)域內(nèi)與排汽進一步充分換熱。

第3級除氧：利用進入凝結(jié)水箱的低加疏水通過1個精除氧裝置與凝結(jié)水混合換熱，完成最終除氧。

凝結(jié)水回水和補水經(jīng)過3級除氧后，預(yù)期目標(biāo)為凝結(jié)水箱出口溶氧小于30 μg/L。

水箱改造的主要技術(shù)參數(shù)如下：

4 結(jié)論

（1）保證真空嚴(yán)密性是控制凝結(jié)水溶氧指標(biāo)重要前提條件。在空冷島安裝時期，必須保證焊接嚴(yán)密性，嚴(yán)格控制每道焊口的焊接質(zhì)量和焊接工藝，減少或消除空冷系統(tǒng)的泄漏點。

（2）不論是獨立的凝結(jié)水箱系統(tǒng)還是排汽裝置系統(tǒng)，對凝結(jié)水回水和補充水進行除氧是問題的關(guān)鍵，采用霧化良好的噴嘴和有效的加熱可獲得理想的除氧效果。

（3）凝結(jié)水補水是凝結(jié)水系統(tǒng)溶氧高的主要原因，因此，也可以考慮對補水在進入凝結(jié)水系統(tǒng)前進行除氧，即設(shè)置補水除氧器。以此消除在補水量大時凝結(jié)水溶氧高的可能性，更進一步保證凝結(jié)水系統(tǒng)的溶氧控制在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

[1]國電電力大同第二發(fā)電廠發(fā)電部.8號機主凝結(jié)水溶氧摸底試驗報告[R].2009.

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