火电厂除氧器布置方式改进设计

姜海波

（中冶北方（大连）工程技术有限公司辽宁大连116600）

摘要：目前，我国的综合国力在不断的增强，火电厂逐渐扩大生产规模，除氧器成为了火电厂的必须设备，除氧器的工作效率直接影响到了火电厂的运行效果，因而受到企业的广泛重视。而当前除氧器给火电厂企业带来的经济效益并不理想，主要是因为除氧器本身的质量问题以及管道裂缝所造成的水流腐蚀等，使其在具体的运作过程中并没有真正发挥作用。针对这一问题，基于优化除氧器的布置方法进行综合分析，提出有效的解决措施，以提高除氧器的运转效率，使得除氧器的功能能够充分被发挥出来。

关键词：电厂；除氧器；布置方法；优化措施；危害

引言

电厂发电机组的安全稳定性的要求，决定了汽轮机除氧器水位的控制在一定合理的范围内，除氧器能够对锅炉的给水进行合理有效地除氧和除不凝结气体处理，从而提高锅炉给水的品质，保证给水中没有氧气，避免含氧对所接触的金属设备造成腐蚀影响，从而对设备性能产生影响。针对汽轮机除氧器水位控制逻辑优化措施进行分析，从而推动发电机组的稳定发电。

1除氧器暂态计算原理

1）暂态过程说明暂态过程一般指滑压运行的除氧器由于机组负荷的剧烈变化除氧器内压力突变的短暂过程。给水泵最危险的工况是汽轮机从满负荷工况全甩负荷，此时除氧器突然失去全部加热蒸汽，压力在短时间内从运行压力降至大气压，而水温一时未能迅速下降，使得除氧器内的水发生“闪蒸”，此时给水泵入口的水温因泵吸入管内存有一定水量的原因短时间内不能降低，而泵的入口压力已随除氧器的压力下降了，这样就造成了泵入口的压力低于泵入口处水温对应的汽化压力，泵运行的安全可靠性下降，汽蚀的可能性增加。

2）除氧器暂态过程计算数学模型给水泵是否发生汽蚀取决于泵吸入系统的特性和泵本身的特性。反映泵本身的汽蚀特性的参数叫泵的必需汽蚀余量NPSHr，它是由泵的结构、转速、流量决定的泵吸入口和流道内压降的总和。反映泵吸入系统的特性的参数叫泵的有效汽蚀余量NPSHa，它反映了泵在吸入口处，单位重量的液体所具有的超过汽化压力的富余能量。

2除氧器类型

2.1常规除氧器

常规除氧器（又称为“有头式除氧器”）由除氧头和水箱两部分组成。除氧头的功能是完成凝结水的除氧。初级除氧阶段：凝结水由除氧头顶进入进水室，通过喷嘴雾化喷淋，与蒸汽充分接触，将绝大部分的不凝结气体排出，完成喷雾除氧过程，该除氧过程不能获得满意的除氧效果，尚须进行深度除氧来弥补其不足。深度除氧段：水自上而下经过层层淋水盘形成无数水膜，与逆向流动的蒸汽进行充分接触，完成深度除氧过程。

除氧水箱的功能是存储除氧水。加热蒸汽放热凝结成水，与除过氧的水一同进入水箱。

常规除氧器由除氧头和水箱两部分组成，为了实现压力平衡，需要在水箱上开设直径约为1600～2400mm的孔，达到水箱直径的0.4～0.8倍，大大超过GB150-1998《钢制压力容器》和ASME《锅炉及压力容器规范》中规定的最大允许开孔直径（0.33Do）。并且开孔处的集中荷载使得除氧头和水箱连接处产生很高的局部应力和变形，影响设备运行的安全性。

2.2内置式除氧器

内置式除氧器将除氧头和水箱合并成一个容器，完成除氧和储水两个功能。其除氧过程亦由两个阶段完成。

初级除氧阶段原理同常规除氧器一样，亦是由喷嘴喷雾除氧，不同处在于喷嘴结构型式及布置方式的不同。引进荷兰STORK技术的内置式除氧器采用迭式盘式喷嘴，圆盘型喷嘴由多个喷水圆盘和加强环组成。每个喷水圆盘由上下两个不锈钢碟形盘组成，在每个碟形盘的内侧边缘各有一个凸型半圆环。进水由上部进入各个碟形盘内侧，在水压作用下，具有弹性的上下碟形盘产生上下位移，使碟形盘内侧的一对凸形半圆环之间产生“张口”，形成一道环形截面，进水通过环形截面和碟形盘的外缘口喷出，形成一层水膜环。当进水流量减少时，进水压力降低，上下碟形盘在弹力作用下，内侧一对凸形半圆环之间的环形截面减小，喷嘴的喷水量相应减小。在没有进水时，一对凸形半圆环全部关闭，喷嘴停止喷水。迭式圆盘型喷嘴正常工作时，加热蒸汽自下而上加热水膜环。逸出的氧气自喷嘴两侧的排气口排向大气。STORK公司的这种迭式圆盘型喷嘴单只喷嘴处理水量可以达到1200t/h，喷嘴出力能够满足大型火电厂运行的要求。并且这种喷嘴具有良好的负荷调节能力，每个喷嘴的出力调节范围为10%～110%。

深度除氧阶段采用蒸汽水下鼓泡方式对除氧水进一步加热，密集的汽泡与水接触面积很大，水中残留的少量氧气随蒸汽从水中溢出，完成深度除氧的过程。

内置式除氧器由于喷嘴布置方式的集约化，体积更小，喷出水雾密度增大，使除氧所需空间减小，因此能够将除氧头内置于水箱内。与常规除氧器相比，降低了除氧器本体的高度和重量。并且单容积结构使得除氧器本体上最大开孔为人孔，直径约为500mm左右，这样的孔径可以使除氧器受力更均匀，强度和刚度都较常规除氧器有所提升。

3除氧器的优化布置措施

为了提高火电厂的运行效率，促进企业的经济效益提升，同时根据除氧器的作用原理可以对除氧器进行合理的优化布置。除氧器的布置方式对于火电厂的整体布局有着重要的影响。除氧器是一种混合式加热器，无法单独工作，往往会与其他装置设备共同作用。除氧器装置中最主要的部分还有水泵管道，在对除氧器进行安装时，要考虑水泵的压力极限和管道长度，为了提高水泵的运行安全，一般采用高位布置的方式。但高位布置会带来一个问题，就是除氧器设备的本身体积就比较庞大，对建筑结构的荷载作用也就较大，设计人员为了提高结构的承载力，会使用更多的材料对结构进行稳固建造，所产生的成本也就会增加。企业在布置除氧器时，首先就要考虑到建筑对除氧器的承载极限，创新并优化装置的布置方式，突破传统思维模式，以节约能源、提高经济效益为主要指导方向，对除氧器的布置进行合理地简化和优化。这里提出一种较为方便且能够大大节约布置面积的方式——露天布置。火电厂除氧器的长度一般为30~40m，直径在3.2~5.5m之内，放置在电厂会占据过多的位置来安放，影响到了其他装置的安放。如果采用露天布置的方式则可以很好地解决空间问题。一个除氧器占据的空间大概为7705m²，将其放置在露天之外就可以有效提高空间的使用率。当前国内很多发电厂都采用了露天布置除氧器的手段，比如黄石西塞电厂等，并且除氧器的运行效果也没有受到过多的影响。除氧器在进行布置时可以分为低位布置和高位布置，虽然前面说高位布置可以大大提高除氧器的工作安全性，但也要根据除氧器的性能来综合考虑。除氧器的体积都很大，对建筑物的压力会使得结构在经过长时间的作用后发生变形产生裂缝等现象，会严重影响到火电厂的整体运行效率。并且随着除氧器的安放高度越高，所需要的造价也就越高。如果除氧器放置的过高，就会使建筑结构的造价提升几倍，并且还会增加除氧器管道的用量。如果除氧器管道的布置高度不够，就会使得除氧器的蒸压作用发生阻塞现象，降低了除氧器的运行安全性。露天布置除氧器就可以很好地解决这一问题，如果将除氧器布置在发电炉的附近，与一般的内置方式相比，可以减少大约65403m²的空间，综合造价降低约2136万元。除氧器在安装时，要在满足安全性的条件下尽量满足低位布置，这样不仅可以降低建筑费用，还能减少管道的使用量。

结语

总体而言，科学合理地优化除氧器的布置方式可以大大降低能源的损耗，提高企业的经济效益。除氧器是火电厂运行的一个重要装置系统，在进行布置时要综合考虑所有可能出现的情况，尽量在满足管泵安全的情况下降低除氧器的安置高度，或者选择外置方式安装除氧器，以达到节约空间的目的。

参考文献：

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