國(guó)產(chǎn)100 MW及以上機(jī)組絕大多數(shù)配置噴霧填料式除氧器。這些除氧器，特別是100 MW、200 MW機(jī)組的除氧器，相當(dāng)一部分已運(yùn)行多年，彈簧噴嘴老化失效，內(nèi)部元件銹蝕損壞；加之70年代前后生產(chǎn)的除氧器填料多采用Ω型填料，其傳熱傳質(zhì)性能特別是氣體擴(kuò)散性能均不如目前的新型不銹鋼絲網(wǎng)材料，所以不少除氧器的除氧效果明顯下降，有的嚴(yán)重超標(biāo)，特別是在當(dāng)前電網(wǎng)負(fù)荷需求減少，多數(shù)機(jī)組頻繁運(yùn)行于部分負(fù)荷或低負(fù)荷工況時(shí)，溶氧超標(biāo)尤為嚴(yán)重。因此，針對(duì)這些電廠除氧器改造的迫切要求，推薦采用除氧器內(nèi)部改造方案，即在除氧頭殼體和水箱殼體滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求時(shí)，僅對(duì)除氧頭內(nèi)部關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化改造。實(shí)施內(nèi)部改造方案的投資僅為更新設(shè)備費(fèi)用的10%～20%，除氧效果完全能夠滿足運(yùn)行要求，而且由于進(jìn)汽裝置、填料等部件采用了優(yōu)化措施，其除氧效果、負(fù)荷適應(yīng)性、熱經(jīng)濟(jì)性等指標(biāo)更具有吸引力。韶關(guān)電廠200 MW機(jī)組除氧器的改造成功地為同類(lèi)設(shè)備改造提供了一條經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)捷、有效的途徑。
1 設(shè)備概述
韶關(guān)發(fā)電廠9號(hào)機(jī)系哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的200 MW機(jī)組，配用哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的GWC-670型高壓噴霧填料式除氧器；設(shè)計(jì)出力670 t/h，******出力700 t/h，額定運(yùn)行壓力/溫度為0.49 MPa/158 ℃。除氧器經(jīng)多年運(yùn)行后，改造前存在的主要問(wèn)題是：(1)給水含氧量嚴(yán)重超標(biāo)且不穩(wěn)定，如1995年11月為1.8～128.6 μg/L，1996年9月為0.2～15.3 μg/L；(2)Ω型填料散失，運(yùn)行中Ω型填料經(jīng)常脫落到給水泵入口，影響安全運(yùn)行；(3)霧化噴嘴彈簧失效且常脫落，失去調(diào)節(jié)功能。為此，韶關(guān)電廠決定對(duì)9號(hào)機(jī)組除氧器進(jìn)行改造。熱工研究院經(jīng)過(guò)對(duì)眾多改造方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性論證后提出除氧頭局部改造方案。
1997年7月在該機(jī)組大修期間對(duì)9號(hào)機(jī)除氧器完成了改造。從1997年8月除氧器投運(yùn)至今，設(shè)備運(yùn)行狀況良好。為了考核、評(píng)價(jià)改造后除氧器的熱力性能，由韶關(guān)發(fā)電廠和熱工研究院共同組織人員，于1998年3月進(jìn)行了性能試驗(yàn)。證明該除氧器改造設(shè)計(jì)合理，性能優(yōu)良，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，能滿足電廠對(duì)給水品質(zhì)的要求，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定運(yùn)行。
2 除氧器內(nèi)部改造設(shè)計(jì)
2.1 除氧器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
除氧器殼體和外部連接管保持不變，僅對(duì)除氧器內(nèi)部進(jìn)行局部改造。(1)對(duì)噴淋效果欠佳的老式彈簧噴嘴進(jìn)行調(diào)整、修復(fù)或選用新型彈簧噴嘴將其更換；(2)在進(jìn)汽裝置基本結(jié)構(gòu)不變的情況下，對(duì)一次蒸汽進(jìn)汽裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定******蒸汽通流面積；(3)拆除原除氧器的淋水盤(pán)結(jié)構(gòu)，改為五層水篦子，使珠狀傳熱變?yōu)槟顐鳠幔鰪?qiáng)傳熱效果和不凝結(jié)氣體的擴(kuò)散能力；(4)拆除原除氧器Ω型填料的上壓料架，保持填料下托架不變，用不銹鋼絲網(wǎng)填料塊代替Ω型散填料。
改造后的除氧器內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
圖1 除氧器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 修復(fù)、更換彈簧噴嘴
全面檢查所有彈簧噴嘴，對(duì)嚴(yán)重?fù)p壞無(wú)法調(diào)整或修復(fù)的噴嘴進(jìn)行更換；對(duì)沒(méi)有更新的噴嘴要全部更換彈簧并調(diào)整使其與新噴嘴彈簧緊力相當(dāng)，保證所有噴嘴霧化效果一致。
彈簧噴嘴及彈簧選用同型號(hào)的新一代彈簧噴嘴和與之相匹配的彈簧。這樣，現(xiàn)場(chǎng)施工方便、工作量小；同時(shí)也能保證彈簧噴嘴的整體霧化效果。
2.3 進(jìn)汽裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)除氧器熱平衡計(jì)算書(shū)可知，進(jìn)入除氧器的4段抽汽量為29.89 t/h，而門(mén)桿漏汽、連續(xù)排污擴(kuò)容器來(lái)汽和軸封漏汽總量為7.78 t/h，所以，這里僅對(duì)4段抽汽的進(jìn)汽裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了盡可能地減小現(xiàn)場(chǎng)工作量，在不改變進(jìn)汽管位置和基本結(jié)構(gòu)的前提下，優(yōu)化設(shè)計(jì)******的進(jìn)汽通流面積，即在原進(jìn)汽孔數(shù)量不變時(shí)優(yōu)化進(jìn)汽孔直徑。(1)原設(shè)計(jì)進(jìn)汽裝置上共鉆598個(gè)ø12孔，在設(shè)計(jì)的額定工況、******工況及目前運(yùn)行的額定工況下是合適的。(2)電廠實(shí)際運(yùn)行參數(shù)偏離制造廠性能計(jì)算書(shū)中給出的參數(shù)，例如，第4段抽汽壓力僅0.8 MPa，而計(jì)算書(shū)中給出的除氧器進(jìn)汽壓力則為0.832 MPa，實(shí)際運(yùn)行的進(jìn)汽壓力為0.72 MPa；所以設(shè)計(jì)參數(shù)與電廠實(shí)際運(yùn)行工況之間存在較大誤差。(3)9號(hào)機(jī)除氧器出水含氧量不穩(wěn)定，這說(shuō)明在額定工況附近除氧器工作基本正常，而偏離額定工況較大時(shí)，蒸汽加熱不足，特別是在蒸汽參數(shù)偏低、高壓加熱器退出運(yùn)行或凝結(jié)水溫度低時(shí)較為明顯。(4)考慮機(jī)組自然老化、高壓加熱器解列、凝結(jié)水溫度偏低以及調(diào)峰運(yùn)行等因素，進(jìn)汽裝置原598個(gè)ø12孔宜改為598個(gè)ø16孔。
2.4 水篦子設(shè)計(jì)
水篦子設(shè)計(jì)為5層，采用10號(hào)槽鋼100×48×5.3，其間隔為80 mm，均勻分布；每層高138 mm。
2.5 填料選擇
填料層設(shè)計(jì)高度150 mm，除氧頭內(nèi)填料體積1.474 m3，選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼絲網(wǎng)。將填料層分為16個(gè)獨(dú)立的填料塊，方便安裝和維修；為縮短大修工期，填料塊纏繞密度為130 kg/m3。填料塊可向填料生產(chǎn)廠訂做，另外還需要一些不銹鋼絲網(wǎng)散料，用于特殊位置，如除氧頭殼體內(nèi)填料塊沒(méi)有涉及的圓弧部分等。填料下托架可用原Ω填料層托架，由于采用已包裝的填料塊，故無(wú)需填料上壓板架。
3 除氧器改造前性能試驗(yàn)
在9號(hào)機(jī)組除氧器實(shí)施改造前，于1997年3月13日對(duì)該除氧器的除氧效果進(jìn)行了檢查試驗(yàn)(見(jiàn)表1)。
表1 除氧器改造前性能試驗(yàn)結(jié)果
| 項(xiàng) 目 | 試驗(yàn)結(jié)果 |
| 機(jī)組負(fù)荷/MW | 175 |
| 第4段抽汽壓力/MPa | 0.54 |
| 第4段抽汽溫度/℃ | 358 |
| 除氧器運(yùn)行壓力/MPa | 0.50 |
| 除氧器運(yùn)行溫度/℃ | 160 |
| 除氧器排氣門(mén)開(kāi)度/圈 | 1/2～1 |
| 除氧器出水含氧量/μg.L-1 | 29/19.7(PC) |
4 除氧器改造后性能試驗(yàn)
4.1 機(jī)組變負(fù)荷試驗(yàn)
該除氧器為定-滑壓運(yùn)行除氧器，在機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)，除氧器運(yùn)行工況也隨機(jī)組第4段抽汽參數(shù)不同而變化，相應(yīng)的除氧器除氧效果也不同。為考核除氧器不同負(fù)荷下的除氧效果，特別是在低負(fù)荷下的除氧效果，試驗(yàn)大綱要求試驗(yàn)應(yīng)在200、180、150、120 MW工況下進(jìn)行，但因電網(wǎng)負(fù)荷原因試驗(yàn)分別在135、150、160、170 MW負(fù)荷下完成(見(jiàn)表2)。
表2 變負(fù)荷試驗(yàn)結(jié)果
| 項(xiàng) 目 | 工況1 | 工況2 | 工況3 | 工況4 |
| 機(jī)組負(fù)荷/MW | 135 | 150 | 160 | 170 |
| 第4段抽汽壓力/MPa | 0.42 | 0.45 | 0.50 | 0.51 |
| 第4段抽汽溫度/℃ | 368 | 363 | 360 | 358 |
| 除氧器運(yùn)行壓力/MPa | 0.40 | 0.45 | 0.47 | 0.50 |
| 除氧器運(yùn)行溫度/℃ | 154 | 158 | 158 | 161 |
| 凝結(jié)水溫度/℃ | 134 | 135 | 135 | 139 |
| 凝結(jié)水流量/t.h-1 | 370 | 420 | 445 | 475 |
| 除氧器排氣門(mén)開(kāi)度/圈 | 2×1/2 | 2×1/2 | 2×1/2 | 2×1/4 |
| 除氧器出水含氧量/μg.L-1 | 6.94 | 5.78 | 5.31 | 3.61 |
4.2 排氣門(mén)開(kāi)度試驗(yàn)
低壓給水在除氧器中加熱、噴淋，其中的不凝結(jié)氣體，特別是氧氣即不斷析出，聚集在除氧器內(nèi)；必須通過(guò)排氣裝置將這些氣體排出達(dá)到除氧的目的。但是，排氣裝置在排出不凝結(jié)氣體的同時(shí)也會(huì)排出一部分蒸汽，這必將增加機(jī)組的熱損失。那么，確定合適的排汽門(mén)開(kāi)度才能既充分排出不凝結(jié)氣體又使排出蒸汽量最小，這是試驗(yàn)?zāi)康摹Ｔ囼?yàn)排氣門(mén)開(kāi)主分別為2×1圈、2×1/2圈、2×1/4圈(GWC670型除氧器設(shè)計(jì)有對(duì)稱布置的兩個(gè)相同規(guī)格排氣閥)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 排氣門(mén)開(kāi)度試驗(yàn)
| 項(xiàng) 目 | 工況1 | 工況2 | 工況3 | 工況4 |
| 機(jī)組負(fù)荷/MW | 135 | 135 | 170 | 170 |
| 除氧器排氣門(mén)開(kāi)度/圈 | 2×1 | 2×1/2 | 2×1/2 | 2×1/4 |
| 第4段抽汽壓力/MPa | 0.42 | 0.42 | 0.52 | 0.51 |
| 第4段抽汽溫度/℃ | 362 | 368 | 358 | 358 |
| 除氧器運(yùn)行壓力/MPa | 0.40 | 0.40 | 0.45 | 0.50 |
| 除氧器運(yùn)行溫度/℃ | 154 | 154 | 160 | 161 |
| 凝結(jié)水溫度/℃ | 133 | 134 | 139 | 139 |
| 凝結(jié)水流量/t.h-1 | 375 | 370 | 475 | 475 |
| 除氧器出水含氧量/μg.L-1 | 6.78 | 6.94 | 3.83 | 3.61 |
5 結(jié)論
改造后的9號(hào)機(jī)組除氧器啟動(dòng)投運(yùn)以來(lái)，通過(guò)性能試驗(yàn)和長(zhǎng)期的運(yùn)行考驗(yàn)，證明該除氧器達(dá)到了改造設(shè)計(jì)要求，能夠在滿足不同工況給水品質(zhì)的前提下安全穩(wěn)定運(yùn)行。
5.1 改造后的除氧器除氧效果良好，在額定工況運(yùn)行時(shí)除氧器出水含氧量可達(dá)到2～3 μg/L。
5.2 該除氧器負(fù)荷適應(yīng)性能好，在60%～100%額定工況下運(yùn)行時(shí)，除氧器出水含氧量均小于7 μg/L。
5.3 該除氧器改造設(shè)計(jì)采用了汽液網(wǎng)填料和水篦子相接合的深度除氧方式，其傳熱傳質(zhì)性能優(yōu)良，尤其是不凝結(jié)氣體的析出能力增強(qiáng)，所以除氧器改造后的排氣門(mén)開(kāi)度僅為改造前的1/2，排氣損失明顯減少，系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)性提高。
5.4 采用新型填料裝置，避免了原來(lái)因Ω填料失散影響鍋爐給水泵運(yùn)行，提高了電廠運(yùn)行安全性。
5.5 經(jīng)濟(jì)效益顯著。除氧器內(nèi)部改造費(fèi)用僅為新設(shè)備的10%～20%，節(jié)省資金約20～100萬(wàn)元；改造后的除氧器因排氣量減少，每年節(jié)標(biāo)煤700余t折合金額約15萬(wàn)元；另外給水品質(zhì)的改善延長(zhǎng)了發(fā)電設(shè)備使用壽命，其經(jīng)濟(jì)效益尤為突出。
