火电厂凝汽器补水雾化改造应用

火电厂凝汽器补水雾化改造应用

王俊妮

（大唐桂冠合山发电有限公司广西合山546501）

摘要：火电厂补水系统改造技术(雾化喷嘴),是火电厂节能技术改造的有效途径，化学补水由凝汽器流经低压加热器，改善了机组的回热效果,采用接触换热方式使排汽得到迅速冷却，降低了传热过程中不可逆损失，提高热交换效率，回热效果明显提高。分析了化学补水雾化改造后的效益，对提高机组运行的安全性和节能降耗有借鉴作用。

关键词：火电厂；凝结水补水；凝汽器；雾化喷嘴；效率

凝结水溶解氧是电厂化学监督的主要指标之一。凝结水溶解氧大幅度超标或者长期不合格，会加速凝结水管道设备腐蚀及炉前热力系统铁垢的产生。凝结水溶解氧严重超标时，还会导致除氧器后给水溶解氧超标，影响锅炉受热面传热效率，加速锅炉管道设备腐蚀结垢乃至发生锅炉爆管等事故，严重威胁机组的安全、经济运行。

0、设备概况

大唐桂冠合山发电有限公司3号机组为超临界机组，汽轮机机组为上海汽轮机厂有限公司生产的N670-24.2/566/566型超临界、一次中间再热、三缸、四排汽、冲动式、单轴、双背压、凝汽式。凝汽器为N-38000型形式：双背压、双壳体、单流程、表面式、横向布置。

1、原系统存在问题及原因分析

1.1存在问题

3号机凝结水补水系统是从除盐水泵出口经调节阀进入A凝汽器喉部。补水管为一段水平布置长900mm，φ273盲管管段，管子均布多个φ20小孔（如图1）。机组运行时，化学补水在这些小孔中以水柱的形状喷出，没有实现雾化。由于没有实现雾化，也就无法使温度较高的排汽和低温补水在喉部实现热交换，或者说排汽的潜热没有足够放热给低温的补水，补水也无法吸收排汽的热量而被加热，不利于提高机组的热经济性。补水经小孔流出呈柱状下落，由于水柱体积大、热交换表面积小，使得补水不易被低压缸排汽加热到沸点而导致水中的氧气无法完全析出，致使凝结水中溶解氧量增加。当含氧量超标会引起凝结水管道及设备的电化学腐蚀，使得传热恶化最终导致锅炉爆管，严重威胁机组安全、经济运行。

主要存在问题如下：

Ⅰ、原补水管道短小，原补水直接经φ20小孔流出，补水沿着凝汽器内壁流动，导致大量排汽无法与补水进行热交换；

Ⅱ、补水直接与凝结水混合，导致凝结水过冷度偏高；

Ⅲ、原补水管段只布置在A凝汽器侧，导致B侧低缸排汽无热交换。

图1

1.2原因分析

补水系统未充分考虑把不凝结气体尽可能多地从聚集处带走，从而减小不凝结气体的厚度，减小蒸汽的扩散阻力，达到提高传热系数的目的及降低凝结水的过冷度和含氧量。纯净蒸汽的放热系数达6300010／(m2•h•K)，凝汽器中有少量空气时为2800010／(m2•h•K)J，汽轮机的真空系统会使气相阻力和蒸汽与冷却水管外侧的平均传热温差增大，妨碍了冷却水管外侧的热交换，增加了凝汽器的传热端差。随着漏气量的增大，凝汽器传热效果恶化，平均传热温差、冷却水温升、端差均急剧上升，排汽温度及其相应的排汽压力亦升高，机组热经济性下降。

凝汽器的空气来源有二：一是由新蒸汽带入汽轮机的，由于锅炉给水经过除氧；二是处于真空状态下的各级与相应的回热系统、排汽缸、凝汽设备等不严密处漏入的。空气严密性正常时进入凝汽器的空气量不到蒸汽量的万分之一，虽然少但危害很大。主要是空气阻碍蒸汽放热，使传热系数减小，端差增大从而使真空下降。空气的第二大危害是使凝结水的过冷度增大。

2、雾化原理

本次改造采用的是旋转式雾化喷嘴，主要工作原理为：0.6MPa至0.9MPa压力的凝汽器补水经喷嘴内部的旋流器时发生旋转后加速进入中心旋流室。在旋流室内，液体受离心力作用，依附在喷嘴内壁，越靠近轴心的流体转速越大，受到的压力越低，在喷嘴内部形成一个负压区，外界空气倒流入喷嘴内部，并在流体中心形成空气柱。液体以环形液膜喷出喷嘴后，沿着喷嘴的轴向运动，并呈一定发散锥角，形成圆锥状液膜，喷射出的锥角一般为600~1200。随着液体逐渐离开喷嘴，液膜也随之伸长变薄（液体表面积增加），并且同时受到剧烈的空气扰动，导致液膜破裂，由于液体受到表面张力的作用，破裂的液膜最终形成无数的小液滴。雾滴在运动过程中与排汽充分混合，并使蒸汽在液滴表面凝结放出汽化潜热，使水滴的温度能够升高到接近排汽压力下对应的饱和温度，且补水经过雾化后可充分利用乏汽进行除氧，补水位置在高处落差大，汽水有充分的接触加热时间，距离真空抽气口流程较长，析出的气体可以很容易的被真空泵从抽气管道排到大气中。从而降低凝结水的过冷度和含氧量。

3、雾化补水优点：

（1）雾化后增加补水与低压缸排汽的热交换面积，降低凝结水溶解氧，避免锅炉管道设备电化学腐蚀。同时，提高了凝汽器真空。

（2）提高凝结水温度，减少了低加抽汽量。

4、改造方案及效果

本次改造是将补水以雾化的形式在高低压两个凝汽器喉部实现与汽机主排汽流最大化的热交换效果为原则。根据凝汽器喉部的实际情况，在A、B凝汽器喉部#7、8低加两侧共安装八组与凝汽器冷凝管平行布置的φ133补水联箱。每组联箱均布焊接安装35-40个喷嘴，共300个喷嘴，两组联箱喷嘴喷口相对形成一个补水单元，补水单元的雾化有效长度为9米。

改造完成后，启动除盐水泵，凝结水补水在雾化喷头内部旋流腔内高速旋转后，形成分散、雾状的水滴液从喷头喷出，以水平方向射入低压缸排汽主汽流。在两组喷头之间形成一个充满雾化喷水的区域，让补水与低压缸排汽在雾化区混合，进行剧烈的混合热交换，补水雾滴很快被加热到沸点，水中溶解的气体析出，排汽冷却凝结。而雾化喷水联箱安装位置比凝汽器冷却管高出2米，保证雾化的补水随排汽向下流，碰到冷却管前已被加热到沸点。由于补水比排汽温度低约20℃，补水吸收排汽热量，使排汽降温凝结，从而提高凝汽器真空。改造后的补水装置如图2：

图2

5、改造前后机组额定工况下冷端运行情况见表1。

表1

结论：从上表可看出，在额定工况下，改造前凝结器真空94.374KPa，改造后凝结器真空94.445KPa，真空提高约0.071KPa。

经过改造后，化学补水在凝汽器内实现了雾化。化学补水进入喉部实现与汽轮机的排汽实现有温差的混合换热，水的颗粒度减小，加大了与汽机排汽的换热面积，使化学补水达到汽机排汽压力下对应的饱和温度，在喉部具备了除氧作用。提高了机组真空。

6、凝汽器补水雾化改造后的经济性分析

（1）、单台机组补水量5T/h，按机组年运行2000小时，每年总补水量M1=10000（t）

（2）、年度补水平均温度T=20℃，h’=85KJ/Kg

（3）、年度平均真空Pc=0.0056MPa

（4）、排汽温度T=35℃

（5）、循环水入口温度20℃，循环水量72421T/H，

根据真空、和排汽温度查数据：饱和蒸汽的焓值H2=2565KJ/Kg、饱和水的焓值H1=147.5KJ/Kg,汽化潜热2417KJ/Kg，补水温升15℃。

*被凝结的蒸汽量M2=4.2*38/（H2-H1）*10=0.66T/h，年总量5625T，所需加热蒸汽量远低于汽轮机排汽流量1083.13t/h，所以凝汽器内有足够的排汽的汽化潜热加热补充水，并保证传热端差为零，从而证充分除氧。

*节省的热量为Q=M2*（H2—H1）=13.3x109kJ

*混合煤的发热量q=20000kJ/Kg

*节省的煤量M=Q/q=670(吨)

*节省的费用=M*(煤价按800元/吨)=536,000元

*温度降低,应用等效焓降法和热平衡计算：

按照反推法：假定后缸排汽干度为85%，在喉部补水完全从20℃被加热到35℃饱和状态。

补水按最大10T/H计算，

吸收总热量为：Q=10x103*15*4.2=6.3x104KJ/H

可使排汽焓值降低Q/668.3x103Kg/H=0.95KJ/Kg,排汽焓降为2564KJ/Kg。

查焓熵表插值计算，对应排汽温度34.88℃。

排汽温度降低0.12℃。

7、结束语

本文的改造主要侧重于凝汽器补水系统的改造，即凝汽器补水增加一路雾化式喷头补水，补水管路均布在A、B凝汽器喉部，这样通过接触式传热，可吸收部分蒸汽凝结热，使这部分补充的除盐水在凝汽器内形成一个混合式凝汽器，从而减轻表面式凝汽器的热负荷，凝汽器补水雾化改造后，凝结水补水达到深度除氧，对机组低压缸排汽起到冷却作用，提高了机组运行的真空度，提高了机组运行的经济性。对提高机组运行的安全性和节能降耗有借鉴作用。