直接空冷汽轮机多功能排汽装置

直接空冷机组凝结水真空除氧方案设计

直接空冷汽轮发电机组主要建设在产煤缺水的地区。在国外，汽轮机排汽通常用与低压缸排汽口相连的管道引至直接空冷凝汽器。近年来，在我国的西北地区相继建设了一些大中容量的直接空冷汽轮发电机组，设计时对直接空冷凝汽器相关的系统作了改进（如：在直接空冷汽轮机低压缸排汽口下方设排汽装置，在凝结水收集箱上设除氧头，等等），还可继续完善。

1 存在的问题

我国改进设计的直接空冷凝汽系统见图1。排汽装置类似于湿冷机组的凝汽器，但没有水室和管束，颈部布置7号低压加热器，下部收集各种疏水，如：低压加热器疏水、汽机轴封冷凝器疏水、加热器危急疏水、汽机本体疏水、汽轮机湿排汽分离水、排汽因主支管散热而在其中凝结的倒流水、等等。排汽装置收集的疏水由疏水泵打入凝结水收集箱，流量变化大，尤其在冬季，排汽管散热量多，产生较多的凝结水流回排汽装置，给合理选定疏水泵的容量及台数带来一定的困难。凝结水收集箱主要收集空冷凝汽器排出的凝结水，进入凝结水收集箱的水（通称凝结水）有过冷度并含氧，由与排汽管相连的平衡管供汽加热并在真空环境下除氧，以减少凝结水的过冷度和含氧量，但受平衡管和排气管的限制（其实，不能选用管径大的排气管，否则排气带有大量蒸汽，影响真空泵的正常运行，并阻碍空冷凝汽器内不凝结气体的排出，降低空冷凝汽器的传热效率），不可能有较多的蒸汽流经除氧头，凝结水难以加热到饱和状态，过冷水不能深度除氧，蒸汽流量少，蒸汽中氧的分压力高，不仅使凝结水中的氧气难以扩散出来，而且容易使分离出的氧气再溶入凝结水中。因此，凝结水难以达到预期的除氧效果。据了解，漳山电厂300MW直接空冷机组的凝结水含氧量高达140—150μg/L，比国家标准规定值（≤30μg/L）高出3—4倍。在冬季，来自空冷凝汽器的凝结水过冷度会更大，凝结水的含氧量也会更高。此外，凝结水有过冷度会降低机组的热经济性。

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图1 直接空冷凝汽系统示意图

1－汽轮机低压缸 2－排汽装置 3－空冷凝汽器 4－凝结水收集箱 5－凝结水泵

6－疏水泵7－真空泵 8－排汽主管 9－平衡管 10－抽气管

2 凝结水真空除氧设计方案

针对上述问题，可用排汽装置的下部空间替代凝结水收集箱，便于利用 “压力最高的排汽”加热“温度低的凝结水”（原因是排汽经过主管、支管、顺流凝汽器和逆流凝汽器后压力依次降低，凝汽器排出的凝结水温度也随之降低），以提高凝结水温度并减少凝结水的含氧量。这样，既取消了凝结水收集箱，又不需要设疏水泵，简化了直接空冷凝汽系统，节省投资，方便运行，并提高机组的热经济性。为了使凝结水中的氧气更好地扩散出来，下面提出了三个排汽、集水、真空除氧一体化设计方案。

2.1 方案一

方案一由排汽导流板将排汽装置分成两个汽机排汽通道（见图2），流经左通道的排汽在左通道内减速、扩压并形成比右通道压力略高的“高压区”，来自空冷凝汽器的过冷凝结水从“高压区”的上部向下喷淋，由排汽加热进行初步除氧，在“高压区”的中下部设扩散除氧（深度除氧）部件，以延长凝结水的下落时间，使凝结水有较长的时间

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继续除氧，流经左通道的排汽只有一小部分用于加热凝结水，大部分与分离出来的氧气一起从右下方进入排汽管道，与右通道的排汽汇合至空冷凝汽器冷凝。这样，“高压区”的氧气分压力低，便于凝结水深度除氧。

图2 凝结水真空除氧方案一示意图 1－排汽装置 2－排汽导流板 3－凝结水喷淋管 4－深度除氧部件 5－化补水喷淋管 6－再沸腾管

2.2 方案二

方案二由排汽导流板将排汽装置分成两个区（见图3），右上区是汽机排汽通道，左下区是凝结水加热除氧区。来自空冷凝汽器的过冷凝结水从加热除氧区上部向下喷淋，在加热除氧区的中下部也设深度除氧部件，排汽逆流而上加热凝结水，在加热除氧区的下部排汽含氧量最低，有利于凝结水的深度除氧，分离出来的氧气与剩余的蒸汽聚集在加热除氧区顶部，在加热除氧区顶部接管至顺流凝汽器出口联箱，利用排汽管道和顺流凝汽器所产生的压差抽吸加热除氧区顶部的汽气混合物，并引导汽轮机低压缸排汽来加热有过冷度的凝结水，混合物中的蒸汽由逆流凝汽器来凝结，以减轻抽真空系统的负担。

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此设计需要同直接空冷凝汽器制造商配合，共同拟定该接管与凝汽器的接口位置。

图3 凝结水真空除氧方案二示意图

1－排汽装置 2－排汽导流板 3－凝结水喷淋管 4－深度除氧部件

5－抽气管 6－化补水喷淋管 7－再沸腾管

2.2 方案三

方案三与方案二类似，也由排汽导流板将排汽装置分成两个区（见图4），右上区是汽机排汽通道，左下区是凝结水加热除氧区。来自空冷凝汽器的过冷凝结水从加热除氧区上部向下喷淋，在加热除氧区的中下部也设深度除氧部件，排汽逆流而上加热凝结水，在加热除氧区的下部排汽含氧量最低，有利于凝结水的深度除氧，分离出来的氧气与剩余的蒸汽聚集在加热除氧区顶部，由射汽抽气器增压排入排汽通道。

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图4 凝结水真空除氧方案三示意图

1－排汽装置 2－排汽导流板 3－凝结水喷淋管 4－深度除氧部件

5－射汽抽气器 6－调节阀 7－化补水喷淋管 8－再沸腾管

当射汽抽气器的尺寸较小时，可以布置在排汽装置内。当射汽抽气器内置于排汽装置时，亦可用射汽抽气器先使排汽增压，以形成比排汽通道压力略高的凝结水“高压加热除氧区”，该区顶部分离出来的氧气及剩余的蒸汽自流入排汽通道。

2.3 方案比较

以上三个方案的除氧原理基本相同，均用汽轮机排汽来加热有过冷度的凝结水。在凝结水加热除氧区内，方案一由汽机排汽带走分离出来的氧气，不需要另外考虑排气设施，结构简单，与方案二、三相比，氧气与排汽为顺流，深度除氧稍差。只要排汽导流板布置合理，有适量的排汽流经深度除氧区，凝结水就可以达到预定的除氧效果。方案二加热蒸汽的流量易于控制，采用逆流换热，除氧效果较好，但需另设至空冷凝汽器的抽气管道。方案三采用逆流换热，除氧效果较好，但需用辅助汽源，对机组的热经济性略有影响，系统较复杂。综合考虑，方案一优于方案二，方案三。

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3 其他

在寒冷的冬季，排汽管道散热可能产生较多的凝结水，这些凝结水不经过空冷凝汽器而直接流入排汽装置的下部，有可能导致凝结水的含氧量偏高，需要采取另外的防范措施（如在排汽装置的底部设再沸腾管等）。

4 结束语

上述真空除氧方案设计可以解决凝结水含氧量超标的问题并降低凝结水的过冷度，从而提高了机组的热经济性，拟在漳山电厂2×600MW直接空冷机组上使用。

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3 其他

在寒冷的冬季，排汽管道散热可能产生较多的凝结水，这些凝结水不经过空冷凝汽器而直接流入排汽装置的下部，有可能导致凝结水的含氧量偏高，需要采取另外的防范措施（如在排汽装置的底部设再沸腾管等）。

4 结束语

上述真空除氧方案设计可以解决凝结水含氧量超标的问题并降低凝结水的过冷度，从而提高了机组的热经济性，拟在漳山电厂2×600MW直接空冷机组上使用。

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