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某1000MW超（超）临界机组给水加氧运行方式下除氧器的热经济性分析

游明山+魏凤文+赵秉庆

摘 要：目前国内超（超）临界机组，给水普遍采用除氧处理和加氧处理两种方式，加氧运行方式逐渐成为主流。给水加氧方式下，避免了除氧器乏汽损失，提高了机组运行经济性。本文以等效热降理论为基础，对比分析国内某1000MW超（超）机组除氧器在不同运行方式下的经济性，为除氧器的经济运行提供参考。
关键词：1000MW超（超）临界机组；给水加氧处理；除氧器；热经济性分析
1 前言
目前，锅炉的给水处理方式有还原性全挥发处理[All-Volatile Treatment （Reduction） ，AVT（R）]、氧化性全挥发处理[All-Volatile Treatment （Oxidation），AVT（O）]、加氧处理[Oxygenated Treatment，OT][1]。还原性全挥发处理是指锅炉给水加氨和还原剂的处理；氧化性全挥发处理是指锅炉给水只加氨的处理。两种方式均采用热力除氧原理，防止锅炉腐蚀。加氧处理是指锅炉给水加氧的处理，通过加入气态氧使金属形成稳定氧化膜，防止锅炉腐蚀。
随着国内电力技术的发展和对超临界状态下锅炉腐蚀的认识加深，当前国内超（超）临界机组，给水加氧处理技术逐渐成为主流。据江苏省2015年的统计数据显示，江苏省内超（超）临界机组给水采用加氧处理[OT]的机组已占全省机组的94%[2]。
给水加氧处理[OT]技术的发展，不仅提高了锅炉的抗腐蚀性，同时也给除氧器的运行方式带来了巨大的改变。相较于给水挥发性处理[AVT]，给水加氧工况下，除氧器的功能发生了变化，不再起除氧的作用。锅炉给水在除氧工况下，除氧器起着两方面的作用：一方面是通过热力除氧，将给水加热至饱和温度，使给水中溶解的气体从液面挥发，再通过排乏汽的方式，使给水中的不凝结气体源源不断析出，除去给水中的气体，保证给水品质，防止锅炉、加热器等受热面的氧化腐蚀；另一方面除氧器同时作为混合加热器加热给水，提高给水温度。但在加氧处理工况下运行时，除氧器的除氧功能被弱化或取消，除氧器仅作为一级混合式加热器，提高给水温度。
由此给水加氧处理带来好处不仅是超（超）临界锅炉的受热面的防腐，同时还避免了除氧器的排汽，降低了机组的热耗，提高了机组的经济性。本文通过，具体分析国内某1000MW超（超）临界机组的热力系统，对比了除氧器在不同运行方式下的热经济性，为超（超）临界机组除氧器的运行提供参考。
2 某1000MW超（超）临界机组除氧器排汽布置及回热系统介绍
国内某1000MW超（超）临界机组采用卧式无头除氧器，除氧器运行排汽管路布置如图1所示，排汽可直接排入大气或者凝汽器。
给水加氧运行方式，排汽管路阀门全关，除氧器作为抽汽回热系统的一级混合式加热器，仅起加热给水的作用。给水除氧运行方式下，除氧器需不断的排出乏汽，乏汽经管路和阀门可排至大气或者凝汽器。
为分析除氧器在不同运行方式下的热经济性，给出了某1000MW超（超）临界机组铭牌工况（TRL）下的热平衡图[3]，如图2所示。
3 除氧器不同排汽方式下热经济性分析
3.1 除氧器乏汽量的分析
根据某发电集团对各火电机组中直流炉、汽包炉补水率及排污情况统计分析，给水除氧方式下除氧器运行乏汽量约占锅炉蒸发量的0.5%左右[4]。某1000MW机组在TRL工况下，除氧器每小时外排工质量如式（3-1）所示。
2845×0.05%=14.225（t/h） （3-1）
若对除氧器运行乏汽进行回收，TRL工况下除氧器每小时可回收工质14.225t。根据设计数据，全年机组可利用小时约为4873.8h，故全年可节约工质（除盐水）量如式（3-2）所示。
14.225×4873.8=69329.8（t/a） （3-2）
3.2 对机组热经济性的影响（TRL工况）
3.2.1 除氧器不排乏汽（给水加氧工况）
给水加氧工况下，除氧器不需要排乏汽，仅作为抽汽回热系统的一级混合式加热器，起着加热给水的作用。此种方式下，除氧器无工质损失，且无热量和热品位损失。
3.2.2 除氧器乏汽排至大气
根据热等效焓降理论，除氧器排放运行乏汽时，视为带工质的热量出系统，将使机组经济性降低。根据计算，TRL工况下除氧器乏汽排放至大气时，机组发电标准煤耗将增加0.7015g/Kwh。根据设计数据折算为全年可利用小时为4873.8h，故除氧器乏汽排至大气全年约增加的标准燃煤量如式（3-3）所示。
0.7015×4873.8=3418.97（t/a） （3-3）
所以，乏汽排放至大气相对于加氧工况下不排放乏汽的运行方式，全年将增加标准燃煤耗量为3418.97t。
3.2.3 除氧器乏汽排至凝汽器
除氧器乏汽排至凝汽器时，可以回收乏汽的工质，但乏汽的热量却全部随循环水流失了。根据热等效焓降分析，除氧器乏汽排放至凝汽器时，机组发电标准煤耗将增加0.7015g/Kwh。根据设计数据折算为全年可利用小时为4873.8h，故全年约增加的标准燃煤量如式（3-4）所示。
0.7015×4873.8=3418.97（t/a） （3-4）
所以，乏汽排放至凝汽器相对于加氧工况下不排放乏汽的运行方式，全年将增加标准燃煤耗量为3418.97t。
3.2.4 除氧器其他排汽方式
其他文献[4]还介绍到将除氧器运行乏汽排至轴封加热器、末级低压加热器等处的系统，以期在回收工质的同时，利用乏汽的热量，降低机组热耗。下面，对上述两种排汽方式也做一个对比分析。
3.2.4.1 除氧器乏汽排至轴封加热器
此方式下，乏汽在轴封加热器中加热凝结水后，凝结成轴加疏水，随轴加疏水一起经轴加疏水水封排入凝汽器。不凝结气体及少量蒸汽经轴加风机排出至大气。
根据热等效焓降分析，除氧器乏汽在轴封加热器处回收后，机组发电标准煤耗增加0.6077g/Kwh。根据设计数据折算为全年可利用小时为4873.8h，故全年增加的标准煤量如式（3-5）所示。
0.6077×4873.8=2961.81（t/a） （3-5）
3.2.4.2 除氧器乏汽排至9號低加
除氧器乏汽管接至9段抽汽逆止门及电动门后，乏汽经绝热节流后送入9号低压加热器，蒸汽冷凝后不凝结气体析出，从9号低加抽空气管抽吸至凝汽器，最后通过凝汽器抽真空系统排至大气。
根据热力系统等效焓降分析，在9号低加处回收该热量后，机组发电标准煤耗增加0.5997g/Kwh。根据设计数据折算为全年可利用小时为4873.8h，故全年增加的标准煤量如式（3-6）所示。
0.5997×4873.8=2922.82（t/a） （3-6）
4 除氧器不同排汽方式下经济性对比
以除氧器不排乏汽工况（给水加氧工况）作为比较基准，在机组可利用小时数取4873.8小时条件下进行经济性对比分析，将上述分析结果列于表1中。表1中除盐水制水单价取7元/吨，标准煤单价取650元/吨，作为对比计算依据。endprint

-全文完-