國產(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，溶氧超標(biāo)尤為嚴(yán)重。因此，針對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)計強(qiáng)度要求時，僅對除氧頭內(nèi)部關(guān)鍵部件進(jìn)行優(yōu)化改造。實施內(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設(shè)備改造提供了一條經(jīng)濟(jì)、簡捷、有效的途徑。
1 設(shè)備概述
韶關(guān)發(fā)電廠9號機(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9號機(jī)組除氧器進(jìn)行改造。熱工研究院經(jīng)過對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9號機(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、評價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。證明該除氧器改造設(shè)計合理，性能優(yōu)良，達(dá)到了設(shè)計要求，能滿足電廠對給水品質(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
2.1 除氧器結(jié)構(gòu)設(shè)計
除氧器殼體和外部連接管保持不變，僅對除氧器內(nèi)部進(jìn)行局部改造。(1)對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，對一次蒸汽進(jìn)汽裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，確定******蒸汽通流面積；(3)拆除原除氧器的淋水盤結(jié)構(gòu)，改為五層水篦子，使珠狀傳熱變?yōu)槟顐鳠?，增?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，對嚴(yán)重?fù)p壞無法調(diào)整或修復(fù)的噴嘴進(jìn)行更換；對沒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的新一代彈簧噴嘴和與之相匹配的彈簧。這樣，現(xiàn)場施工方便、工作量?。煌瑫r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
根據(jù)除氧器熱平衡計算書可知，進(jìn)入除氧器的4段抽汽量為29.89 t/h，而門桿漏汽、連續(xù)排污擴(kuò)容器來汽和軸封漏汽總量為7.78 t/h，所以，這里僅對4段抽汽的進(jìn)汽裝置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。為了盡可能地減小現(xiàn)場工作量，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******的進(jìn)汽通流面積，即在原進(jìn)汽孔數(shù)量不變時優(yōu)化進(jìn)汽孔直徑。(1)原設(shè)計進(jìn)汽裝置上共鉆598個ø12孔，在設(shè)計的額定工況、******工況及目前運(yùn)行的額定工況下是合適的。(2)電廠實際運(yùn)行參數(shù)偏離制造廠性能計算書中給出的參數(shù)，例如，第4段抽汽壓力僅0.8 MPa，而計算書中給出的除氧器進(jìn)汽壓力則為0.832 MPa，實際運(yùn)行的進(jìn)汽壓力為0.72 MPa；所以設(shè)計參數(shù)與電廠實際運(yùn)行工況之間存在較大誤差。(3)9號機(jī)除氧器出水含氧量不穩(wěn)定，這說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，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ø12孔宜改為598個ø16孔。
2.4 水篦子設(shè)計
水篦子設(shè)計為5層，采用10號槽鋼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個獨立的填料塊，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，故無需填料上壓板架。
3 除氧器改造前性能試驗
在9號機(jī)組除氧器實施改造前，于1997年3月13日對該除氧器的除氧效果進(jìn)行了檢查試驗(見表1)。
表1 除氧器改造前性能試驗結(jié)果
| 項 目 | 試驗結(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 |
| 除氧器排氣門開度/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
4.1 機(jī)組變負(fù)荷試驗
該除氧器為定-滑壓運(yùn)行除氧器，在機(jī)組負(fù)荷變化時，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，試驗大綱要求試驗應(yīng)在200、180、150、120 MW工況下進(jìn)行，但因電網(wǎng)負(fù)荷原因試驗分別在135、150、160、170 MW負(fù)荷下完成(見表2)。
表2 變負(fù)荷試驗結(jié)果
| 項 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 |
| 除氧器排氣門開度/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 排氣門開度試驗
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)氣體的同時也會排出一部分蒸汽，這必將增加機(jī)組的熱損失。那么，確定合適的排汽門開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?zāi)康摹Ｔ囼炁艢忾T開主分別為2×1圈、2×1/2圈、2×1/4圈(GWC670型除氧器設(shè)計有對稱布置的兩個相同規(guī)格排氣閥)，試驗結(jié)果見表3。
表3 排氣門開度試驗
| 項 目 | 工況1 | 工況2 | 工況3 | 工況4 |
| 機(jī)組負(fù)荷/MW | 135 | 135 | 170 | 170 |
| 除氧器排氣門開度/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號機(jī)組除氧器啟動投運(yùn)以來，通過性能試驗和長期的運(yùn)行考驗，證明該除氧器達(dá)到了改造設(shè)計要求，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，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開度僅為改造前的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15萬元；另外給水品質(zhì)的改善延長了發(fā)電設(shè)備使用壽命，其經(jīng)濟(jì)效益尤為突出。
