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2017-11-17 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《[doc格式] 除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用doc》,可适用于高等教育领域

doc格式除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用总第期年月第期电站辅机PowerStationAuxiliaryEquipmentVoMar,N文章编号:()除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用李焱(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂,上海)摘要:文章从超临界机组的发展趋势,阐述了直流锅炉启动系统的结构和对疏水的处理方式,及将启动疏水回收至除氧器的作用进而对除氧器用锅炉启动疏水消能装置的研制和应用作了扼要的介绍关键词:除氧器超临界启动系统高能疏水消能装置中图分类号:TM文献标识码:BDevelopmentApplicationofBuiltinDrainageEquipmentinDeaeratorStartedupwithBoilerLlYan(ShanghaiPowerStationAuxiliaryEquipmentWorks,ShanghaiElectricPowerGenerationEquipCo,Itd,Shanghai,,China)Abstract:ThestructureofstartingupsystemforoncethroughboileranditshandlingwayagainstdrainhavebeendescribedinthepaperbasedonthedevelopingtrendofsupercriticalpowerunitThedevelopmentandapplicationofdrainenergyreliefdevicefordeaeratorstartedupbyboilerhavebrieflybeenintroducedkeywords:deaeratorsupercriticalstartupsystemhighenergydrainenergyreliefdevice概述可持续发展已成为当今世界的主要议题之一,而可持续发展现阶段的重要任务就是节能降耗,电力行业作为我国七大高耗能行业之一,肩负着节能降耗减排的重任国内现阶段仍然是火电占主导地位,未来几年火电新增装机容量还将继续快速增长,在如此迅猛的发展势头下,节煤降耗减排成为突出问题为此需要大力调整我国的能源产业结构,投产大容量,低排放,高效率的超临界机组,关闭小容量机组采用超临界机组在理论上可比同容量亚临界机组提高效率,,采用超超临界机组可提高,超临界机组采用的是直流锅炉,直流锅炉不同于汽包炉,在直流锅炉蒸发受热面中,工质的流动不是依靠汽水密度差来推动,而是通过给水泵压头强制流动,工质一次通过各受热面,达到给定温度为保证水冷壁的安全及水动力的稳定,直流锅炉开始启动时,就必须建立启动流量和启动压力,为此直流锅炉需增设一个专门的启动旁路系统直接锅炉启动流量大约为,锅炉最大连续蒸发量(CR),这部分工质经水冷壁逐渐加热,在直流运行之前,先处于过冷态,达到饱和后为汽水混合物汽水混合流体通过启动旁路系统的汽水分离器产生蒸汽和疏水,蒸汽进入过热器,疏水则需另外处理由于用电负荷和供电形式的变化,对大型机组往往也要求能相对快速而频繁地启停,越来越多的超临界机组将承担调峰任务如果直接排放掉启动过程中产生的高温疏水,收稿日期:O作者简介:李焱(一),女,毕业于上海理工大学,现任设计研究所所长,长期从事电站设备产品制造的设计工作除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用电站辅机总第期(No)势必造成能量和工质的双重损失分析表明,回收利用启动过程中产生的疏水具有明显的经济意义在诸多疏水回收处理方式中,将启动疏水排人除氧器是个较理想的方案但如此高温高压的疏水进入除氧器,必须采用合适的效能装置,否则将引起除氧器的损坏和振动超临界锅炉启动系统直流锅炉启动系统分为两大类,内置式和外置式外置式的启动分离器在机组启动和停运过程中投入运行,而在正常运行时切除至系统之外,外置式启动系统的配置繁复,切除和投运时操作复杂,汽温波动较大,对汽轮机运行不利内置式的启动分离器在机组启动,正常运行,停运过程中均投入运行,所不同的是在锅炉启停期间,启动分离器处于湿态运行,起汽水分离作用,而在锅炉正常运行期间,汽水分离器仅相当于系统内的蒸汽通道内置式启动系统结构简单,操作方便,是国内外超临界机组上主要使用的启动系统内置式启动系统一般分种:大气扩容式启动系统,带启动疏水热交换器的启动系统,再循环泵式启动系统,凝汽器式启动系统不同结构的启动系统,对启动疏水的处理及回收的方法也不同,其中大气扩容式,带启动疏水热交换器的启动系统是将疏水回收至除氧器和凝汽器而再循环泵式启动系统,凝汽器式启动系统则将部分或全部疏水排人凝汽器华能上海石洞口二厂Mw机组,采用了大气扩容式启动系统,其原理如图所示大气扩容式启动系统中设置有大气扩容器,在启动过程中,汽水分离器排出的疏水经AA阀,AN阀进人大气式图大气扩容式启动系统原理图扩容器,扩容后产生的二次汽直接排人大气,产生的二次水经贮水箱,输送泵排至凝汽器疏水除了进入大气式扩容器外,还设置ANB阀可以控制疏水进入除氧器,实现经除氧器回收工质和热量,但由于ANB阀前的压力较大,冲转时可达MPa,而除氧器的设计压力MPa,通过ANB阀回收工质存在潜在威胁,回收能力有限,大部分工质回收还是通过大气扩容器,所以在启动过程中将损失部分工质和几乎全部的热量河南姚孟电厂MW机组,采用了带启动疏水热交换器的启动系统,其原理如图所示该系统是在锅炉启动过程中,汽水分离器所产生的饱和疏水与锅炉给水,通过设置在省煤器入口的启动疏水热交换器进行热交换,提高给水温度热交换后的疏水由于压力降低,可以较安全地排入除氧器该系统将启动疏水的热量分级使用,提高热交换效率,不损失热量和工质,但系统结构复杂,投资成本高图带启动疏水热交换器的启动系统原理图华润常熟电厂二期工程Mw机组,采用了再循环泵式启动系统,该启动系统的原理如图所示在启动过程中,经启动分离器产生的疏水进入启动分离器储水罐,储水罐的水位由储水罐水位调节阀控制在冷启动中,锅炉要先进行冷态清洗,清洗后的炉水通过启动排污阀排出系统外,水质达到一定要求后,关闭排污阀,储水罐的疏水排人凝汽器,达到锅炉供水再循环此时启动循环泵,锅炉点火,进行热态清洗,通过炉水质量来确定是否升温升压,在达到要求后,升温升压时的锅炉水循环要求的最低流量,主要通过再循环泵(BCP)和锅炉给水泵相互协调配合来满足要求在汽水分离器进口的水全部变为蒸汽时,汽水分离器进入干态运行,BCP电站辅机总第期(No)末级过热器屏式过热器低温过热器豳要I旁路阀II凝汽低压汽机旁路阀启动分离器冷凝水泵固避麟繁图再循环泵式启动系统原理图停运,储水罐水位调节阀处关闭状态冉循环泵启动系统具有缩短启动时问,不损失j二质和热量等诸多优点,但缺点也十分明显:辅助系统多,设备投资大,检修费用高,疏水在循环泉内存在汽蚀危险需设置专门管路加大疏水过冷度华能沁北电厂一期工程Mw机组,采用lr凝汽器式启动系统该启动系统的结构是冉循环泵式启动系统的简化,即去掉了再循环泵及相关辅助设备,而启动分离器所产牛的疏水将全部排入凝汽器在机组启动过程中,汽水分离器排的疏水首先进入启动分离器储水罐,经启动分离器储水罐水位调节阀进入凝汽器,通过凝汽器进行工质和热鲢的回收该启动系统为闭式回收疏水此,在启动过程中不损失工质,但损失大部分热量该系统的主要问题是启动分离储水罐水位调节阀的阀前压力高,而凝汽器的压力低K,:IL电厂号炉试运期间,就出现过该水位调节阀工作异常,阀后力瞬问升高,汽水两相流对管道造成很大的冲击甚至启动系统进入凝汽器扩容器前的连接管道卜的热电偶管座被击穿,扩容器及凝汽器的安全运行受到威胁综合种启动系统的结构及对疏水的处理方式可知:大气扩容式和凝汽器式启动系统投资低,但损失大部分疏水能量再循环泵式和带疏水热交换器式的启动系统,虽然实现了工质和热量的双重回收,但系统复杂,投资大根据各启动系统的特点,将启动疏水排人除氧器是个较理想的方案不仅锅炉汽水分离器启动疏水得到回收,而月疏水的热焓通io表l疏水减压前后参数变化疏压力(bar)水温度(C)参密度(kgm)数体积l减压力()at)O压水密度(kgm)后汽密度(kgm:)O参:度O数体积过除氧器被利用,消除了锅炉汽水分离器启动疏水热焓的浪费,又节省了部分锅炉启动用的加热蒸汽除氧器启动疏水回收方案超临界锅炉启动过程中,将产生大量高温高压的高能疏水,将其输入除氧器,可同时实现工质和热量的回收进一步提高机组运行经济性但是,由于启动疏水为压力达o,bar的饱和水,将其降压至除氧器作压力后,高温高压饱和水将变成干度约的汽水混合物,体积急剧扩大如果汽水混合物直接输入除氧器水箱,则饱和蒸汽夹带未汽化的饱和水以很大的动量冲击除氧器内元件,可能造成除氧器内件损坏因此,应尽可能降低进入除氧器的高能疏水的汽化率,以减小汽水混合物的流速(动量),同时采取适当措施消除汽水混合物的动能为保证超临界锅炉启动疏水在进入除氧器时不敛引起除氧器内件的损坏和振动,还开发了专用的内置消能装置以往超临界机组锅炉启动疏水,采用外置式扩容器或直接排人环境,这样将增加电厂的设备投资并占用了电厂宝贵的场地空间,直接排入环境将造成能耗的损失,而除氧器作为除氧设备同时起贮水功能,有着巨大的扩容空间,但以往如高加疏水进人除氧器内部均采用挡板结构,该结构无法承受如锅炉启动疏水这样的高压高温介质的冲击为此,在除氧器中,增加『一套锅炉启动疏水消能装置,以接受机组锅炉启动疏水,使锅炉启动时该路高温高压的高能疏水进入除氧器,经消能后进入系统,疏水的热焓通过除氧器被利用,消除了锅炉汽水分离器启动疏水热焓的浪费,又节省了部分锅炉启动用的加除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制和应用电站辅机总第期(No)热蒸汽,大大提高电厂的能源利用率除氧器内置锅炉启动疏水装置设计和应用蒸汽浸没水中喷射凝结过程的研究蒸汽浸没水中喷射对水的压力没有特殊要求,而蒸汽本身就有一定的压力,整个系统甚至不需任何机械动力装置一些实验及理论研究的重点放在汽羽的基本形状上,其中Weimer等的实验分别采用了水,乙二醇和异辛烷种介质做试验,并利用积分形式的质量,动量以及能量方程,给出了计算射流蒸汽核心长度的解析表达式,同时对汽羽长度进行了数值模拟蒸汽喷人过冷水中凝结,会产生汽羽,一般采用高速摄像机对汽羽进行拍摄,确定其形状及长度,再拟合出长度计算公式汽羽在汽水接触界面以及汽羽接近消失时为两相区,目前,对该区域的处理,还没有统一的标准MHChun等对蒸汽喷人过冷水中进行了大量的实验并对产生的汽羽形状进行了分析,认为稳定的汽羽形状有种:锥形和椭球形,在水温较高时,会出现发散汽羽同时还给出了在不同的水过冷度及蒸汽质量流速下,各种汽羽的形状分布,结果如图所示苗质域流速kgrn’f图不同蒸汽质量流速和水过冷度下汽羽形状分布图从图可知,在水的过冷度较大,蒸汽质量流速较低时,汽羽的形状呈锥形蒸汽质量流速较大时,汽羽的形状多为椭球形当过冷度较小时,汽羽易发散,且蒸汽质量流速越低时越明显确定凝结换热系数是直接接触凝结换热实验所要研究的一个重要内容,早期的实验研究中,测得的平均凝结换热系数因实验工况的不同而差别较大,有些小于MWmC,有些甚至达到MWmeCMHChun等在总结前人研究结论的基础上,在蒸汽质量流速从,lkgmS范围内对渐缩型喷嘴进行大量的喷射实验,测出平均凝结换热系数在,Mw,mC之间,并给出凝结换热系数的经验关系式在蒸汽压力,MPa下,对缩放型喷嘴进行喷射实验,获得的平均凝结换热系数在,MWmC范围内由于实验工况压力偏低,蒸汽易在喷嘴的扩大部分产生正激波或喷嘴出口处产生斜激波,有较大的速度损失,实验所测得的凝结换热系数偏低利用蒸汽浸没水射流的有关研究成果,如汽羽的形状和凝结换热系数,为除氧器内置疏水装置的参量计算和流动规律提供了依据除氧器内置锅炉启动疏水装置的研制及应用随着国内大量超临界Mw,Mw机组的兴建,如何处理该路高温高压的锅炉启动疏水,已引起各方的高度关注,如乐清电厂,襄樊电厂,珠海电厂等业主均数次与我厂反复研究探讨经过近一年的不断努力,反复试验,计算和改进,成功研发了除氧器用锅炉启动疏水消能装置锅炉启动疏水消能装置由进水总管,进水支管,淌能管,减震装置,托架,吊架组成,见图,耋,消能器至一减震装嚣图除氧器内置锅炉启动疏水消能装置示意图电站辅机总第期(No)在运行时,高温高压的高能疏水以一定的流速由消能管喷口流出,将压力能转变为动能,形成高速引射流同时,在压差作用下,除氧器内低温低压水不断地被吸来混合高温高压疏水与除氧器内低温低压水混合后,温度明显降低此时,高温高压疏水进入压力较低的除氧器时汽化率明显减小,汽水混合物的流速(动量)也明显减小在该套装置中,单只消能管的设计和多管组合均需经过严格的计算同时,由于冲击力大需设置减震装置,吊架,托架等进行消震固定消能装置的技术参数()单只消能管理论处理高能介质流量th()单只消能管理论最大承受压力MPa()消能管采用碳钢材料制造()用于除氧器中的组合处理能力达th消能管的技术特点()采用多只消能管组合布置,可多管灵活组合,满足各种流量,各种参数下的介质消能要求()消能管采用套管加膨胀节原理设计,有效吸收动能,使消能运行中低噪音,低振动()消能管结构简单,布置灵活,可靠性高,制造成本低廉技术优势()可靠性高,制造成本低()由于采用多管布置,可根据各种设备内件实际情况灵活调整()可满足大流量,高参数介质消能要求()该装置不仅适用于除氧器中,经简单改进组合后,还可用于其他电厂设备作为消能装置使用结束语在除氧器中,增设了锅炉启动疏水消能装置,使锅炉启动时,该路高温高压的高能疏水经消能后进入除氧器,疏水的热焓通过除氧器得以利用,既消除了锅炉汽水分离器启动疏水热焓的浪费,又节省了部分锅炉启动用的加热蒸汽,大大提高电厂的能源利用率镇江电厂×Mw超临界机组除氧器中也使用了该套装置,机组启动时高温高压的锅炉启动疏水进入除氧器,运行平稳无震动,完全达到理论设计值在此成功基础上,又开发了用于一体化除氧器的锅炉启动疏水消能装置,并成功应用于太仓×MW超临界一体化除氧器中目前,该型除氧器用锅炉启动疏水消能装置,已被广泛应用在超临界,超超临界机组的除氧器设备中,并获得成功参考文献:曾汉才关于超临界压力锅炉的若干问题(一)EJ华中电力,曾汉才关于超临界压力锅炉的若干问题(二)EJ华中电力,E霍东方超临界直流锅炉启动系统的种类及其技术特点EJ热力发电,~WeimerJC,FaethGM,OlscnDRPenetrationofVaporJetsSubmergedinSubcooledAquidsEJAICHEJourna,()E曹岩,邵树峰,严俊杰,等超音速蒸汽浸没射流凝结汽羽形状的实验研究EJ工程热物理,邵树峰,严俊杰,曹岩,等超音速蒸汽浸没射流与凝结换热的实验研究J工程热物理,张会强,林文漪,周力行水汽浸没凝结射流两相流动的数值研究lJ燃烧科学与技术,

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