超临界机组启动疏水回收方案的探讨_马昕霞

1引言 2超临界机组启动系统 2 1 发展超临界机组已成为我国电力行业的主要方向之 一。大容量超临界机组具有运行经济性高、负荷适应性强 的特点，是我国未来大型火电机组的发展方向。 与汽包炉不同，直流锅炉启动过程中水冷壁的最低流 量通常维持在3 0 % B M C R ，随着锅炉点火和燃烧率的增加，水 冷壁内工质温度逐渐升高。当燃料投入量达到某一值时， 水冷壁中某处工质温度达到该处压力所对应的饱和温度， 在短时间内可以将大量的水或汽水混合物挤出水冷壁，启 动疏水的工质通常是热水、汽水混合物以及过热度不足的 过热蒸汽，都不得进入汽轮机，这使得直流锅炉都必须带 有一套专门的启动旁路系统，把不合格的液、汽由旁路排 掉。 国外通常将启动疏水排入凝汽器和除氧器。启动疏水 排入凝汽器有利于工质的回收。启动疏水排入除氧器不但 回收了工质，也最大限度地回收了热量。排入除氧器虽然 经济性较明显，但存在一定问题。对于超临界直流锅炉来 说，由于启动分离器内压力很高，而除氧器水箱的工作压 力较低，当大量疏水进入除氧器水箱，将因压力降低而部 分汽化，将不可避免地发生水击，从而影响除氧器的安全 性和设备使用寿命，从国内、国际超临界电厂的运行情况 来看，大部分国家都不选择锅炉疏水排向除氧器，选择的 是凝汽器 。 汽- 液喷射器无机械运动部件，且具有体积小、高效、 节能、无泄漏、安全性和可靠性高、结构简单、运转费用 低廉、操作维修方便等特点，因此在能源电力、石油化 工、建筑冶金、轻工纺织、军工等领域均得到了广泛应 用。近年来国内对汽液喷射器在电厂的研究工作取得了一 些进展，严俊杰等对汽液两相加热技术用于电厂低压加 热器、供暖以及供热系统等进行了可行性分析，王晓峰等 设计了汽液两相除盐水加热系统，并在郑州热电厂进行了 运行实验，侯雅萍等采用汽- 液两相加热器替代表面式加热 器对霸桥热电厂清水系统进行了改造，解决了结垢严重等 问题。葛震弘为回收工业锅炉排污中的热量，将排污水引 入闪蒸罐产生闪蒸蒸汽。采用闪蒸蒸汽作为多喷嘴喷射器 的工作流体，闪蒸蒸汽可直接通入锅炉给水箱或冷补给水 箱与软化水混合，提高锅炉给水温度。 本文首先分析了超临界机组启动系统的现状，并指出 目前常见的启动系统普遍存在能量损失的问题，针对该问 题，提出采用汽- 液喷射器将启动疏水回收至除氧器的方 案，并对疏水回收方案的系统进行了设计，本文的研究将 为超临界机组和超超临界机组疏水的回收提供新的思路， 具有重要的工程应用价值。 直流锅炉启动系统分为两大类：外置式和内置式。外 置式在启动初期投入运行，当负荷达到一定数值时，从系 统中切除。由于外置式启动系统锅炉汽温较难控制，切除 和投运时操作复杂，汽温波动较大，对汽轮机运行不利， 因此目前外置式启动系统很少采用。内置式的启动分离器 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三种：大气扩容式启动系统、 启动疏水热交换器的启动系统、再循环泵式启动系统。 带启动疏水热交换器的如图 所示，启动过程中分 离器疏水的热量大部分传给锅炉给水，提高给水温度，减 少了启动疏水热损失。热交换后的疏水由于压力降低，可 以较安全地排入除氧器。然而该启动系统较复杂，初投资 较高，目前国内外超临界锅炉使用的较少。 大气扩容式启动系统的原理如图 所示。在启动过程 中，汽水分离器排出的疏水经大气式扩容器扩容后产生的 二次汽直接排入大气，造成大量的能量损失，产生的二次 1 2 3 启动 09 论著 超临界机组启动疏水回收方案的探讨 马昕霞黄鸣李涛 123 ( 1 . 上海电力学院，上海 2 0 0 0 9 0 ；2 . 上海理工大学，上海 2 0 0 0 9 3 ；3 . 河北西柏坡电厂，河北 平山 0 5 0 4 0 0 ） 摘要：本文分析了目前超临界机组电厂启动疏水回收普遍存在能量损失的问题，提出采用汽- 液喷射器回收启动疏水 至除氧器的方案。并对疏水回收方案的系统进行了设计。本文的研究为超临界机组和超超临界机组疏水的回收提供新的 思路，具有重要的工程价值。 关键词：超临界；疏水回收；喷射器 收稿日期：修回日期： 基金项目： 作者简介： 2 0 0 9 - 1 0 - 2 72 0 0 9 - 1 1 - 2 9 上海市科委地方院校能力建设资助项目：多类型能源分布式系统集成与运行技术的研究及应用（0 8 1 6 0 5 1 2 4 0 0 ）；上海高等 学校本科教育高地建设项目。 马昕霞（1 9 7 3 - ），女，博士研究生，讲师，主要从事火电厂系统节能研究。 （ ） 水经贮水箱、输送泵排至凝汽器，实现工质的回收。疏水 除了进入大气式扩容器外，还可以进入除氧器，实现工质 和热量的回收，但由于启动分离器内压力很高，采用除氧 器回收工质和热量存在潜在威胁。大部分工质还是通过凝 汽器进行回收。 再循环泵式启动系统的原理如图3 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，再 循环泵启动系统具有缩短启动时间，不损失工质和热量等 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，疏水在循环泵内存在汽蚀危险，需设置 专门管路加大疏水过冷度。 综上所述，不同的启动系统，疏水回收的方式不同， 从而能量的回收程度不同。大气扩容式启动系统中，疏水 进入除氧器既回收工质又回收热量，是一个双赢的思路， 但是由于疏水压力骤降、汽化对除氧器存在的潜在威胁， 使通过该方式回收能量的能力有限。带循环泵的启动系统 实际运行中，为从安全角度考虑，导致从贮水箱溢出的疏 水排入凝汽器，造成了能量的损失。从能源利用率的角度 来看，疏水排入除氧器，是一种理想的回收方式，但是实 现此目标，必须首先解决疏水的汽化问题，以保证疏水进 入除氧器的安全性。本文疏水方案的重要内容就是如何将 直流锅炉高温、高压的启动疏水安全地排入除氧器。 启动疏水回收的关键问题是尽可能降低进入除氧器的 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，以便将直流锅炉高 温、高压的启动疏水安全地排入除氧器。 本文提出采用汽- 液喷射器回收启动疏水至除氧器的方 案，汽- 液喷射器安装于除氧器水空间。图4 为疏水回收原 理图。高温、高压的启动疏水经节流阀扩容为一定压力、 一定干度的湿蒸汽，并将此蒸汽作为喷射器的工作流体， 除氧器内的低温水作为喷射器的引射流体，工作蒸汽在蒸 汽喷嘴中加速形成高速射流，将压力能转化为动能，由于 高速疏水不断从喷嘴流向混合室并带走喷嘴附近的吸入流 （除氧器内低温低压水），因此在吸入腔形成一个低压 区，喷嘴出口截面上吸入流的静压必小于吸入腔上游流体 静压。在压差作用下，除氧器内低温低压水不断地被吸入 混合室。在混合室内，蒸汽与除氧水强烈动量交换和混合 导致蒸汽迅速凝结，汽水混合物的比容急剧减小，使混合 加热器的出口工质流速大大降低，动能减小，实现了对高 速蒸汽的消能。本系统完成了超临界机组启动疏水能量和 工质的双重回收，达到节能、高效的目的。 疏水回收的系统设计如图5 所示，根据疏水流量大小， 在总管上布置若干根支管，每根支管上装一套由若干个汽- 液喷射器组成的喷头，喷头的总个数根据疏水量决定。来 自节流阀的具有一定压力、一定干度的湿蒸汽经疏水总管 流向各个支管，并分配给每个汽- 液喷射器喷头，蒸汽与除 氧器内的过冷水混合后，温度升高，作为锅炉的给水。 在超临界直流机组的启动过程中，启动旁路系统会产 生大量的高压饱和疏水，由于疏水既是工质又含有大量可 用能量，本文分析了目前超临界机组电厂启动疏水回收存 在的问题，提出采用汽- 液喷射器回收启动疏水至除氧器的 方案。将启动分离器产生的高压饱和疏水经节流调节阀后 形成的湿蒸汽作为汽液喷射器的工作流体，除氧器内的低 压作为引射流体，两股流体经喷射器混合后形成中间温度 的流体安全排入除氧器，以实现能量和工质的回收。本文 的研究为超临界机组和超超临界机组疏水的回收提供新的 思路，具有重要的工程应用价值。 3启动疏水的回收 3 . 1疏水回收的工作原理 3 . 2疏水回收的系统设计 4结论 参考文献： 1 段永成. 国产6 0 0M W超临界机组直流锅炉启动系统 J . 热能动 力工程, 2 0 0 5 , 2 0 ( 1 ) : 9 9 1 0 0 . 2 刘继平, 严俊杰等. 超音速两相流加热技术用于电厂低压加热器 理论研究 J . 中国电机工程学报, 2 0 0 3 , 2 3 ( 1 2 ) :