馬昕霞李濤王云高彥庭

1.上海電力學(xué)院 200090;2.河北西柏坡電廠 050000

噴射器用于大型電站鍋爐啟動疏水回收的可行性分析

馬昕霞1李濤2王云2高彥庭2

1.上海電力學(xué)院 200090;2.河北西柏坡電廠 050000

分析了電廠啟動疏水回收的能量損失問題，提出噴射器回收啟動疏水至除氧器的方案，并對方案的可行性進(jìn)行了分析。

疏水回收；噴射器；可行性

1 引言

為了提高熱效率，降低煤耗，減少污染，大型火力發(fā)電站已成為我國未來火電發(fā)展的主要方向。

在目前設(shè)計和建造了的大型電站中，大量的使用了大容量，高參數(shù)的直流鍋爐來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的汽包爐。由于直流鍋爐啟動過程中水冷壁的最低流量通常維持在30%BMCR，隨著鍋爐點火和燃燒率的增加，水冷壁內(nèi)工質(zhì)溫度逐漸升高。當(dāng)水冷壁中某處工質(zhì)溫度達(dá)到該處壓力所對應(yīng)的飽和溫度，在短時間內(nèi)可以將大量的水或汽水混合物擠出水冷壁從而產(chǎn)生大量的啟動疏水。啟動疏水通常是熱水、汽水混合物以及過熱度不足的過熱蒸汽，這些都不得進(jìn)入汽輪機，這使得直流鍋爐都必須帶有一套專門的啟動旁路系統(tǒng)，把不合格的液、汽由旁路排掉。

國外通常將啟動疏水排入凝汽器。啟動疏水排入凝汽器有利于工質(zhì)的回收，但是會損失大量的可用熱量。如果將啟動疏水排入除氧器不但回收了工質(zhì)，也最大限度地回收了熱量。雖然這樣經(jīng)濟性較明顯，但存在一定問題。由于大型電站鍋爐的啟動分離器內(nèi)壓力相對于除氧器來說很高，啟動疏水進(jìn)入除氧器后，將對除氧器產(chǎn)生劇烈的沖擊，影響除氧器的安全運行和設(shè)備的使用壽命。所以，目前大部分國家都不選擇鍋爐疏水排向除氧器，選擇的是凝汽器[1]。

噴射器無機械運動部件，且具有體積小、高效、節(jié)能、無泄漏、安全可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單等特點，在能源電力、石油化工領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。近年來國內(nèi)對汽液噴射器在電廠的研究工作取得了一些進(jìn)展，嚴(yán)俊杰等對汽液兩相加熱技術(shù)用于電廠低壓加熱器、供暖以及供熱系統(tǒng)等進(jìn)行了可行性分析。王曉峰等[2]設(shè)計了汽液兩相除鹽水加熱系統(tǒng)。侯雅萍等[3]采用汽-液兩相加熱器替代表面式加熱器對霸橋熱電廠清水系統(tǒng)進(jìn)行了改造。葛震弘[4]為回收工業(yè)鍋爐排污中的熱量，采用閃蒸蒸汽作為多噴嘴噴射器的工作流體，通入鍋爐給水箱或冷補給水箱來提高鍋爐給水溫度。

本文分析了大型電站鍋爐啟動系統(tǒng)的現(xiàn)狀，并指出常見啟動系統(tǒng)存在的能量損失問題，針對性的提出采用噴射器將啟動疏水回收至除氧器的方案，并對此方案系統(tǒng)進(jìn)行了分析。

2 超臨界機組啟動系統(tǒng)

直流鍋爐啟動系統(tǒng)分為外置式和內(nèi)置式。由于外置式啟動系統(tǒng)鍋爐氣溫較難控制，切除和投運時操作復(fù)雜，汽溫波動較大，對汽輪機運行不利，因此很少采用。內(nèi)置式的啟動分離器是國內(nèi)外超臨界機組主要使用的啟動系統(tǒng)。

內(nèi)置式啟動系統(tǒng)主要有大氣擴容式、啟動疏水熱交換器式、再循環(huán)泵式。

大氣擴容式在啟動過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)工質(zhì)的回收，產(chǎn)生的二次汽卻直接排掉，造成大量的能量損失。

啟動疏水熱交換器式在啟動過程中，分離器疏水的熱量大部分傳給鍋爐給水，提高給水溫度，減少了啟動疏水熱損失。熱交換后的疏水由于壓力降低，可以較安全地排入除氧器。然而該啟動系統(tǒng)較復(fù)雜，初投資較高，目前國內(nèi)外超臨界鍋爐使用的較少。

再循環(huán)泵式啟動系統(tǒng)在啟動過程中具有不損失工質(zhì)和熱量等諸多優(yōu)點，但缺點也十分明顯:輔助系統(tǒng)多，設(shè)備投資大，檢修費用高，疏水在循環(huán)泵內(nèi)存在汽蝕危險，需設(shè)置專門管路加大疏水過冷度.

綜上所述，不同的啟動系統(tǒng)，疏水回收的方式不同，從而能量的回收程度不同。大氣擴容式啟動系統(tǒng)中，疏水進(jìn)入除氧器既回收工質(zhì)又回收熱量，是一個雙贏的思路，但是由于疏水壓力驟降、汽化對除氧器存在的潛在威脅，使通過該方式回收能量的能力有限。帶循環(huán)泵的啟動系統(tǒng)實際運行中，為從安全角度考慮，導(dǎo)致從貯水箱溢出的疏水排入凝汽器，造成了能量的損失。從能源利用率的角度來看，疏水排入除氧器，是一種理想的回收方式，但是實現(xiàn)此目標(biāo)，必須首先解決疏水的汽化問題，以保證疏水進(jìn)入除氧器的安全性。本文分析的重要內(nèi)容就是如何將直流鍋爐高溫、高壓的啟動疏水安全地排入除氧器。

3 可行性分析

3.1 疏水回收的工作原理

啟動疏水回收的關(guān)鍵問題是盡可能降低進(jìn)入除氧器的疏水的汽化率，以減小汽水混合物所攜帶的動能，以便將直流鍋爐產(chǎn)生的高溫、高壓的啟動疏水安全地排入除氧器。

本文認(rèn)為采用噴射器回收啟動疏水至除氧器可以有效的解決將啟動疏水排入除氧器所帶來的問題。將噴射器安裝于除氧器水空間內(nèi)，啟動疏水經(jīng)節(jié)流閥擴容為一定壓力、一定干度的濕蒸汽，并作為噴射器的工作流體，除氧器內(nèi)的低溫水作為噴射器的引射流體。在噴射器內(nèi)，濕蒸汽與除氧水進(jìn)行劇烈的能量交換和混合使蒸汽迅速凝結(jié)，汽水混合物的比容急劇減小，使噴射器的出口處，混合物的流速大大降低，動能減小，實現(xiàn)了對高速蒸汽的消能，從而完成了大型電站鍋爐啟動疏水能量和工質(zhì)的雙重回收，達(dá)到節(jié)能、高效的目的。

3.2 疏水回收的系統(tǒng)設(shè)計

疏水回收系統(tǒng)的設(shè)計是根據(jù)疏水流量大小，在總管上布置若干根支管，每根支管上裝一套由若干個噴射器組成的噴頭，來自節(jié)流閥的具有一定壓力、一定干度的濕蒸汽經(jīng)疏水總管流向各個支管，并分配給每個噴射器噴頭，蒸汽與除氧器內(nèi)的過冷水混合后，溫度升高，作為鍋爐的給水。

4 結(jié)論

在大型電站鍋爐的啟動過程中，啟動旁路系統(tǒng)會產(chǎn)生大量的高壓飽和疏水，由于疏水既是工質(zhì)又含有大量可用能量，如果直接排掉，將會損失大量的可用工質(zhì)和熱量。本文針對這個問題，提出采用噴射器回收啟動疏水至除氧器的方案。經(jīng)過分析，本文認(rèn)為將噴射器作為啟動疏水進(jìn)入除氧器的減壓減震設(shè)備，能夠很好的實現(xiàn)預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。本文的研究為超臨界機組和超超臨界機組疏水的回收提供新的思路，具有重要的工程應(yīng)用價值。

[1] 段永成.國產(chǎn)600 MW 超臨界機組直流鍋爐啟動系統(tǒng)[J].熱能動力工程.2005，20（1）:99～100

[2] 王曉峰，高勝利，劉繼平，等.超音速汽液兩相流升壓加熱器用于除鹽水加熱系統(tǒng)的研究[J].熱力發(fā)電.2003，(8):16-19.

[3] 侯雅萍，劉振利，林萬超，等.灞橋熱電廠清潔水系統(tǒng)改造[J].西北電力技術(shù).2002，(2):38-39.

[4] 葛震弘，宋徐輝.從鍋爐排污中回收熱能，有效降低燃料成本[J].工業(yè)鍋爐.2006，97(3):44-46.

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.11.003

上海市高等學(xué)校本科教育高地建設(shè)項目

馬昕霞（1973-），女，講師，在讀博士研究生，主要從事流體機械、火電廠系統(tǒng)節(jié)能研究。