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河北沙岭子电厂锅炉暖风器疏水系统改造方案可行性分析
北京保罗莎科技有限公司
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一、        国内电站锅炉暖风器疏水系统现状
当前国内电站锅炉为避免锅炉尾部受热面的低温腐蚀, 一般采用暖风器预热风温的方式来解决。暖风器布置于空气预热器进口风道中, 利用汽轮机的抽汽对低温空气进行预热以提高锅炉尾部受热面的金属壁温, 防止低温腐蚀和堵灰的现象。
    暖风器运行时每小时约产生十几吨或更多的冷凝水, 从节约水资源以及热量考虑应当或必须予以回收。传统的布置是采用疏水泵将凝结水打至某一级低加, 典型的布置为”疏水泵→除氧器”方式。这种方式需要设置低位水箱、 水位计, 疏水泵、 控制单元以及再循环阀等设备, 由于系统复杂、 设备工作环境恶劣, 经常发生如水位控制失灵、 疏水泵汽蚀等频发故障, 普遍存在着故障率高、 检修量大的问题, 很难适应电厂当前”减员增效”和”节能降耗”的要求, 造成设备投入率低, 有些电厂出于无奈对地沟排放来维持暖风器的投运, 有的电厂甚至切掉暖风器。
据我公司对国内100多家电厂进行的调查了解: 85%的电厂暖风器疏水无法按设计方案正常回收; 而能够坚持回收的电厂, 由于系统故障率高、 检修量大, 也处于较被动的处境。
根据有关报道, 今年上半年电力行业不但没有完成国家要求的节能降耗指标, 反而比去年有所增加, 因此电厂对节能降耗工作应从各个环节着手, 从点滴出发, 切实做好节能及降耗方面的工作, 特别应注意一些可经过技术改造的途径来实现节能降耗目的的设备合项目。
二、        沙岭子电厂暖风器疏水系统现状
沙岭子电厂的暖风器疏水系统即为上述典型的”疏水泵→除氧器”传统方式, 每台锅炉上布置了4台暖风器( 2台一次风, 2台二次风) , 4台暖风器的冷凝水汇集于下方的疏水箱中, 再经过位于零米的疏水泵打至除氧器。其中疏水箱上配置了水位计。现系统存在着故障率高、 投运率低, 冷凝水浪费较严重的问题。另外还存在着暖风器后水质变差无法接入回热系统等问题, 因此全部经过定排排放。如果按1台炉暖风器的疏水量约为30t/h计算, 一天下来损失720吨的除盐水及其所含有的热量。如果每吨冷凝水按30元计算, 一年运行6个月, 就损失浪费13.14万吨, 合394.2万元。沙电共有8台炉, 算下来就很惊人了。
三、        暖风器疏水系统改造方案及途径
暖风器疏水系统的改造不是锦上添花的项目, 应当是雪里送炭, 尽快解决当前存在的浪费问题。在原有系统和设备的基础上, 经过尽可能简单的改造, 尽快改变当前的浪费现象实现回收, 在这个原则下, 尽量使改造后的疏水系统维护检修量小、 设备投入率高, 满足电厂当前节能降耗工作的要求。
十几年来, 我公司致力于疏水系统的节能改造, 积累了一些经验。 首次与石家庄华能上安电厂合作, 经过改造实现暖风器疏水及其热量的全部回收。该改造项目情况在《中国电力》 第10期刊登后, 引起了很多存在同样问题电厂的关注, 嗣后山西阳泉二电厂( 旧系统改造) 、 华能甘肃平凉电厂( 旧系统改造) 、 华能营口电厂( 东北院新建项目设计) 、 推广和应用, 均取得较好的效果( 除阳泉二厂未与我公司进行合作采用其它疏水器改造未成功) 。当前又有华能大连( 旧系统改造) 、 华能丹东( 旧系统改造) 、 甘肃连城( 旧系统改造) 、 山西漳山( 中南院新建项目设计) 、 河北栾城( 华北院新建项目设计) 、 山西王曲( 旧系统改造) 、 河北曹妃甸( 河北院新建项目设计) 、 山西太钢自备电厂( 山西院新建项目设计) 等电厂开始与我公司合作改造本厂锅炉暖风器疏水系统, 同时华北院、 东北院、 中南院、 河北院、 山西院等已将”暖风器→疏水器→凝汽器”方案在新建机组上直接进行了设计。不但降低了系统造价, 主要是保证了暖风器疏水系统的可靠性及投入率, 事实已经证明这种改造方案的可行与优势。
改造方案去掉了运行中故障频发的设备环节, 如疏水罐、 水位计、 疏水泵和控制单元等等) , 大大简化了暖风器疏水系统。改造方案中的关键环节是一台高性能、 大排量、 具有先导阀的TLV自由浮球式疏水器, 疏水器的性能决定了改造后整个系统的性能。
自动疏水器是一种自力式的特殊阀门, 在蒸汽设备上起到自动”阻汽、 排水”的作用。它能自动识别水或蒸汽, 并自动执行相应的动作, 在工作过程中无需任何外力驱动及人为干预。因此疏水器必须具有极高的可靠性以及最低限度的泄漏, 以使改造后的疏水系统有尽可能低的维护工作量和最大的节能增效目的。
传统机械型疏水器( 第一代倒吊桶式及第二代杠杠浮球式) 的故障率中, 杠杠铰链系统要占据90％以上, 且检修和维护量大。TLV疏水器( 第三代自由浮球式) 革除了杠杠铰链系统, 基本上实现了无故障和零泄漏, 因此是暖风器疏水系统改造唯一适合的疏水器。当前自由浮球式疏水器尚为TLV公司的专利技术, 总共高达2260项之多, 当前欧美各国还不掌握第三代疏水器的生产制造技术, 也主要从日本进口。国内很多阀门厂都在仿造TLV自由浮球疏水器, 由于无法掌握其技术含量和制造工艺, 因此仿造的自由浮球疏水器寿命短、 泄漏严重。阳泉二厂按照上安电厂的改造方案对本厂锅炉暖风器疏水系统进行了改造, 由于采用了仿造的疏水器, 造成改造后的系统不能达到预想的目的, 这是一个较深刻的教训。
国内已有80多家电厂在使用TLV疏水器, 其中河北陡河电厂使用的100多只TLV疏水器运行时间已经超过30年, 还在正常工作, 其间维护检修工作量也很少。
任何疏水器工作都要靠进出口正差压工作, 因此暖风器使用疏水器时需寻找压力低于暖风器冷凝水压力的容器。当前多数选择凝汽器热井, 变”疏水泵→除氧器”方式为”疏水器→凝汽器”方式。
四、 沙电暖风器疏水系统改造方案及建议
沙电暖风器参数:
供汽最大压力
1.7Mpa
供汽最高温度
350℃
实际供汽压力
1.0Mpa
实际供汽温度( 过热)
240℃
阻力
250pa
温升
51℃
凝结水压力
1.0Mpa
暖风器凝结水温度( 饱和)
180℃
最低进口风温
-16℃
疏水管道尺寸
Φ80mm
一次风暖风器最大风量
170000 m3/h
二次风暖风器最大风量
470000 m3/h
一次暖风器疏水量
4.7t/h
二次暖风器疏水量
13.1t/h

沙电与国内其它国产300MW机组暖风器系统及参数大致一致, 因此我们参照其它厂已经改造成功的方案进行原则性设计, 具体措施如下:
1、 在原疏水箱上方加装2台大排量TLV疏水器, 两台一次风暖风器共用一根回收管道, 两台二次风暖风器共用一根回收管道( 不同暖风器不能共同一只疏水器, 以防工作状态的相互干扰) 。每台疏水器前后加装隔离阀及旁路阀。
2、 二台疏水器疏水汇于一根疏水母管, 引至汽机房凝汽器热井。
3、 为监测水质疏水器后可安装取样装置并考虑加装排放门、 回收门用以切换疏水走向( 见下图) 。

回收到凝汽器热井

4、 疏水系统改造后的投运
投运时先关闭疏水器前后隔离门和回收门、 打开旁路门和排放门, 对暖风器进行预热并冲洗管路中的杂物( 防止进入疏水器) , 约半小时后缓慢开启疏水器进出口隔离门( 防止不必要的冲击) 并关闭旁路门, 疏水器即投入工作, 当冷凝水进入疏水器浮球向上浮起打开先导阀上的小孔排放冷凝水; 当冷凝水量较大时先导阀会被活塞从主阀座上推开, 进行正常排水。
根据风温的要求调节暖风器进汽门控制进汽量。按一定周期从取样门取样并化验疏水水质, 待水质合格后, 关闭排放门、 开启回收门, 实现疏水的回收。排放门与回收门切换时注意要”先关后开” 的操作顺序, 目的是避免凝汽器漏真空。
疏水器正常工作后不需要任何外力驱动, 也不需要任何的人为干预, 疏水器能够长期的、 完全自动地工作, 没有特殊的维护要求, 可根据介质情况每数月或数年清洗疏水器即可。
5、 改造费用估算
以一台炉计, 根据一、 二次风9.4t/h与26.2t/h的凝水量, 相应的TLV疏水器型号为J8X与J10, 两台TLV疏水器的价格约为14万元。其它附属6只手动门及管道根据实际用料计算, 安装施工费用需另测算。
6、 改造对系统设备的影响
与该改造方案直接相关的系统设备为暖风器与凝汽器两个方面。
① 对暖风器的影响
暖风器是一个蒸汽热交换设备, 在经常发生冷凝水积存的状况下, 易出现内部水击造成振动大甚至管束泄漏等现象。加装疏水器后只要排量足够且连续稳定, 疏水器就是一个很好的”汽水”分离( 隔离) 装置, 既不泄漏蒸汽也不积存冷凝水, 改进了暖风器的工作条件, 这就从根本上解决了上述的问题。因此改造后的系统对暖风器有利而无害。
水位调节一直是传统疏水方案的一大弊病, 没有太好的解决办法。改造后的系统取消了水箱容器, 不再涉及水位检测及调节的问题。
②对凝汽器的影响
   暖风器的供汽压力与温度较低, 换热产生的饱和水量只为凝汽器凝水量的1%左右, 因此对凝汽器产生的影响可忽略不计。导入凝汽器热井除了可使冷凝水避开凝汽器冷源损失, 同时疏水本身的显热还能够补偿热井中冷凝水的过冷度, 对系统有一定益处。下图为300MW机组的负荷与凝结水过冷度关系曲线, 可见在机组带50%以上负荷时, 凝结水存在1℃-1.6
℃的过冷度, 而暖风器疏水的接入, 可提供略微的补偿。

7、 暖风器疏水系统改造效果的分析
①暖风器疏水系统改造前后运行效益对比:

改造前
改造后
效益
工质损失
冷凝水排地沟, 一天损失工质约30×24=720t
冷凝水全部回收
一台炉一年运行6个月, 回收388万元
热量损失
对外排放浪费能源增加污染
工质所带热能融入回热系统, 提高了热效率
设备投资
水箱、 水位计、 疏水泵、 再循环阀、 控制器、 线缆等, 约合60万元
疏水器、 手动门、 管道等约合20万元
节省40万元
运行成本
疏水泵消耗厂用电, 系统较大的维护及检修工作量
系统简单、 稳定, 无需操作, 无需外力驱动
( 可按检修工时及材料计算)
②投资回收期
锅炉软化水以30元/t计( 各厂根据实际情况确定软水价值) , 若一台机组改造的费用为20万元, 则投资回收期仅为20万元/(30元/t×720t) ≈10天。
成本回收期过后, 每天可创造30元/t×720t/天=2.16万元的收益。
改造后的疏水系统运行成本的降低、 维护检修量的减少, 又可满足电厂今后”节能降耗”及”减员增效”的管理要求。
8、 经济性分析
当前的系统由于未回收工质, 因而冷凝水的热量随着工质的流失而损失殆尽。改造后, 疏水回收到回热系统, 避免了热量损失。至于暖风器疏水回收至除氧器与凝汽器的热量比较, 由于位能上的差异从理论上讲会有一些yong的损失, 但总的来说还是得大大于失的。
    改造后的方案实现了暖风器冷凝水的全部回收, 而且操作简单、 运行可靠, 减少了现场维修工作量, 节约了能源。另外改造项目投资小、 实施便捷、 效益显著而且回收期短, 因此是当前比较理想的改造方案。

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