0、引言
华能汕头电厂二期工程1x600MW超临界机组，其锅炉岛由东方锅炉厂设计与供货，汽轮机岛由哈尔滨汽轮机有限公司与哈尔滨发电机有限公司设计与供货。凝汽器由上海动力设备厂有限公司设计与供货。其他系统及辅助设备，由西北电力设计院设计，国内有关厂家供货，广东火电集团公司安装，东北电力科学研究院调试所调试。工程自2003-10-18开工，2005-10-20完成168 h试运。这是我国自行设计的第3台600 MW超临界机组。在此工程安装期间，得悉正在启动调试中的华能沁北电厂600 MW超临界机组锅炉汽水分离器启动疏水排放引起凝汽器背包式疏水扩容器超压、管道阀门振动、管道内部测温元件吹损、噪声增大、凝结水温升高等一系列问题，以致机组无法正常启动及疏水不能回收。由于此工程与沁北电厂的设计单位都是西北电力设计院，凝汽器的选型及结构是一样的，都是双背压背包式疏水扩容器，锅炉启动疏水排放的设计都是通过361阀减压后排到凝汽器背包式疏水扩容器的。因此，如果不采取改进措施，沁北电厂发生的问题将会在华能汕头电厂重复发生。为此，汕头电厂与设计院及设备供货厂家及时进行了技术探讨，制定了解决方案。通过方案实施，解决了此问题。富通新能源生产销售
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1、锅炉汽水分离器启动疏水排放原设计方案的问题及分析
1.1原设计方案及存在的问题
锅炉汽水分离器启动疏水通过2个并联连接的361阀减压后，汇合到1根母管上，然后分2路，其中一路（管道直径D377 mmx12 mm）通过电动隔离阀排到锅炉疏水扩容器，另一路(管道直径D377 mmx12 mm)通过电动隔离阀排到低背压疏水扩容器。在锅炉启动过程中，当疏水质量不合格时，疏水排放到锅炉疏水扩容器。当疏水质量合格时，疏水排放到凝汽器背包式疏水扩容器，将合格的工质回收。
锅炉汽水分离器启动疏水排放量，在最大工况下为475t/h、压力8.99MPa，湿度为对应压力下的饱和温度304℃、热焓1 361kl/kg、质量浓度705.4 kg/m3。经过361阀节流减压后的压力为0.852 MPa、热焓2 830 kj/kg。此时的介质为两相流体。
原设计方案存在的问题：(1)凝汽器背包式疏水扩容器超压到100 kPa左右，并产生明显的振动及噪音；(2)7级及8级低压加热器的疏水不能疏入凝汽器背包式疏水扩容器；(3)凝结水温升高，凝结水泵有汽蚀振动的迹象；(4)与凝汽器背包式疏水扩容器相连的其他疏水管道阀门产生振动及噪音；(5)361阀后的管道内部测温元件被吹毁损坏。
1.2原因分析
(1)凝汽器背包式疏水扩容器超压：凝汽器背包式疏水扩容器的容积约为20m3，上部与凝汽器汽室相通，下部与凝汽器底部的热井相通。减温水采用凝结水泵出口的凝结水，流量约为50m3/hl。除了接纳经361阀减压后的压力为0.852 MPa、流量475 t/h、热焓2 830 kj/kg的锅炉汽水分离器启动疏水两相流体外，还接纳l段、5段和6段抽汽管道的疏水、小机本体的疏水、1号高压加热器紧急疏水、5号低压加热器的紧急疏水、7号与8号低压加热器的紧急疏水、8号低压加热器的正常疏水、汽水分离器疏水、除氧器溢放水、辅汽管道疏水箱疏水以及自主凝结水来的减温喷水。在机组启动阶段，低压加热器与高压加热器基本无疏水可放，在正常运行情况下，没有溢水及放水，其他疏水量很小，基本可忽略不计。由于锅炉汽水分离器启动疏水仅经361阀降压而不降温，使361阀后的疏水汽化潜热增大，形成两相流，介质的比容增大，体积流量增大，热焓量增多，压力仍有0.852 MPa之高，凝汽器背包式疏水扩容器超压的原因主要是接纳锅炉启动汽水分离器疏水引起。主要原因：
361阀之后的压力为0.852 MPa、流量475 t/h、热焓2 830 kj/kg的两相流体，通过在凝汽器背包式疏水扩容器减温水喷水降温后，大部分蒸汽凝结为水后排人凝汽器热水井。小部分蒸汽通过背包式疏水扩容器上部的通孔排入凝汽器汽室。由于在启机阶段，锅炉尚不需大量的水，这部分水汇合主凝结水通过凝结水泵出口的再循环管，在凝汽器一凝结水泵一再循环阀门及管道一凝汽器进行循环。尽管采用了喷水减温，但是由于减温水是采用凝结水泵出口的凝结水，锅炉汽水分离器启动疏水的热量并没有被凝汽器的冷却水带走，而是在凝汽器一凝结水泵一再循环阀门及管道一凝汽器系统内进行循环，随着启机时间的延长，锅炉汽水分离器启动疏水的热量不断进入，凝结水的温度就会逐步升高，凝结水用于背包式疏水扩容器的减温水的温度也逐步升高，减温水的效率就会下降，导致进入背包式疏水扩容器的锅炉汽水分离器启动疏水不能很好地降温。此时，较高的锅炉汽水分离器启动疏水的温度对应着较高的饱和压力。这就是凝汽器背包式疏水扩容器超压的原因。
(2)7级及8级低压加热器疏水不能疏入凝汽器背包式疏水扩容器：由于以上原因，凝汽器背包式疏水扩容器的压力超压到约100 kPa，而7级及8级低压加热器疏水设计压力仅为20.5 kPa。7级及8级低压加热器的疏水压力低于凝汽器背包式疏水扩容器的压力，这就是7级及8级低压加热器的疏水不能疏人凝汽器背包式疏水扩容器的原因。
(3)凝结水温升高，凝结水泵有汽蚀振动的迹象：由于以上原因，凝汽器背包式疏水扩容器的压力超压到约100 kPa，在压力100 kPa下其对应的饱和温度约100℃。这部分疏水流到凝汽器热水井，凝汽器热水井中的凝结水温度升高。而凝汽器热水并对应的压力是凝汽器汽侧的压力。按规程启机时凝汽器汽侧压力小于10 kPa，其对应的饱和温度最高约46℃。此时凝结水泵入口的凝结水温度高于凝汽器汽侧压力10 kPa对应的饱和温度约为46℃，凝结水泵人口的凝结水由此发生汽化。这就是凝结水温升高引起凝结水泵有汽蚀振动迹象的原因。
(4)与凝汽器背包式疏水扩容器相连的其他疏水管道阀门产生振动及噪音：由于以上原因，疏水已被汽化形成两相流进入凝汽器背包式疏水扩容器，加上减温水的温度不稳定，是逐步升高的，由此引起凝汽器背包式疏水扩容器内部压力也是不稳定的，疏水在一个不稳定的压力下，形成脉冲式的汽化过程。这些在不稳定压力下形成脉冲式汽化的介质将产生噪声，并冲击与凝汽器背包式疏水扩容器内部相连的其他管道及阀门引起振动。这就是与凝汽器背包式疏水扩容器相连的其他疏水管道阀门产生振动及噪音的原因。
(5)361阀后的管道内部的测温元件被吹毁损坏：经过两相流介质的计算，361阀后的介质流速达到约120 m/s。而根据《火电发电厂汽水管道设计技术规定》(DLT5054-1996)的规定，推荐疏水在调节阀出口侧的流速为20—100 m/s。由此分析361阀后的介质流速过高，超过了规程的极限。管道内部的测温元件不能承受如此高速介质的冲击。这是361阀后管道内部的测温元件被吹损的原因。
2、锅炉汽水分离器启动疏水排放设计修改的目的及解决方案
2.1 设计修改目的
设计修改的目的有2个：一是锅炉汽水分离器启动巯水的排放不能引起设备超压等一系列问题，影响机组正常启动；二是合格的启动疏水尽量回收，避免水质浪费。
2.2解决方案
(1)将361阀后合格的锅炉启动疏水直接排地沟或循环水沟。这种方案系统最简单，操作最方便，也最节省设备投资费用。现在有些电厂采用了这种设计。其最大缺点是水质不能回收，造成了有效水质的浪费。据初步统计，刚投运的机组，由于水质较脏，启机一次需排2 000～5000t疏水（含锅炉启动合格与不合格炉水排放等）。大量的排放疏水，将造成化水车间制水的紧张，供不应求；其次，是运行费用的增加。对于缺乏淡水资源的电厂，由于淡水成本较高，此费用还会大幅度增加，这是水资源浪费及运行费用增多的不经济方案。
(2)将361阀后的锅炉启动疏水排除氧器。这种方案可能是最有效的。361阀后锅炉汽水分离器启动疏水，其参数为：压力0.852 MPa、流量475 t/h、热焓2 830 kj/kg。而除氧器的参数为：设计压力1.3 MPa、最高工作压力1.13 MPa、设计温度370℃。最高工作温度369℃。安全门动作值1.24 MPa。总容积345 m30有效容积235 m3。凝结水最大流量1 400 t/h。从上述参数看，将361阀后的锅炉启动疏水排至除氧器是合适的。最大的好处是不仅锅炉汽水分离器启动疏水的介质得到回收，而且介质的热焓通过除氧器利用，又回收返回了锅炉，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。从安全性来考虑，经过361阀减压后，其介质压力低于除氧器的工作压力，是安全的，只有在361阀受冲击损坏减压效果失效，则可能引起除氧器超压。当然，也有其他措施在此情况下防止除氧器超压，如：增加除氧器安全门的数量及排放面积等。
根据我国国情，我国有关部门曾发布过很多防止除氧器爆炸的严厉文件。我国电力行业标准《火电发电厂设计技术规程》（DL5000-2000第10.4.4条明确规定：除氧器的启动汽源应来自启动锅炉或厂用辅助蒸汽系统。设计院一般不愿突破上述规定，将锅炉汽水分离器启动疏水排除氧器，做除氧器的热源。因此，如何突破上述规定，建议有关主管部门组织讨论，认真进一步探讨与实践。在总结实践经验的基础上，适时对我国相关技术规程进行修改，以利及时发挥节水节能的作用，是有实际意义的。
(3)将361阀后的锅炉启动疏水通过大气式水箱减压减温后，用疏水泵打入凝汽器。目前也有电厂是采用这种方案设计的。这种方案能回收合格水质，且运行安全。但这种方案的主要缺点是设备投资过大，要增加1个很大的冷却水箱及泵送装置和运行费用，系统复杂，设备占地面积大。这是不经济的方案。
(4)将361阀后的锅炉启动疏水通过三级减温减压器排凝汽器。这种方案主要是考虑安全及疏水回收。因为凝汽器容积很大，带压介质进入凝汽器立即扩容，其热量立即被凝汽器的冷却水带走，不会造成凝汽器的超温超压。由于介质在进入凝汽器喉部前，进一步通过三级减温减压器降温降压，介质速度已充分降低，不会造成对凝汽器管子及其他部件的冲刷。这种方案只能回收合格的锅炉启动疏水即工作介质，而不能回收介质的热量。在方案(2)暂不能实施的情况下，此方案与方案(3)通过技术经济对比分析，具有投资少，系统简单，占地面积小等优点，是较为可行的方案。其具体设计及实施的情况如下：
a．做2个三级减温减压装置，其位置布置在凝汽器喉部，361阀后的锅炉启动疏水通过三级减温减压装置后，其热量被凝汽器的循环冷却水带走。三级减温减压装置的喷水冷却水采用凝结水泵出口的凝结水。水量约为50 t/h。三级减温减压装置的具体设计数据：设计压力0.898 MPa；设计温度200℃；工作压力0.852 MPa；工作温度170℃；流量266 t/h（单台减温器，不含喷水量）。
有关技术要求：三级减压减温装置安装在凝汽器喉部后水室侧，当系统启动运行时，凝汽器温度压力不应超过限定值，不能影响大小机排汽及凝汽器的正常工作性能。三级减温减压装置材料及布置位置应充分考虑到运行中汽水冲击影响，以避免对本体及凝汽器内部管路的冲蚀破坏。三级减压减温装置还应有足够的加强措施，以承受管道的热胀推力及力矩，并承受汽液两相流引起的振动。设备管道接口D426 mmx14 mm、材料12CrlMoVo噪声要求：在距设备周界水平方向1.0 m处所测的噪声水平应不超过85 dB。
b．取消原凝汽器背包式疏水扩容器上361阀后的锅炉汽水分离器启动疏水接口，把此接口改接到新增加的三级减压减温装置的入口接口上。
c．把361阀后的管道由原1根改为2根，其尺寸由原D377 mm改为D426 mm。
3、方案(4)实施后的效果
经方案(4)实施改进系统后，随主设备运行顺利通过168 h试运行及连续8个月运行的情况看，由于锅炉汽水分离器启动疏水改排三级减温减压装置，凝汽器背包式疏水扩容器不超压，振动及噪音在正常合格范围。7、8级低压加热器的疏水能正常疏入凝汽器。由于锅炉汽水分离器启动疏水的热量被凝汽器冷却水带走，凝结水温正常，凝结水泵没有汽蚀振动的迹象。与凝汽器背包式疏水扩容器相连的其他疏水管道阀门不产生振动及噪音。由于361阀后的管道直径改大，介质流速由原120 m/s降到86 m/s，管道内部测温元件运行正常，其元件未被吹毁损坏。锅炉汽水分离器启动疏水通过凝汽器能正常回收。三级减温减压装置没有对凝汽器管子造成冲刷及产生其他新的问题。大量锅炉汽水分离器启动疏水得到回收。此项设计改进达到了预期效果。富通新能源生产销售的生物质锅炉以及木屑颗粒机压制的生物质颗粒燃料是客户们不错的选择。
4、结语
锅炉汽水分离器合格的启动疏水经361阀减压后直接排放到凝汽器背包式疏水扩容器，已被实际证明会引起背包式疏水扩容器超压等一系列问题，不能保证机组正常启动。经分析，可得到如下结论：
(1)锅炉汽水分离器合格的启动疏水经361阀减压后直接排地沟，此方案会造成锅炉启动时大量的合格疏水浪费。
(2)将361阀后的锅炉启动疏水排除氧器。此方案需待我国有关法规及设计规程有所突破后才能实施。
(3)锅炉汽水分离器合格的启动疏水经361阀减压后排大气式水箱，用泵送系统把已减压减温的疏水打入凝汽器，此方案安全可靠，缺点是设备投资大，要增加泵送装置和运行费用，系统复杂，设备占地面积大。
(4)将361阀后的锅炉启动疏水通过三级减温减压器排凝汽器喉部。此方案相对将启动疏水经361阀减压后排大气式水箱，用泵送系统把已减压减温的疏水打入凝汽器的方案进行比较证明，具有运行安全可靠、回收介质、节约水源、设备投资少、系统简单等优点。经技术经济比较，此方案为技术可行及节省投资的较切合实际的方案。
