大气式除氧器两级热力系统布置、技术经济性分析 

      大气式除氧器两级热力系统布置、技术经济性分析，为了研究大容量机组宽负荷控制技术，对大气式除氧器两级热力系统进行了研究。经过对比论证，对其系统、布置、技术经济性做了分析。［结果］研究表明：大气式除氧器两级热力系统在技术上是可行的，以百万机组为例，在不同工况下，双机回热大气式除氧器两级热力系统的热耗相比双机回热一级除氧系统平均低10kJ/kWh~50kJ/kWh，节省标煤7232t/a，投资增加约570万，投资回收年限约2年。
      该系统适用于高参数机组，研究结果可为后续高参数机组采用大气式除氧器两级热力系统提供依据。
      基于新能源发电比例迅速提高、传统燃煤电厂年运行小时数逐渐降低的发展趋势，燃煤电厂宽负荷调峰已成常态，这样机组的实际运行煤耗偏离设计煤耗，业主对机组低负荷下运行的经济性越来越重视，机组宽负荷高效技术势必成为今后煤电产业技术的重点发展方向。因此当前电厂设计有必要考虑低负荷下机组的热经济性和热效率。美日及欧洲相关企业和科研院作了很多研究工作及有益的实践，目前国内各高校、电力设计院、主机厂也对此进行了大量的研究，机组宽负荷高效技术主要包括汽轮机宽负荷高效技术、热力系统优化技术、辅机技术和运行技术。包括如补汽阀、零号高加、烟气余热回收、回热系统配置、混合式加热器分级抽汽配汽装置、蛇形管加热器、变频调速、永磁调速、低负荷燃烧系统配置、锅炉燃烧优化控制等。基于这种背景，笔者所在设计院进行了“大容量机组宽负荷控制技术研究和应用”的科标研究，科标对相关技术进行了研究，包括主辅机设备全负荷下性能优化、机组低负荷安全和稳定运行、机组全程控制、燃烧控制优化等方面的研究，大气式除氧器两级热力系统是其中的一个热力系统优化技术。
      对大气式除氧器两级热力系统进行了研究，提出其可行性、适用范围以及经济性，大气式除氧器两级热力系统适用于高参数机组，本文研究成果可为后续高参数机组采用大气式除氧器两级热力系统提供依据，以提高机组在宽负荷下的效率，降低机组煤耗。
1大气式除氧器两级热力系统
1.1系统组成
      传统的热力系统一般是配有一级除氧器。除氧器的作用是凝结水打到除氧器后，通过除氧器去除给水中的各种溶解气体。双机回热系统带BEST透平是为700℃高超超临界机组（压力≥35MPa和/或温度≥700℃)开发的回热系统优化技术，用新增的独立汽轮机代替中压缸的抽汽去加热给水，它能够瓦解700℃高超超临界机组回热抽汽高温风险，有效降低抽汽过热度，减少加热器不可逆损失，提高循环效率，降低设备投资成本等多项优点。大气式除氧器两级热力系统是在双机回热系统的基础上发展出来的，适用于600℃超超临界机组及未来700℃高超超临界机组。
      在双机回热系统中，BEST透平根据抽汽级数有多种配置方案，以一次再热十级抽汽为例，BEST的抽汽供给#3~#8加热器，BEST排汽可排至低加或除氧器，如BEST排汽至低加则是双机回热一级除氧热力系统，系统组成见图1，回热系统组成为四高一除氧五低。如BEST排汽至除氧器，则系统中有大气式除氧器两级，此系统即构成了双机回热大气式除氧器两级热力系统，系统组成见图2，回热系统加热器组成为三高两除氧五低，凝结水通过凝结水泵打至2级低加后进入一级低压除氧器，然后通过新增中压给水泵打至3级低加后进入二级除氧器，再通过高压给水泵打至3级高加后进入锅炉省煤器。大气式除氧器两级热力系统相比于一级除氧热力系统，主要是用一级除氧器替代了一级高压加热器。
1.2系统的影响
      以主机参数28MPa/600℃/620℃的一次再热百万机组为例，大气式除氧器两级热力系统相比于一级除氧热力系统，系统配置对比如下：
      1）大气式除氧器两级热力系统相比于一级除氧热力系统的主要差异是用一级除氧器替代了一级高压加热器。除氧器相比于高压加热器，由于没有金属传热面，结构简单，在金属耗量、制造、投资上要低于高压加热器。
      2）大气式除氧器两级热力系统，由于多了一级低压除氧器，除氧器的汽水系统要比高加的汽水系统复杂，除氧器设备阀门的维护量增大。
      3）大气式除氧器两级热力系统，一级低压除氧器出口要增加一级中压给水泵配套系统。增加中压给水泵设备投资及设备维护。中压给水泵参数如下：水泵流量2537t/h，扬程约2.7MPa。经咨询泵厂家，苏尔寿泵选型为HSB轴向剖分单级双支撑泵，泵的效率85.5%，电机功率2.5MW，并需配套设前置泵。同时由于大气式除氧器两级热力系统设置中压给水泵，泵后的三级低加、中压给水管道及阀门压力比一级除氧系统提高，此部分投资会增加。
      4）大气式除氧器两级热力系统比，一级除氧器替代了一级高压加热器。除氧器为混合式加热器，高压加热器为表面式加热器。由于混合式加热器中加蒸汽汽水和给水为直接接触传热，传热端差为零，能把给水加热到加热蒸汽压力下所对应的饱和温度，表面式加热器有传热端差，因此混合式加热器回热热经济性要高于有端差的表面式加热器。所以从理论上分析，大气式除氧器两级热力系统的机组热耗会低于一级除氧热力系统，热耗降低的具体情况见表1。
2大气式除氧器两级热力系统技术经济比较
2.1机组热耗
      以主机参数28MPa/600℃/620℃的一次再热百万机组、10级回热（不带外置式蒸汽冷却器）系统为例，双机回热一级除氧热力系统机组与大气式除氧器两级热力系统机组热耗对比见表1，表中热耗数据为某主机厂为工程配合提供的数据。
由表1可见：
      1）不同工况下的热耗，大气式除氧器两级热力系统的热耗比一级除氧热力系统低10kJ/kWh~50kJ/kWh。
      2）机组在中间负荷区域（75%~50%负荷），大气式除氧器两级热力系统比一级除氧热力系统的热耗要低近40kJ/kWh~50kJ/kWh。机组在高负荷（75%负荷以上）和低负荷区（40%负荷以下），大气式除氧器两级热力系统比一级除氧热力系统的热耗降低的幅度变小。对当前机组低负荷运行时间长的现状，大气式除氧器两级热力系统运行的经济性变得突出。
      3）机组不同年利用小时的平均热耗，大气式除氧器两级热力系统比一级除氧热力系统低约40kJ/kWh。
2.2对布置的影响
      大气式除氧器两级热力系统中新增的一级低压除氧器和新增的中压给水泵可分别布置在一级除氧热力系统中的除氧间除氧器层和0m层，不额外增加主厂房跨度。新增的一级低压除氧器和中压给水泵需增加设备基础。大气式除氧器两级增的水汽管道布置略复杂，水汽管道有所增加。
2.3初投资比较
      按本文一次再热百万机组双机回热一级除氧热力系统机组与大气式除氧器两级热力系统机组的初投资比较见表2（一台机组）。
表2初投资比较表
      由表2可见：采用大气式除氧器两级热力系统方案，每台机组仅增加570万元初投资，初投资增加不多。
2.4经济性比较
      经济比较见表3（一台机组）。由表3可见，双机回热大气式除氧器两级热力系统，其收益非常可观，按年利用小时数4500h计算，每年可节省煤耗量7232t，2年内就可以收回投资，投资回收期短。
3结论
      大气式除氧器两级热力系统在技术上是可行的。技术方面，大气式除氧器两级热力系统，由于多了一级低压除氧器及中压给水泵，汽水系统要比一级除氧器热力系统复杂，除氧器、给水泵设备维护量增大。
      经济性方面，大气式除氧器两级热力系统的设备初投资比一级除氧热力系统多570万元，每年可节省煤耗量7232t，2年内就可以收回投资。对当前机组低负荷运行时间长的现状，大气式除氧器两级热力系统运行的经济性变得突出。