火电机组卧式旋膜式除氧器的应用和发展 

 随着火电机组向高参数大容量发展，旋膜式除氧器的布置形式，也从立式布置转向卧式布置。根据设计实例，说明了卧式旋膜式除氧器的结构特点，并改进了水室的进水方式。通过试验，得到了恒速喷嘴的关键参数。设计优化后卧式旋膜式除氧器，必将在大容量机组中得到更广泛的应用。
旋膜式除氧器的主要作用，是除去给水中的氧气，确保回热系统中给水的品质。若给水中溶入了氧气，就会使与水接触的金属腐蚀。在热交换器内，如果有气体聚集，将降低传热效率。因此，水中溶入任何气体，对传热都是不利的，尤其是氧气，还会腐蚀设备，影响设备的安全运行。
2、卧式旋膜式除氧器的设计
在1982年，我公司就成功设计和制造了国产300MW火电机组的1080t/h卧式旋膜式除氧器。该型旋膜式除氧器运行在很多发电机组中，运行数据证明，该型旋膜式除氧器的性能良好、安全可靠，出水含氧量为0～5μg/L。因设备的性能优异，得到了用户好评。
2.1主要设计参数
1080t/h卧式旋膜式除氧器及水箱的组合结构，如图1所示。旋膜式除氧器的设计参数，如表1所示。
图11080t/h卧式旋膜式除氧器及水箱的结构表1旋膜式除氧器的设计参数
名称 数值
设计压力/MPa 0.932
设计温度/℃ 350
进水温度/℃ 131.5
出水温度/℃ 169
凝结水流量/t·h-t 1060
出水含氧量/μg·L- 7
水箱有效容积/m3 90
2.2恒速喷嘴与制造技术
恒速喷嘴是旋膜式除氧器中的关键部件。根据有关资料，对恒速喷嘴的结构及材质进行分析。通过试制，取得了设计喷嘴的关键数据，并在试验台进行了冷态试验。试验数据表明，试制成功的恒速喷嘴，其技术参数并不亚于进口喷嘴的参数，且喷嘴的始喷压力和灵敏度，均优于进口喷嘴。试制成功的恒速喷嘴，具有压差小、流量大及流量变化率大等优点，喷嘴的全压差≤0.058MPa。通过冷态试验得知，喷嘴的小压力差(开启压差)为0.023MPa(0.24
kgf/cm2),喷嘴的大压差为0.057MPa(0.58kgf/cm2),喷嘴在额定流量下的压差为0.035~0.037MPa。喷嘴的流量是随着喷嘴压差的增加而增加，反之亦然。运行时，由于凝结水具有一定温度，其比容比室外温水的比容增大约10%,故在热态运行时，喷嘴的流量比冷态时的流量减小10%。
在使用恒速喷嘴的除氧系统中，应保证喷嘴流量随着喷嘴的水汽侧压差的变化而变化，淋水滴才会有雾化的效果。16t/h恒速喷嘴的结构，如图2所示。
3、卧式旋膜式除氧器的设计实例(一)
3.1设计主要参数
为石洞口电厂600MW机组，设计了某型2400t/h卧式旋膜式除氧器。设计时，按国外公司提供的参数进行方案设计，国外公司提供的主要设计参数，如表2所示。
表2国外公司提供的设计参数
名称 数值
凝结水压力/MPa 1.4
凝结水进口温度/℃ 140
凝结水出口温度/℃ 187
凝结水流量/t·h-1 1060
蒸汽进口压力/MPa 1.175
蒸汽进口流量/t·h-1 110.624
蒸汽进口温度/℃ 187
出水含氧量/μg·L-1 7
3.2设计思想
根据客户提供的设计参数，2400t/h卧式旋膜式除氧器的总体结构设计，可参照1060t/h卧式旋膜式除氧器的设计方案。为了保证喷淋密度在使用范围内，旋膜式除氧器的内径仍取2.5m,增加了旋膜式除氧器淋水区的长度，旋膜式除氧器总长仍在要求范围内。这样，在设计上，可利用原有的标准件和通用件图纸，缩短了设计周期。
3.3存在的缺点和克服办法
在设计时，将淋水区长度由原6048mm放至12096mm,旋膜式除氧器的进水室也相应放长，但流向恒速喷嘴的给水阻力差会超过设计允许值，造成每只喷嘴的喷出流量相差很大，影响了喷雾除氧的效果。为了解决这些问题，将进水室隔成长度相等的2个独立进水室，每段长度等于原长，布置在水室内的喷嘴位置，与原设计一致，这样就可利用原有的设计方案，解决了喷雾与除氧效果不佳的现象。但是，旋膜式除氧器因此而有2个进水口，分别进入旋膜式除氧器的2个独立进水室。根据设计院的要求，只能有1个进水口。为此，在旋膜式除氧器顶部的左侧，设计有1个进水过渡集箱。在除氧系统中，仅有一路水进入过渡集箱，通过集箱，再分成二路，分别进入旋膜式除氧器的进水室。2400t/h卧式旋膜式除氧器及水箱的组合结构，如图3所示。
图32400t/h卧式旋膜式除氧器及水箱的组合结构
4、卧式旋膜式除氧器的设计实例(二)
4.1产品的设计
4.1.1性能设计
根据客户提供的热力参数、由引进的Sterling的设计程序进行设计计算。
4.1.2结构设计
(1)进行旋膜式除氧器及水箱的强度，曲屈分析和计算。
(2)进行水箱多支座的设计及支座反力的计算。
(3)内部结构的设计计算。
4.2设计主要参数
我厂为外高桥电厂二期工程900MW机组设计2793t/h卧式旋膜式除氧器时，承担方案设计，主要的设计参数，如表3所示。旋膜式除氧器与水箱的组合图，如图4所示。
表3外高桥旋膜式除氧器的设计参数
名称 参数
设计压力/MPa 1.9
设计温度/℃ 220/372
Max,steaminlet/380
标准 ASME
出力/t·h- 2793
有效容积/m3 308
旋膜式除氧器材料 SA516Gr70+SA240304
水箱材料 SA516Gr70
支座/只 4
图42793t/h卧式旋膜式除氧器及水箱组合图
4.3设计难点及解决措施
4.3.1根据合同要求，对旋膜式除氧器及水箱需按ASME规范VⅢ篇1,2分篇进行强度、曲屈分析计算，具有一定的难度和深度。经有关院校的课题研究后，采用了ANSYS应力分析软件，对旋膜式除氧器及水箱的整体结构及关键部位进行温度场分析、应力分析和疲劳分析，并按ASME规范VⅢ篇有关内容进行校核，对原设计方案不足之处进行调整。
4.3.2由于该旋膜式除氧器水箱采用4支座支撑结构，1个为固定支座，3个为活动支座。因此多支座的设计及支座反力的计算具有一定的难度。我们与计算组及同济大学的老师一起采用ANSYS应力分析软件，对设备进行有限元分析，所得计算结果，已被客户确认。
4.3.3客户还对旋膜式除氧器的内部结构提出了改进要求。如：凝结水进水装置布置形式的调整等。在充分考虑了旋膜式除氧器内部空间的情况下，对原来的进水装置作了一定的调整和改进。
4.3.4由于合同规定旋膜式除氧器及水箱壳体上不允许有角焊缝。故旋膜式除氧器及水箱上的接管须考虑自身补强，这样接管的壁厚较厚。在接管材料的选择时，考虑了三种方案：
(1)采购SA106B管子；
(2)采用板材卷、压制而成；
(3)采用SA105锻件。
4.3.5由于水箱支座与基础的连接，既要考虑地脚螺栓的连接，又要考虑水箱热膨胀位移量。经多方协商及分析计算，对水箱支座进行了改进设计。
为了加强电站辅机设备的研制工作，还需要不断提升设计和制造能力，进一步研发新型旋膜式除氧器，才能让我国的电站设备走向世界。