1000 MW 超超临界机组凝结水溶解氧超标处理

张 胤

上海上电漕泾发电有限公司

0 概述

上海漕泾电厂2×1 000 MW 机组汽轮机采用上汽厂引进德国西门子公司技术设计制造的超超临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽（一个高压缸、一个双流中压缸和两个双流低压缸）、双背压、八级回热抽汽、反动凝汽式汽轮机，型号为N1 000-26.25/600/600，铭牌功率为1 000 MW，保证热耗7 306 KJ/KWh。

机组凝结水系统主要由两个部分构成，凝补水系统以及主凝结水系统。凝补水系统包括凝补水箱至凝汽器的相关管路及设备，主凝结水系统指由凝汽器至除氧器之间的管路及设备。上海漕泾电厂原设计为纯凝机组，锅炉最大连续蒸发量为2 956 t/h，补水量约30 t/h，由于近年来的机组供热改造，目前单机供热能力已达到180 t/h，因此每小时的补水量需210 t 左右，远远超过了原设计的补水量。

补水量的大幅上升，凝结水系统的含氧量也大幅上升，基本都维持在30～50μg/ l的范围内波动，而根据相关标准，凝结水含氧量应控制在20μg/ l以下（见图1）。

图1 2018年5月2号机组凝结水溶解氧数据

1 凝结水含氧量上升的危害

1）缩短设备寿命

在主凝结水系统中，有大量的管道及回热设备，现代大型汽轮发电机组的主凝结水系统一般会设置4个低压加热器以及除氧器。当凝结水系统含氧量突然上升或长期超标运行时，氧气与金属发生化学反应，产生电化学腐蚀，对系统管道及回热系统设备产生腐蚀。管道被腐蚀后，又会析出其它金属离子，进一步二次污染凝结水系统，从而缩短设备的使用寿命，降低机组运行的可靠性。图2 就是精处理反洗排水时的状态，可以看到机组排水槽的水呈暗红色，铁离子存在超标的情况。

图2 精处理反冲洗排水

2）降低换热效率

在汽轮机的回热系统中，一般采用的换热设备都是表面式换热器。当设备管道发生腐蚀时产生的腐蚀物会附着在管道内壁上，影响换热效率。同时，当凝结水中含氧量过多时，会在换热器管道内壁形成一层薄膜，增大热阻，降低换热效率。

3）影响机组效率

在凝结水系统管道中的大部分位置都处于正压位置，当凝结水溶氧量持续超标时，意味着有大量空气漏入了凝结水系统中，而其中凝汽器真空严密性不良是一种重要的因素。过多的空气漏入凝汽器后，造成真空度下降，影响到机组运行的经济性。所以，通常情况下，凝结水溶解氧超标都伴随着凝汽器真空严密性不合格同时发生（见图3）。

图3 2018年1-6月凝结水溶解氧与真空严密性

2 凝结水含氧量上升的原因分析

机组供热量的持续增加，凝结水的溶解氧数值也在同步增加，主要是由于无法完全在凝补水箱中就消除凝结水中溶解的氧气，随着机组供热后补水量的大幅上升，进入凝汽器的空气也随之增加，导致溶解氧数值超标。对凝补水系统的管道及设备分析，可能造成水中含氧量增加的原因有两个：

1）除盐水箱上部，水面与空气分层处的浮球数量不足，导致除盐水箱中的水能与空气充分接触，使水中的含氧量一直处于饱和状态。

2）凝汽器的补水管道可以分为启动补水和正常补水，在机组正常运行时，使用的是凝汽器喉部的正常补水管道，由于原设计的补水量较小，因此补水管道在进入凝汽器后，并未设置喷头，且仅向凝汽器A 进行补水，随着机组的供热改造以及供热量的增加，补水量逐步增加到原来的6～7 倍，大量的含氧量较大的凝补水直接进入凝汽器（每小时的凝补水量达到锅炉蒸发量的1/15～1/10)，导致主凝结水的溶解氧大幅上升。

机组投运以来，真空严密性长期在合格边缘徘徊，经常会发生真空严密性超标的情况，因此对真空系统进行了细致的分析和检查，通过对系统的多次排摸，在高压主汽门A、B龙门架填料处发现整圈漏空气的情况。空气经过大端盖盘根处被吸入阀体腔室，经门杆漏气管道进入系统立管A，按图纸计算该处的间隙导致的漏空气面积约198.1 mm2，相当于通径ID16 mm的管道。

3 凝结水补水系统改造

凝结水补水量的增加，原设计的粗放型的补水已无法满足设备的需求，因此，对原正常补水管道进行改造。重新设计补水管道，将补水管道分为两路，分别进入A、B 凝汽器，并将进入凝汽器的补水管道设计成环管的形式，并在管道上安装喷嘴，使进入凝汽器的补水均匀分布，充分与低压缸排汽接触，利用排汽温度更好地析出凝结水中的氧气，再用真空泵将这部分析出的氧气抽走，不再进入凝结水系统中。

除了喷淋管道的改造以外，喷嘴上也做了一定的改进，选择了螺旋型的喷嘴（见图4），当凝补水通过喷嘴中间的喷出时，被喷嘴上的螺旋型结构打散，形成更好的雾化效果，便于凝补水与低压缸排汽的充分接触。管道改造完成后，经测试，由于凝补水泵压力较小，在凝补水调门开度50%以下时雾化效果并不是很理想，当开度达到75%以上时，可以看到雾化效果非常好。考虑到机组的供热量，凝补水调门在运行中基本处于全开状态，因此改造完全可以满足补水雾化的效果。

在改造完成后，机组的凝结水溶解氧有了明显的下降，但还是在合格的边缘，说明对补水系统的改造虽然有一定的效果，但是还未能彻底解决问题。

图4 螺旋形喷嘴

4 门杆漏气管道改造

本文通过对其它同类型机组的调研，发现门杆漏汽腔室漏空气的情况是一个机组通病。 根据主汽门结构图（图5）可以看到，漏空气处为图中圈内部分，空气经过大端盖盘根处被吸入阀体腔室，经门杆漏气管道进入系统立管A。

图5 主汽门门杆漏汽结构图

盘根压盖的安装间隙为1.0～1.39 mm，实际测量间隙为0.6 mm，小于图纸要求的安装间隙，理论上对防止真空泄漏更有利，但在实际运行中发现，盘根无法完全起到密封作用。在检修中，更换盘根也无法彻底解决该处漏空气的情况，只能在机组正常运行后，在漏空气处涂抹汽缸密封涂料来做临时封堵。该处温度由于较高，漏汽量也大，导致汽缸涂料无法完全凝固，经常被吸入门杆漏汽腔室内，造成密封失效。

在对门杆漏汽系统仔细分析和研究后，利用机组检修机会，将原先接入凝汽器系统立管A 的门杆漏汽改道接入到清洁疏水扩容器次高压集管的预留口，并增加隔离门，保留原门杆漏汽至系统立管A的管道，在进入系统立管前增加隔离门。

改造完成后，机组的真空严密性情况大幅好转，A、B 两侧的真空严密性均能维持在0.10 kPa/min，达到了优秀的标准，在减小了凝汽器总体含氧量的基础上也提高了机组的效率（见图6）。

图6 门杆漏汽改造示意图

5 改造后效果

在完成改造后，凝结水含氧量大幅下降，可以达到合格的标准（见图7）。

在机组运行过程中，溶解氧超标，存在着很大的安全隐患，直接影响到机组的安全经济运行，因此加强监督，发现问题及时分析解决也是刻不容缓的。本文所提到的改造，可以利用机组调停和检修的机会进行，不需要对系统进行大范围改造，即可达到效果。改造后，提高了机组运行的安全性和经济性，可以为其它同类型机组的改造提供可行的依据和借鉴的经验。

图7 2019年某日24小时凝结水溶解氧数据