CN114234663B - 一种汽轮机工业补水除氧系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽轮机工业补水除氧系统及方法，属于火力发电装置技术领域；该系统包括凝汽器壳体，所述凝汽器壳体上设置有凝汽器喉部，所述凝汽器喉部连通于汽轮机低压缸的排汽口，所述凝汽器喉部内还设置有喷嘴组以用于工业补水进入，所述喷嘴组通过第一管道连接有换热器，所述换热器的具有进汽端和排液端，进汽端的进汽源自于汽轮机低压缸的排汽；本发明将工业补水补入表面式换热器，与汽轮机排汽换热，实现较小的端差，接近汽轮机排汽的饱和温度，然后通过膜式喷嘴组在凝汽器喉部与汽轮机排汽实现进行混合式换热并达到饱和温度，根据传质条件，在较小过冷度的情况下水膜表面张力更小，更利于不凝结气体的逸出，由此进行彻底除氧。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽轮机工业补水除氧系统及方法，属于火力发电装置技术领域。
背景技术
工业供汽机组，抽汽供热通常不回汽轮机系统，需要补充化学水，工业补水温度为较低，进入凝汽器喉部后与汽轮机排汽的过冷度较大，需要进行除氧，根据热力除氧的传质条件，过冷度较大时，需要采用雾化，增加补充水与蒸汽的接触面积，但是当过冷度较小时，不凝结气体的驱动力不够，需要采用水膜，降低水的表面张力，使得氧气顺利逸出。通常采用如下技术方案：
技术方案一,补水直接在喉部采用雾化喷淋或采用水膜的方式与汽轮机排汽回热，但都具有局限性，雾化喷淋空间需求大，且水珠会滴落到凝汽器换热管上，被换热管内的循环水冷却而过冷，水膜形式与汽轮机排汽的接触面积相对较小，喉部空间内根本无法满足长时间的驻留换热，过冷度仍然较大。尤其是大流量补水时，补水在喉部回热后仍然过冷度较大，含氧量高。为达到彻底除氧的目的，需要在凝汽器热井内引入额外的蒸汽，增加鼓泡装置进一步除氧，不仅需要耗费品质较高的蒸汽，降低机组出力，影响机组经济性，还容易使热源蒸汽被吸入凝结水出口到凝泵，引起凝泵汽蚀，影响机组安全性。
技术方案二，采用在凝汽器喉部内闪蒸达到饱和温度进行除氧；例如专利号为CN201110209027.8的专利，公开了一种汽轮机凝汽器补水除氧系统，补水被来自汽轮机本体抽汽的蒸汽加热,由于加热后的补水温度高于该凝汽器运行压力下的饱和温度3～3.5度,具有闪蒸能力,热水进入凝汽器热井后闪蒸出部分蒸汽,溶解于水中的氧就会随蒸汽一起逸出,从而达到除氧的目的。但该方案存在以下技术缺陷：
1.加热蒸汽需要从汽轮机本体进行抽汽，并将补水加热到高于凝汽器运行压力的饱和温度，然后进入热井，不仅耗费了高品质的蒸汽，还降低了机组出力。
2.过热水排入凝汽器增加了凝汽器的热负荷，抬高了机组运行背压，增加了机组的煤耗，影响机组经济性。
3.系统复杂，控制要求高。采用开孔喷水的方式，与加热蒸汽换热，并要求准确控制在饱和温度的3～3.5度，难度非常大，且凝汽器运行中背压会随环境温度、季节、电负荷、凝汽器真空严密性等波动，要实现精准控制，难以实现。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种汽轮机工业补水除氧系统及方法，将过冷水引入换热器与汽轮机排汽换热，达到较小的过冷度后，再在喉部进行水膜回热，具有除氧效果好，不耗费额外的蒸汽，补水也作为冷源参与汽轮机的冷端换热。
本发明采用的技术方案如下：
一种汽轮机工业补水除氧系统，包括凝汽器壳体，所述凝汽器壳体上设置有凝汽器喉部，所述凝汽器喉部连通于汽轮机低压缸的排汽口，所述凝汽器喉部内还设置有喷嘴组以用于工业补水进入，所述喷嘴组通过第一管道连接有换热器，所述换热器的具有进汽端和排液端，进汽端的进汽源自于汽轮机低压缸的排汽。
进一步的，所述喷嘴组为膜式喷嘴组，通过膜式喷嘴组以水膜的方式喷出，从而实现在凝汽器喉部内混合式无端差换热，达到饱和状态。
进一步的，所述喷嘴组布置于凝汽器喉部侧板内壁附近，面对侧板内壁喷出，顺着侧板流到凝汽器热井，避免被壳体中心布置的凝汽器换热管冷却，造成二次溶氧。进一步的，所述进汽端通过第二管道连通至凝汽器喉部的中部，以取用凝汽器喉部的蒸汽。
进一步的，所述第二管道连通凝汽器喉部的位置高于膜式喷嘴组所在的位置。
进一步的，所述凝汽器壳体的底部具有凝汽器热井，所述排液端通过第三管道连通至凝汽器热井以将用于热交换后形成的液体进入到凝汽器热井。
进一步的，所述换热器为表面式换热器。
进一步的，所述换热器的进水端通过第四管道供水，在第四管道上还设置有调节阀以用于水流量的控制，换热器通过第四管道供水，并由第一管道将引出。
进一步的，所述换热器可设置于凝汽器壳体的内部或者外部。
一种汽轮机工业补水除氧方法，采用上述的一种汽轮机工业补水除氧系统，包括以下步骤：
将凝汽器喉部连通于汽轮机低压缸的排汽端，在凝汽器喉部设置膜式喷嘴组以用于引入的工业补水以水膜的方式进入，实现混合式换热并达到饱和温度，将所述膜式喷嘴组通过第一管道连接换热器，换热器的进水端通过第四管道供给；
在换热器上通过第二管道引入汽轮机低压缸的排汽，将汽轮机低压缸的排汽引入至换热器后进行热交换，热交换后蒸汽冷却液化后，产生的冷却水通过第三管道排出。
进一步的，第二管道连通于凝汽器喉部以取自于凝汽器喉部内的汽轮机低压缸的排汽，第三管道连通于凝汽器壳体内腔底部的凝汽器热井。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的一种汽轮机工业补水除氧系统及方法将工业补水补入表面式换热器，与汽轮机排汽换热，实现较小的端差，接近汽轮机排汽的饱和温度，然后通过膜式喷嘴组在凝汽器喉部与汽轮机排汽实现进行混合式换热，一方面经过换热器加热后的工业补水与汽轮机排汽的饱和温度相比过冷度小，具有较高的基础温度，在凝汽器喉部内短时间的驻留即可被加热达到饱和温度；另一方面根据传质条件，具有较高的基础温度和水膜形态，表面张力更小，更利于不凝结气体的逸出，由此达到彻底除氧；
2、本发明的一种汽轮机工业补水除氧系统及方法的工业补水加热热源为汽轮机排汽，从凝汽器喉部引出，无需耗费额外的品质较高的汽轮机抽汽，且利用补水兼作为冷源，可略微降低汽轮机背压，提高机组热经济性；
3、本发明的一种汽轮机工业补水除氧系统及方法表面式换热器内外工质都为除盐水，水质好，无结垢风险；且换热器进汽端及排液端均与凝汽器相通，运行中无需维持水位，可无水位运行，系统非常简单，运行中的控制也与现有系统完全一致，仅仅对补水流量进行调整，换热器无需控制，且不受补水量大小及补水量变化范围的限制，换热器设计时按照最大流量设计即可满足全工况要求。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的结构示意图。
图中标记：1-凝汽器壳体，2-凝汽器喉部，3-汽轮机低压缸，4-第一管道，5-换热器，6-喷嘴组，7-第二管道，8-凝汽器热井，9-第三管道，10-第四管道，11-调节阀。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例1
一种汽轮机工业补水除氧系统，如图1所示，包括凝汽器壳体1，所述凝汽器壳体1上设置有凝汽器喉部2，所述凝汽器喉部2连通于汽轮机低压缸3的排汽口，所述凝汽器喉部2内还设置有喷嘴组6以用于工业补水进入，所述喷嘴组6通过第一管道4连接有换热器5，所述换热器5的具有进汽端和排液端，进汽端的进汽源自于汽轮机低压缸3的排汽。
本实施例中，相对于传统技术不同的是，在本实施例中，作为热交换器的热源是源自于低压缸的排汽，而在本领域中，作为容易误导的，本领域技术人员容易想到为常规技术，而作为不同的设计，以及结合传统技术的情况下，本设计利用低压缸的排汽加热，并采用工业补水进入到凝汽器喉部2与低压缸的排汽混合，能够快速有效的达到饱和温度，同时，有效的提高了除氧的效率。相对于传统结构进一步的降低能耗，另外，低压缸的排汽本身是需要进入冷凝器进行冷却的，而采用该方式有效的利用了余热，且保证了整个装置的效果。以蒸汽作为热交换的热源，热交换器管内外的工质均为除盐水，对于热交换器而言更加有利，实现热交换使用寿命的进一步提升，且基本无需维护，有效降低设备维护成本。
在上述具体设计的基础上，所述喷嘴组6为膜式喷嘴组，通过膜式喷嘴组以水膜的方式，从而实现在凝汽器喉部2内混合式无端差换热，快速达到饱和状态。喷嘴组6布置于凝汽器喉部2侧板内壁附近，面对侧板内壁喷出，顺着侧板流到凝汽器热井，避免被壳体中心布置的凝汽器换热管冷却，造成二次溶氧。经过换热器5加热后的工业补水，具有较高的基础温度，采用水膜的方式喷出能够使得工业补水在凝汽器喉部2内短时间的驻留即可被加热达到饱和温度，同时，具有较高的基础温度和水膜形态，表面张力更小，更利于不凝结气体的逸出，实现除氧的效果。
基于上述具体结构设计的基础上，所述进汽端通过第二管道7连通至凝汽器喉部2的中部，以取用凝汽器喉部2的蒸汽。该方式一方面是解决了利用汽轮机低压缸3排汽的难题，同时也提供了工业补水加热源的温度恒定，从而促进达到饱和温度的效率，提高除氧的效果。
在上述具体设计的基础上，作为更加具体的设计，所述第二管道7连通凝汽器喉部2的位置高于膜式喷嘴组所在的位置。
为了进一步的解决冷却后的冷凝水去路，且为了不增加其他排液的负担，以及装置，作为统一处理，实现现场优化布置效果，所述凝汽器壳体1的底部具有凝汽器热井8，所述排液端通过第三管道9连通至凝汽器热井8以将用于热交换后形成的液体进入到凝汽器热井8。
在上述具体设计的基础上，作为更加进一步的，所述换热器5为表面式换热器。为了保证整个结构更加清洁，更加具体的，所述工业补水采用除盐水。
在上述具体结构设计的基础上，所述换热器5的进水端通过第四管道10供水，在第四管道10上还设置有调节阀11以用于水流量的控制，换热器5通过第四管道10供水，并由第一管道4将引出。
更进一步的，所述换热器5可设置于凝汽器壳体1的内部或者外部。
实施例2
一种汽轮机工业补水除氧方法，采用实施例1的一种汽轮机工业补水系统，包括以下步骤：
将凝汽器喉部2连通于汽轮机低压缸3的排汽端，在凝汽器喉部2设置膜式喷嘴组以用于引入的工业补水以水膜的方式进入，实现混合式换热并达到饱和温度，将所述膜式喷嘴组通过第一管道4连接换热器5，换热器5的进水端通过第四管道10供给；
在换热器5上通过第二管道7引入汽轮机低压缸3的排汽，将汽轮机低压缸3的排汽引入至换热器5后进行热交换，热交换后蒸汽冷却液化后，产生的冷却水通过第三管道9排出。
作为更加具体的，换热器5为表面式换热器，热源源自于汽轮机低压缸3的排汽，而作为需要升温的则为工业补水。
作为更加具体的，第二管道7连通于凝汽器喉部2以取自于凝汽器喉部2内的汽轮机低压缸3的排汽，第三管道9连通于凝汽器壳体1内腔底部的凝汽器热井8。
综上所述：
1、本发明的一种汽轮机工业补水除氧系统及方法将工业补水补入表面式换热器，与汽轮机排汽换热，实现较小的端差，接近汽轮机排汽的饱和温度，然后通过膜式喷嘴组在凝汽器喉部与汽轮机排汽实现进行混合式换热，一方面经过换热器加热后的工业补水与汽轮机排汽的饱和温度相比过冷度小，具有较高的基础温度，在凝汽器喉部内短时间的驻留即可被加热达到饱和温度；另一方面根据传质条件，具有较高的基础温度和水膜形态，表面张力更小，更利于不凝结气体的逸出，由此达到彻底除氧；
2、本发明的一种汽轮机工业补水除氧系统及方法的工业补水加热热源为汽轮机排汽，从凝汽器喉部引出，无需耗费额外的品质较高的汽轮机抽汽，且利用补水兼作为冷源，可略微降低汽轮机背压，提高机组热经济性；
3、本发明的一种汽轮机工业补水除氧系统及方法表面式换热器内外工质都为除盐水，水质好，无结垢风险；且换热器进汽端及排液端均与凝汽器相通，，运行中无需维持水位，可无水位运行，系统非常简单，运行中的控制也与现有系统完全一致，仅仅对补水流量进行调整，换热器无需控制，且不受补水量大小及补水量变化范围的限制，换热器设计时按照最大流量设计即可满足全工况要求。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (7)
1.一种汽轮机工业补水除氧系统，其特征在于：包括凝汽器壳体(1)，所述凝汽器壳体(1)上设置有凝汽器喉部(2)，所述凝汽器喉部(2)连通于汽轮机低压缸(3)的排汽口，所述凝汽器喉部(2)内还设置有喷嘴组(6)以用于工业补水进入，所述喷嘴组(6)通过第一管道(4)连接有换热器(5)，所述换热器(5)具有进汽端和排液端，进汽端的进汽源自于汽轮机低压缸(3)的排汽；所述进汽端通过第二管道(7)连通至凝汽器喉部(2)的中部，以取用凝汽器喉部(2)的蒸汽；所述第二管道(7)连通凝汽器喉部(2)的位置高于膜式喷嘴组所在的位置；所述凝汽器壳体(1)的底部具有凝汽器热井(8)，所述排液端通过第三管道(9)连通至凝汽器热井(8)以将用于热交换后形成的液体进入到凝汽器热井(8)。
2.如权利要求1所述的一种汽轮机工业补水除氧系统，其特征在于：所述喷嘴组(6)为膜式喷嘴组，通过膜式喷嘴组以水膜的方式喷出，从而实现在凝汽器喉部(2)内混合式无端差换热，达到饱和状态。
3.如权利要求1所述的一种汽轮机工业补水除氧系统，其特征在于：所述喷嘴组(6)布置于凝汽器喉部（2）侧板内壁附近，面对侧板内壁喷出。
4.如权利要求1所述的一种汽轮机工业补水除氧系统，其特征在于：所述换热器(5)为表面式换热器。
5.如权利要求4所述的一种汽轮机工业补水除氧系统，其特征在于：所述换热器(5)的进水端通过第四管道(10)供水，在第四管道(10)上还设置有调节阀(11)以用于水流量的控制，换热器(5)通过第四管道(10)供水，并由第一管道(4)将引出。
6.一种汽轮机工业补水除氧方法，采用如利要求1-5任一项所述的一种汽轮机工业补水除氧系统，其特征在于：包括以下步骤：
将凝汽器喉部(2)连通于汽轮机低压缸(3)的排汽端，在凝汽器喉部(2)设置膜式喷嘴组以用于引入的工业补水以水膜的方式进入，实现混合式换热并达到饱和温度，将所述膜式喷嘴组通过第一管道(4)连接换热器(5)，换热器(5)的进水端通过第四管道(10)供给；
在换热器(5)上通过第二管道(7)引入汽轮机低压缸(3)的排汽，将汽轮机低压缸(3)的排汽引入至换热器(5)后进行热交换，热交换后蒸汽冷却液化后，产生的冷却水通过第三管道(9)排出。
7.如权利要求6所述的一种汽轮机工业补水除氧方法，其特征在于：第二管道(7)连通于凝汽器喉部(2)以取自于凝汽器喉部(2)内的汽轮机低压缸(3)的排汽，第三管道(9)连通于凝汽器壳体(1)内腔底部的凝汽器热井(8)。
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