大流量补充水对热力系统运行的影响

      供热机组所供热负荷一般分为两种，一种是工业热负荷，另一种是采暖
（制冷）热负荷。供采暖热负荷时，热网加热器将蒸汽冷却后的疏水全部回收，
没有工质损失。供工业抽汽热负荷时，由于大量工质在供热时被消耗，回水率很
小（一般为15% 左右）或回水水质不合格而被排掉，因此需要补充同样数量的补
充水才能保证热力系统的正常运行。

      大量补充水进入热力系统一般有两种方式，一种是直接进入凝汽器；另一
种是先进入低压除氧器进行预除氧，然后再进入热力系统。

      4.1 热力除氧的原理

      热力学原理表明，溶于水中的气体量与气体种类、气体在水面上的分压力
以及水的温度有关，水温越高，水面上的气体分压力越低，气体的溶解度越小。
当水处于沸腾状态时，水中含氧量约等于零。

      常温常压下（20℃、0.1MPa），补水的含氧量约为8800ppb ，远远大于给
水含氧量的上限值15ppb.大量的补水如直接与凝结水混合，将大大提高给水的含
氧量，对给水回热系统设备带来严重腐蚀。所以补水必须经过充分除氧后才能进
入热力系统。而稍有加热不足，水中含氧量就大幅增加，氧的溶解度与温度的关
系如图4 所示。

      图4 120kPa下水中含氧量与温度的关系

      4.2 补水进入低压除氧器方案

      以郑新公司300MW 机组为例进行说明。补水先进入120kPa的大气式除氧器，
用五段抽汽进行加热除氧，再由中继泵打入3 号低加出口。在最大工业负荷工况，
汽轮机低压缸流量很小，凝结水流量也很小，低压缸对应的6 、7 、8 号低加切
除，仅5 号低加投入运行，补水和凝结水混合后进入5 号段低加，使得5 号抽汽
量增加，五段抽汽的蒸汽流速为68.9m/s ，5 号低加出口温度达到154.1 ℃，从
而保证高压除氧的除氧效果。

      该方案是供热机组传统的补水方案，技术上成熟，对水温的高低、补水量
的大小等工况适应能力较强，在大中型供热机组上已广泛应用。但由于增加低压
除氧器和中继泵等，投资需增加。

      4.3 补水进入凝汽器方案

      该方案使补充水进入凝汽器喉部，以汽轮机排汽的汽化潜热对补水进行真
空除氧。利用成熟的喷射式凝汽器设计技术和鼓泡除氧技术，在凝汽器喉部高速
排汽区布置高效雾化喷嘴，补水与汽轮机排汽进行充分的混合换热，吸收排汽凝
结时放出的汽化潜热，使补水达到真空状态下的饱和温度，除去补充水中的氧气。
特殊情况下，补充水不能在排汽的加热下达到完全除氧，我们可以在凝汽器热水
井设备鼓泡除氧装置，以较高温度的蒸汽对补水进行再次加热，使之达到饱和度，
实现彻底除氧。

      以郑新公司300MW 机组为例，其排汽压力在0.004-0.018MPa，对应排汽温
度为28.8-57.65℃，而补水温度为25℃，所以排汽与补水的温差为3.8-32.65 ℃。
按最大补水量450t/h、补水最大可能温升32.65 ℃计算，补水最大吸热量为Q=4.1868
×450 ×32.65=61.5×106kJ/h ，所需最大加热蒸汽量为W=61.5×106/2310=26.62t/h.
这一最大所需加热蒸汽量远低于汽轮机最小排汽流量90t/h ，所以凝汽器内有足
够的排汽的汽化潜热加热补充水，并保证传热端差为零，从而保证充分除氧。

      在最大工业抽汽工况下，由于6 、7 、8 号低加切除，仅5 号低加运行，
所以5 号低加所需抽汽量增大，抽汽管道流速达到110m/s，以使进入高压除氧器
的水温为154.1 ℃，保证高压除氧器的除氧效果。

      该方案采用喷射式凝汽器设计技术和鼓泡式除氧器技术，补充水在凝汽器
内进行真空除氧，在大型凝汽式机组和中小型供热机组上已普遍采用。该方案不
但系统简单，投资省，而且补充水可以在凝汽器中充分吸收汽轮机排汽的废热，
并增大了低压抽汽的流量，减少了能级较高的高压抽汽的流量，从而大大提高机
组的运行效率，经济性较高。

      4.4 结论

      上述情况表明，补充水进入凝汽器比进入低压除氧器具有明显的优越性，
不但投资省、系统简单，而且经济性十分优越，应是供热机组首选的补水方案。
但是，有两点需引起注意：

      a 如果补充水温度过低、补充水量过大，则需要进行详细核算，综合考虑，
调整鼓泡装置加热蒸汽的温度和压力，使补充水在凝汽器内实现充分的真空除氧。

      b 由于在最大工业抽汽工况下，五段抽汽的流速很大，在系统设计是要充
分考虑的。