一种电站锅炉及其给水补氧装置和方法 申请的交叉引用
本申请要求2008年12月1日向中国专利局递交的、申请号为200820180272.4、名称为“一种电站锅炉及其给水补氧装置”的实用新型申请的优先权，将其全部内容合并在本文中作为参考。
【技术领域】
本发明涉及电站锅炉给水处理技术，尤其涉及一种电站锅炉及其给水补氧装置和方法。
背景技术
溶解氧被认为是在电厂水汽循环监测中的一个重要化学指标。锅炉给水处理的化学方法包括还原性全挥发处理(Reducing All-VolatileTreatment，AVT(R))、氧化性全挥发处理(Oxidizing All-VolatileTreatment，AVT(O))和加氧处理(Oxygenated Treatment，OT)。使用OT和AVT(O)的系统是目前世界上较可靠和运行性能较好的给水处理系统。在有氧的条件下，四氧化三铁保护层的孔隙会被一些低溶解性的三氧化二铁水合物(FeOOH)或三氧化二铁(Fe2O3)填充。有时三氧化二铁甚至会覆盖整个四氧化三铁保护层。这样，给水中的铁离子浓度才可能达到最低的标准。对于给水中的氧浓度，AVT(R)系统一般要求≤7ppb，越低越好；OT系统的合适范围可在数十至数百ppb；而AVT(O)系统一般要求≤10ppb，以靠上限为好。
给水AVT(O)方式是一种较新的锅炉给水处理方式。该处理方式通过精准调整省煤器入口ug/L量级微量溶氧，对给水系统进行氧化性处理。现有技术的AVT(O)方式中，凝结水和省煤器给水溶氧来自凝汽器的不可控泄漏，对超出需求的部分，通过调整除氧器排汽调节；但是，如果自然泄漏溶氧不足，现有技术的AVT(O)方式未予考虑。实践表明，随现代高参数机组的进步，多数机组凝汽器严密性优异，自然溶氧极少，凝结水几乎处于无氧状态，现有技术的AVT(O)方式的溶氧调节方法无能为力，不能保证最佳溶氧控制，因此需要一种相应的补氧方式。
现有技术的OT方式有相应的加氧方法。图1是现有技术的加氧处理的示意图。如图1所示，电站锅炉包括凝结水泵泵组10、精处理11、除氧器12、给水泵13、凝汽器14等(还可以包括低压加热器、高压加热器、省煤器、水冷壁、过热器、再热器、汽轮机等，在图1中未示出)。在凝结水泵泵组10的出口处有凝泵出口氧表15，在除氧器12的出口处有除氧器出口氧表16。OT方式的第一加氧点17位于精处理11的出口处，第二加氧点18位于除氧器12的出口处。加氧点相应于MPa级系统压力，选用相应等级参数的加氧系统部件，对给水进行102ug/L量级加氧。但现有技术的OT方式在多个方面均不适用或不能用于AVT(O)方式，例如，1)加氧点压力较高，系统设计安装要求相应提高，安全系数下降；2)加氧点压力提高后，对于AVT(O)方式所需的微量加氧量，体积流量呈数量级下降，给加氧系统元件的选择、校正和流量调节控制均带来明显难度；3)为准确检测控制两点加氧，需要在第一和第二加氧点间增加氧表及其取样点；4)加氧点的运行压力随负荷显著变化，其与加氧系统的压差变化趋势与加氧所需方向变化正好相反，不利调整；5)要及时准确随负荷调整加氧，需要设计较复杂的联动测控系统。
【发明内容】
本发明要解决的一个技术问题是提供一种电站锅炉的给水补氧装置，具有较高的安全性。
本发明提供一种电站锅炉的给水补氧装置，包括：氧含量测量模块，用于测量电站锅炉的凝结水泵泵组的出口处凝结水的溶氧含量；氧源，用于提供补氧所需的氧气；氧流量调节模块，与氧源连接，能够接入凝结水泵泵组的入口处，用于根据氧含量测量模块输出的溶氧含量控制向凝结水补氧的流量。
根据本发明的补氧装置的一个实施例，所述补氧装置的氧源包括：氧气瓶，用于存储氧气；氧气压力调节器，用于调节从所述氧气瓶输出的氧气流的压力。所述氧流量调节模块包括：转子流量计，用于测量来自氧源的氧气流量；氧气流量调节阀，用于调节来自氧源的氧气流量；补氧点隔离阀，与所述电站锅炉的凝结水泵泵组的入口处相连，用于通/断补氧操作。
进一步，上述氧气流量调节阀为氧气流量电动调节阀。氧含量测量模块包括：凝泵出口氧表，用于测量凝泵出口处凝结水的溶氧含量；除氧器出口氧表，用于测量除氧器出口处给水的溶氧含量；补氧控制仪，用于根据所述凝泵出口氧表测量的溶氧含量和所述除氧器出口氧表测量的溶氧含量控制所述氧气流量电动调节阀。
本发明提供的电站锅炉的给水补氧装置，通过将补氧点改选在凝结水泵泵组的入口处，呈稳定负压，整个系统为常压系统，具有高的安全性。
本发明还提供一种包含上述补氧装置的电站锅炉。
本发明要解决的另一个技术问题是提供一种电站锅炉的给水补氧方法，具有较高的安全性。
本发明提供的补氧方法，包括：测量凝泵出口凝结水的溶氧含量；在凝泵入口处根据凝泵出口凝结水的溶氧含量对凝结水进行补氧。
根据本发明的补氧方法的一个实施例，该补氧方法还包括：测量除氧器出口给水的溶氧含量。在凝泵入口处，根据凝泵出口凝结水的溶氧含量和除氧器出口给水的溶氧含量对凝结水进行补氧。
进一步，该补氧方法还包括：通过氧气瓶、公共氧气系统、或者制氧机提供氧气，或者通过物理、化学方法净化后的空气提供氧气，由常压气体压力调节器调节输出氧气的压力；通过氧气流量调节阀调节补氧流量。
本发明提供的电站锅炉的补氧方法，通过将补氧点选在凝泵入口处，呈稳定负压，具有高的安全性。
【附图说明】
图1是现有技术的电站锅炉的加氧处理的示意图；
图2是本发明的电站锅炉的补氧点的示意图；
图3是本发明的补氧装置的一个实施例的框图；
图4是本发明的补氧装置的另一个实施例的框图；
图5是本发明的补氧装置的又一个实施例的框图；
图6是本发明的补氧控制的一个例子的流程图；
图7是本发明的补氧方法的一个实施例的流程图；
图8本发明的补氧方法的另一个实施例的流程图。
【具体实施方式】
下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。在附图中，相同的标号指示相同或者相似的元素或者组件。
本发明提出一种新的弱氧化性处理(WOT)补氧方式。WOT补氧方式对溶氧的控制遵循AVT(O)方式的两个目标上限：凝结水溶氧≤30ug/L，和除氧器出口(或省煤器入口)≤10ug/L。上述两处溶氧过高均有腐蚀风险，对补氧形成下述要求：1)首先控制凝结水溶氧≤30ug/L，防范腐蚀风险；2)除氧器出口(或省煤器入口)应控制溶氧在上限10ug/L附近，保证弱氧化性处理效果和尽快的转化过程。
图2是本发明的方法和装置的补氧点的示意图。如图2所示，补氧点选在了凝结水泵泵组10前的补氧点21处，而不是图1中示出的第一加氧点17和第二加氧点18所在的位置。
图3是本发明的补氧装置的一个实施例的框图。如图3所示，本发明的电站锅炉的补氧装置30包括氧源31、氧流量调节模块32和氧含量测量模块33。其中，氧含量测量模块33与凝结水泵泵组的出口处相连，用于测量凝结水泵泵组10出口处凝结水的溶氧含量。氧含量测量模块33可以包括凝结水泵出口氧表。氧源31用于提供氧气，可以是氧气瓶、公共氧气系统、或者制氧机。氧流量调节模块32分别与氧源31和凝结水泵泵组10的入口相连，用于根据氧含量测量模块33测量的溶氧含量调节补氧流量。
根据本发明的补氧装置的另一个实施例，上述氧含量测量模块还包括省煤器入口氧表，用于测量电站锅炉省煤器给水的溶氧含量；上述氧流量调节模块根据氧含量测量模块输出的凝结水泵泵组的出口处的凝结水溶氧含量和省煤器给水的溶氧含量控制向凝结水补氧的流量。
图4是本发明的补氧装置的另一个实施例的框图。为了简洁起见，只示出电站锅炉的凝水泵泵组10。如图4所示，本发明的电站锅炉的补氧装置40包括依次连接的氧气瓶411、氧气压力调节器412、转子流量计423、氧气流量调节阀422、和补氧点隔离阀421。补氧点隔离阀和凝结水泵泵组10的入口相连。补氧装置40还包括凝泵出口氧表43。氧气瓶411和氧气压力调节器412组成氧源41的非限定性例子。转子流量计423、氧气流量调节阀422、和补氧点隔离阀421组成氧流量调节模块42的非限定性例子。补氧点位于凝结水泵泵组母管入口，设有补氧点隔离阀421。利用该补氧装置，可以通过补氧点隔离阀421进行补氧通/断，通过氧气流量调节阀422手动进行流量调节。进行流量调节时，根据凝泵出口氧表43确定需要的补氧量，根据转子流量计423示出的氧气流量来调整氧气流量调节阀422。例如，氧气压力调节器412的范围为常压，诸如在0.05-0.5MP之间，优选为0.1MPa专用调压器，转子流量计423为浮子型微量气体流量计。该补氧装置适用于连续稳定补氧。
本发明的WOT方式在进行补氧控制时，在转化阶段，可以根据除氧器出口氧表示数，控制凝结水溶氧靠标准上限(30ug/L)运行，防范腐蚀风险，同时提供最快转化速度；在转换后稳定运行阶段，可以根据除氧器出口氧表示数，调整控制凝结水溶氧含量，维持除氧器出口溶氧在标准上限范围(如7-10ug/L)。
上述补氧装置的补氧点选在凝泵前流动凝结水管上稳定负压处，选用常压气体压力调节器，流量调节阀处于压力调节器下游，使其运行压力与校正状态接近；上述设计使补氧系统与凝结水间压差保持相对稳定，不会因负荷变化造成加氧量与凝结水流量反向变化；流量计常压工作，体积流量达102ml/min量级，具有足够精度保证准确调控；常压系统，安全性高。
根据本发明的补氧装置的另一个实施例，用氧气流量调节电磁阀组来替代图4中的氧气流量调节阀。氧气流量调节电磁阀组位于转子流量计和补氧点隔离阀之间。例如，由三组流量经分别预先按比例调整流量的电磁阀(K1、K2、K3)组成，三者间比例为K1∶K2∶K3＝1∶2∶5，可组合按比例实现补氧流量比0，1，2，3，5，6，7，8(或0％，12.5％，25％，27.5％，50％，75％，87.5％，100％)8种组合。氧气的通/断和流量调节可在值班室远方手动完成，适用于根据凝结水流量、溶氧水平变化远方手动调节。本领域的技术人员可以理解，补氧流量比根据应用的需要可以采用其他的数值。
图5是本发明的补氧装置的又一个实施例的框图。如图5所示，补氧装置50包括依次连接的氧气瓶411、氧气压力调节器412、转子流量计423、氧气流量电动调节阀522、和补氧点隔离阀421。补氧点隔离阀421和凝结水泵泵组10的入口相连。补氧装置50还包括凝泵出口氧表531、除氧器出口氧表532、和补氧控制仪534。凝泵出口氧表531用于测量凝结水泵泵组出口处凝结水的溶氧量，并输出给补氧控制仪534。除氧器出口氧表532用于测量除氧器出口处给水的溶氧量，并输出给补氧控制仪534。补氧控制仪534根据来自凝泵出口氧表531和除氧器出口氧表532的输入，确定需要的补氧量，根据需要的补氧量自动调整氧气流量电动调节阀522。此外，补氧装置50还可以包括凝结水流量计533，用于测量凝结水泵泵组处的流量数据，并将该流量数据输出给补氧控制仪534。补氧控制仪534根据来自凝泵出口氧表531、除氧器出口氧表532和凝结水流量计533的输入，确定需要的补氧量，调节氧气流量电动调节阀522。本领域的技术人员可以理解，在一些应用中，补氧装置50可以不包括转子流量计423；或者用其他氧源替代标准氧气瓶411和氧气压力调节器412。通过补氧装置50，氧气的通/断和流量调节由补氧控制仪534按设定的参数自动进行，控制信号输入来自凝泵出口氧表531、除氧器出口氧表532以及凝结水流量计533的输出。适用于远方自动调节。
根据本发明的补氧装置的又一个实施例，省煤器入口氧表替代图5中的除氧器出口氧表532，用于测量省煤器入口处的溶氧量。补氧控制仪534根据来自凝泵出口氧表531、省煤器入口氧表和凝结水流量计533的输入，确定需要的补氧量，调节氧气流量电动调节阀522。
本发明的WOT补氧控制方式，在转化阶段，可以根据除氧器出口氧表、凝结水氧表输出的溶氧数据和凝结水流量计输出的流量数据，控制凝结水溶氧靠标准上限(30ug/L)运行，防范腐蚀风险，同时提供最快转化速度；在转换后稳定运行阶段，可以根据除氧器出口氧表、凝结水氧表输出的溶氧数据和凝结水流量计输出的流量数据，调整控制凝结水溶氧含量，维持除氧器出口溶氧在标准上限范围(如7-10ug/L)。
图6为根据图5所示的补氧装置进行补氧控制的一个例子的流程图。
如图6所示，在步骤602，采集O省数据。
在步骤604，判断O省是否大于10μg/L，如果是，则继续执行步骤610，否则，继续执行步骤606。
在步骤606，输入Q凝，设定k、C0，N。
在步骤608，通过下列公式调控补氧量：
VO2＝(30-C0，N)×Q凝×k (1)。
在步骤610，输入O凝、Q凝，设定k。
在步骤612，通过下列公式调控补氧量：
VO2＝(O凝-5)×Q凝×k (2)。
在上述的步骤中，O省是省煤器(或除氧器出口)溶氧表读数，单位为μg/L；O凝是凝结水溶氧表读数，单位为μg/L；Q凝是凝结水流量，单位为m3/h；k是1标准大气压和标准温度(25℃)下O2体积流量与质量流量转换系数；C0、N是凝结水溶氧量基线值，单位为μg/L，其为负荷N的函数，取其历史平均值设定。上述步骤602至612可以循环进行。
图7是本发明的电站锅炉的补氧方法的一个实施例的流程图。
如图7所示，在步骤702，测量凝泵出口凝结水的溶氧含量。例如，通过凝泵出口氧表测量溶氧含量。
在步骤704，在凝泵入口处，根据凝泵出口凝结水的溶氧含量对凝结水进行补氧操作。根据凝泵出口凝结水的溶氧含量，以及期望达到的溶氧含量的目标，确定需要补氧的量，且使凝结水溶氧不超过标准规定的凝结水溶氧水平。例如通过氧气流量调节阀来控制来自氧源的氧气流量，从而调节补氧量。上述步骤702至704可以循环进行。
根据本发明的补氧方法的一个实施例，上述补氧点选在凝泵前流动凝结水管上稳定负压处。由标准氧气瓶、公共氧气系统、制氧机、或者通过物理、化学方法净化后的空气作为氧源提供氧气，通过气体压力调节器调节输出氧气的压力。气体压力调节器范围为常压，范围一般在0.05-0.5MP之间。氧气流量调节阀处于气体压力调节器下游，使其运行压力与校正状态接近。上述设计使补氧系统与凝结水间压差保持相对稳定，不会因负荷变化造成加氧量与凝结水流量反向变化。
图8是本发明的电站锅炉的补氧方法的另一个实施例的流程图。
如图8所示，在步骤802，通过氧表测量凝泵出口凝结水的溶氧含量。
在步骤804，通过氧表测量除氧器出口给水的溶氧含量。
在步骤806，根据凝泵出口凝结水的溶氧含量和除氧器出口给水的溶氧含量确定需要的补氧流量。
在步骤808，在凝泵入口处，通过气体流量调节阀调节来自氧源的氧气流量，使其处于期望值范围内。其他流量调节阀可以是各种手动、电磁阀或电动调节阀。上述步骤802至808可以循环进行。
本发明提供的电站锅炉的补氧方法和装置，用于电厂高参数机组的给水弱氧化性处理(WOT)方式，用以补充、调整、控制凝结水和省煤器给水的溶解氧符合工况要求。本发明通过选择补氧点和流量调整设计，简化了系统，提高了系统安全可靠性；稳定了加氧压差，加氧流量不受机组负荷变化影响，简化了控制；系统元件使用常压标准元件，流量调控准确；溶氧水平安全，对系统材料无影响。
本发明的WOT方式和OT方式相比，具有如下的特点：1)补氧量小，常压仅为102ml/min量级，需要较大的体积流量保证调整控制精度；2)补氧浓度低，与凝结水正常溶氧含量同量级，可不必考虑其对精处理树脂等材料的影响，不必考虑其对凝泵运行的影响，补氧点不必设计在精处理之后的中压系统；3)弱氧化性处理补氧要求流量相对稳定。现有技术的OT方式存在的问题主要源于加氧点选择。加氧点的压力等级随负荷变化，带来一系列问题。本发明根据WOT的补氧特点，改变补氧点，将补氧点选在凝泵前流动凝结水管上，克服了现有技术的OT加氧存在的主要问题，具有如下的优点：1)通过将补氧点改选在凝泵前流动凝结水管上，呈稳定负压；2)选用常压氧压力调节器，流量调节阀处于压力调节器下游，使其运行压力与校正状态接近，显示较为准确；3)补氧装置与凝结水间压差保持相对稳定，不会因负荷变化使加氧量与凝结水流量反向变化；4)常压下，补氧体积流量达到102ml/min量级，流量计具有足够精度保证准确调控；5)为常压系统，安全性高。
本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。