降低給水除氧系統(tǒng)能耗的研究與應(yīng)用

柏進(jìn)財(cái)

（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司能源動(dòng)力廠，山東萊蕪 271104）

1 現(xiàn)狀

萊鋼677和899區(qū)域都配置4臺(tái)給水泵，運(yùn)行時(shí)為兩運(yùn)兩備。為了保證設(shè)備的安全運(yùn)行，一般運(yùn)行兩臺(tái)汽動(dòng)泵，電動(dòng)泵做為連鎖備用。由于運(yùn)行的汽動(dòng)泵為中溫中壓汽動(dòng)泵，采用高品質(zhì)蒸汽做為汽源，能耗較高。除氧器塔頭有大量的蒸汽從信汽管冒出，造成了蒸汽熱能的浪費(fèi)，且不凝結(jié)的乏汽帶走了大量的凝結(jié)水，造成了水的浪費(fèi)，并污染環(huán)境。除氧器給水加熱除氧蒸汽消耗超設(shè)計(jì)值，給水加熱溫度不穩(wěn)定，溶氧不合格現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。除氧器內(nèi)給水加熱除氧時(shí)，汽耗超設(shè)計(jì)10%左右，負(fù)荷或補(bǔ)水量大時(shí)經(jīng)常發(fā)生加不上溫的現(xiàn)象，溶氧經(jīng)常超標(biāo)。

2 改造思路

為了降低給水除氧系統(tǒng)的能耗并解決上述問題，汽機(jī)車間通過組織有關(guān)技術(shù)人員研討，查閱相關(guān)資料，咨詢有關(guān)廠家，對問題解決制定了以下思路：

（1）優(yōu)化給水泵的運(yùn)行模式，對電動(dòng)給水泵、低壓汽動(dòng)泵、中溫中壓汽動(dòng)泵進(jìn)行能耗分析，優(yōu)化運(yùn)行模型。通過試驗(yàn)和運(yùn)行數(shù)據(jù)分析出給水泵能耗運(yùn)行從低到高的排列順序依次為：低壓汽動(dòng)泵、電動(dòng)給水泵、中溫中壓汽動(dòng)泵。

（2）低壓汽動(dòng)泵能耗最低，中溫中壓汽動(dòng)泵最高，按照給水區(qū)除氧域運(yùn)行最經(jīng)濟(jì)和可行性的原則，對899區(qū)域的3#中溫中壓汽動(dòng)泵改造為低壓汽動(dòng)泵。

（3）對除氧器加熱進(jìn)汽分配裝置進(jìn)行改造，使除氧器塔頭加熱進(jìn)汽分配更加均勻。

（4）改變除氧器塔頭內(nèi)淋水篦層和填料層的安裝位置，減少淋水篦層和填料層之間的安裝距離。

（5）自行設(shè)計(jì)制作除氧器乏汽回收裝置，實(shí)現(xiàn)除氧器乏汽的全部回收利用。

3 改造過程

3.1 將899區(qū)域3#中溫中壓汽動(dòng)泵改低壓汽動(dòng)泵。899區(qū)域4#25 MW發(fā)電機(jī)組抽汽壓力0.98 MPa，能夠?yàn)榈蛪浩麆?dòng)泵的提供壓力和流量穩(wěn)定的汽源，汽動(dòng)泵排汽壓力40 kPa，約11 t/h，可直接進(jìn)入兩臺(tái)除氧器進(jìn)行加熱除氧。因此3#中溫中壓汽動(dòng)泵改低壓汽動(dòng)泵具有可行性。3#中溫中壓汽動(dòng)泵改低壓汽動(dòng)泵，為了減少投資，加快改造進(jìn)度，原給水泵位置不變，對中溫中壓汽輪機(jī)拆除后安裝低壓汽輪機(jī)。低壓汽輪機(jī)的標(biāo)高中心及地腳螺栓孔的位置、進(jìn)汽和排汽口的位置均按照原中溫中壓汽輪機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。低壓汽輪機(jī)軸瓦潤滑采用油浴潤滑的方式，較原汽輪機(jī)節(jié)省了安裝油站的空間。低壓汽輪機(jī)技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 低壓汽動(dòng)泵技術(shù)參數(shù)

3.2 對給水模型進(jìn)行優(yōu)化。通過對各類泵運(yùn)行成本分析，對給水泵運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，677區(qū)域給水運(yùn)行方式，可由原來的一臺(tái)低壓汽動(dòng)泵和一臺(tái)中溫中壓汽動(dòng)泵運(yùn)行，電動(dòng)泵備用。優(yōu)化為現(xiàn)在的低壓汽動(dòng)泵和一臺(tái)電動(dòng)泵運(yùn)行，另一臺(tái)電動(dòng)泵連鎖備用。899區(qū)域給水運(yùn)行方式，自2016年8月26日后，可由原來的兩臺(tái)中溫中壓給水泵運(yùn)行，調(diào)整為3#低壓汽動(dòng)泵和一臺(tái)電動(dòng)泵共同運(yùn)行，一臺(tái)電動(dòng)泵備用的最經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式。

3.3 對除氧器加熱分配裝置進(jìn)行改造。原分汽裝置見圖1，設(shè)計(jì)和安裝上存在問題，其旋轉(zhuǎn)分汽孔較少且其直徑僅為300 mm，導(dǎo)致蒸汽分配不均勻；其安裝不合理，安裝位置僅在起膜器下方200 mm處，距離起膜器位置太近，遠(yuǎn)小于旋膜式除氧器的換熱主要是在膜管下端出口500 mm處的距離，致使加熱除氧效果不好。改造后的分汽裝置見圖2，直徑為500 mm,在周邊的圓周上增加很多長方形50×400的分汽孔。該分汽裝置獲得國家實(shí)用新型專利（一種新型分汽裝置 ZL 2013 2 0021953.6）

圖1 原蒸汽分汽裝置

圖2 改造后的蒸汽分汽裝置

3.4 制作除氧器乏汽回收裝置。首先計(jì)算出乏汽的最大排出量和除氧器塔頭凝結(jié)水的最大、最小進(jìn)水量，確定乏汽回收裝置的所需的最小換熱面積。冷凝水的回收可采用多級水封的原理設(shè)計(jì)成U型管。將乏汽回收裝置安裝在除氧器平臺(tái)，將除氧器乏汽接至殼程、將進(jìn)入除氧器的凝結(jié)水接入管程并增加旁路系統(tǒng)。在換熱器殼程底部冷凝水回收管，凝結(jié)水管道設(shè)計(jì)成U形管的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)冷凝水超液位高度后自動(dòng)溢流至疏水箱。在乏汽回收裝置殼程末端頂部加裝排氣管，將乏汽凝結(jié)后形成的氣體排出，排氣管連接排大氣管道。乏汽回收裝置汽水系統(tǒng)管道連接具體見圖3。

圖3 除氧器乏汽回收系統(tǒng)圖

3.5 優(yōu)化淋水篦層和填料層的安裝位置。通過多次試驗(yàn)及計(jì)算分析，需減少淋水篦層和填料層之間的安裝距離。改造后除氧頭結(jié)構(gòu)見圖5，原淋水篦層和填料層距離起膜器為1310 mm，改造后安裝距離為800 mm，有利于加熱蒸汽和除氧水的熱量交換和除氧。將淋水篦層和填料層之間的安裝距離由原來的150 mm改為現(xiàn)在的100 mm，增加除氧的持續(xù)性，滿足除氧水的除氧需要。圖4為改造前后的塔頭結(jié)構(gòu)圖。

4 應(yīng)用效果

圖4 改造前后塔頭結(jié)構(gòu)

能源動(dòng)力廠汽機(jī)車間在2013年至2016年7月，相繼對給水除氧系統(tǒng)中存在的問題進(jìn)行分析，找出了問題產(chǎn)生的主要原因和解決問題的主要方法。汽機(jī)車間通過實(shí)施一系列的技術(shù)改造措施和運(yùn)行優(yōu)化，取得了以下效果：

4.1 677和899區(qū)域給水運(yùn)行模型建立優(yōu)化后，運(yùn)行更加精益和高效，有效的降低給水系統(tǒng)的能耗；3#中溫中壓汽動(dòng)泵改為低壓汽動(dòng)泵后，節(jié)省了大量的新蒸汽，實(shí)現(xiàn)了蒸汽的梯級利用，有效降低了汽動(dòng)泵的運(yùn)行成本。

4.2 除氧器乏汽回收裝置設(shè)計(jì)安裝后，實(shí)現(xiàn)了除氧器乏汽的全部回收利用，即實(shí)現(xiàn)了熱能的再利用，又回收了大量高品質(zhì)的冷凝水。

4.3 6#～9#除氧器的除氧頭的進(jìn)汽配汽裝置及淋水篦層和填料層進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)改造后，除氧器加熱蒸汽消耗減低3%，6#～9#除氧器加熱和除氧效果顯著，運(yùn)行穩(wěn)定，其中溶氧合格率由6#除氧器的60.41%，7#除氧器的83.33%，8#除氧器的77%，9#除氧器的72%，提高至目前的溶氧合格率均達(dá)到100%。