熱力系統(tǒng)除氧器介紹及優(yōu)化改造

張利軍 王林 李彥鵬 袁煒 胡琳

摘要：介紹了寧東化工園區(qū)某煤化工項(xiàng)目動(dòng)力站熱力系統(tǒng)工藝流程和除氧器的工作原理。針對裝置熱力系統(tǒng)除氧器實(shí)際運(yùn)行中長期存在的氧含量超標(biāo)帶來的一些不利問題，經(jīng)過深入分析和試驗(yàn)，提出了有效的優(yōu)化措施，并進(jìn)行了裝置實(shí)際改造。改造實(shí)施后溶解氧全部達(dá)到國家頒布標(biāo)準(zhǔn)，有效削減了熱力設(shè)備的氧化腐蝕情況，保證了鍋爐設(shè)備的長周期;解決了裝置除氧器運(yùn)行中振動(dòng)大且排汽帶水等問題。達(dá)到了節(jié)能、環(huán)保、創(chuàng)效等有益效果。

Abstract： This paper introduces the process flow of thermal system and the working principle of deaerator in power station of a coal chemical engineering project in ningdong chemical industry park. In view of some disadvantageous problems caused by the excessive oxygen content in the deaerator of the thermal system in the actual operation for a long time， the effective optimization measures are put forward through in-depth analysis and test， and the actual transformation of the device is carried out. After the reform， all dissolved oxygen reached the national standards， effectively reducing the oxidation corrosion of thermal equipment and ensuring the long cycle of boiler equipment. The problems of high vibration and exhaust strip water in deaerator operation are solved. Energy saving， environmental protection and effect creation are achieved.

關(guān)鍵詞：除氧器;除氧原理;優(yōu)化改造

Key words： deaerator;deaeration principle;optimization

中圖分類號(hào)：TE934? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）36-0179-03

1? 裝置概述

該項(xiàng)目動(dòng)力站熱力系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1所示，主要由主蒸汽系統(tǒng)、回?zé)峒訜嵯到y(tǒng)、主凝結(jié)水系統(tǒng)、高壓給水及除氧系統(tǒng)、中繼水系統(tǒng)、中壓給水系統(tǒng)、低壓給水系統(tǒng)、加熱器疏水系統(tǒng)、啟動(dòng)汽源及輔助蒸汽系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)等組成。

鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設(shè)備和管道腐蝕的主要原因，為防止和減輕熱力系統(tǒng)的氧腐蝕，必須對鍋爐給水進(jìn)行除氧處理。除氧器是一種混合式加熱器，熱力系統(tǒng)對除氧器的基本要求是有穩(wěn)定的除氧效果，給水泵不汽蝕，具有較高的回?zé)峤?jīng)濟(jì)性。本裝置采用的除氧方式以物理除氧為主，化學(xué)除氧為輔，進(jìn)入除氧器的水從上而下均勻的降落到下部，蒸汽從下而上均勻的向上，這樣蒸汽和水進(jìn)行逆流混合熱交換，使水達(dá)到沸點(diǎn)，氧的溶解度減小而逸出，氧氣和水蒸氣的混合氣體經(jīng)排氧管排到大氣中[1-2]。

本項(xiàng)目熱力系統(tǒng)自投入生產(chǎn)運(yùn)行以來，氧含量≥60μg/L，遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)氧含量≤15μg/L。由于氧含量長期處于不合格狀態(tài)，加劇了鍋爐受熱面的氧腐蝕，連續(xù)運(yùn)行周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于同行業(yè)運(yùn)行水平，給鍋爐的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來了極大的隱患。同時(shí)，除氧器運(yùn)行振動(dòng)大，填料坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重，檢維修頻次高。排汽帶水現(xiàn)象嚴(yán)重，造成了水資源的浪費(fèi)損失[3]。

2? 除氧器除氧原理介紹

天然水中含有一些氣體，這些氣體是不凝結(jié)的，在傳熱面容易形成氣層，增大了傳熱熱阻，降低了傳熱效率;在這些氣體中，有一些氣體的活動(dòng)性很強(qiáng)，如氧氣和二氧化碳對熱力設(shè)備有腐蝕作用，使熱力設(shè)備的使用壽命縮短和可靠性降低。其中氧氣的活動(dòng)性最強(qiáng)，它在高溫下可以直接與金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。因此除掉鍋爐給水中的氣體特別是氧氣，是鍋爐機(jī)組安全運(yùn)行的重要保證[4-6]。

給水除氧有化學(xué)除氧和物理除氧兩種方法，化學(xué)除氧是利用一些容易與氧發(fā)生反應(yīng)的藥品使之和水中溶解的氧氣發(fā)生化合生成另一種物質(zhì)來除去水中的氧氣?；瘜W(xué)除氧只能除去水中的氧氣，而不能除去其它氣體，并且會(huì)引起水中增加其它鹽類。因此這種除氧方法一般不采用。物理除氧也稱熱力除氧法，它不但可以除去水中溶解的氧氣，同時(shí)也除去了水中溶解的其它氣體，并且沒有其它的遺留物質(zhì)，因而被廣泛采用。熱力除氧的基本原理：熱力除氧是基于氣體的溶解定律——享利定律：當(dāng)水和氣體之間存在平衡狀態(tài)時(shí)，單位體積水中溶解的氣體的量是與水面上該氣體的分壓力成正比的。如果能將該氣體自水面上完全清除掉，那么也就能將該氣體自水中完全清除出去，這就是物理除氣的基本原理[7-11]。

3? 裝置除氧器運(yùn)行狀況分析

裝置熱力系統(tǒng)除氧器在運(yùn)行過程中存在的主要問題如圖2所示：①低壓除氧器溶解氧不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和國家頒布標(biāo)準(zhǔn)，使鍋爐給水溶解氧超標(biāo)，導(dǎo)致鍋爐受熱面爆管事故頻發(fā)。②低壓除氧器運(yùn)行中振動(dòng)大，檢維修頻次高。③低壓除氧器排汽帶水，能源損失。④除氧器填料坍塌現(xiàn)象嚴(yán)重，除氧效果惡化。

通過多方面分析、試驗(yàn)，排除各種非重要因素對除氧效果影響，最終確定了造成上述問題的主要原因有兩個(gè)方面：①除氧器除氧容積偏小：本裝置除氧頭內(nèi)徑只有2200mm，其淋水密度高達(dá)115t/（m2·h）（淋水密度=出力/截面積，本除氧器動(dòng)力系統(tǒng)目前實(shí)際出力為435t/h）。通常，低壓除氧器的淋水密度一般取70-90t/（m2·h），可見本除氧器淋水密度明顯超出了常規(guī)設(shè)定范圍。其次，參考公司其另外一套動(dòng)力站熱力系統(tǒng)，系統(tǒng)額定出力395t/h，低壓除氧器的除氧頭內(nèi)徑為2400mm，計(jì)算得到其淋水密度為87t/（m2·h），也是小于本除氧器淋水密度的。由于淋水密度偏大，水與蒸汽沒有充足的接觸時(shí)間和接觸面積，不利于氧氣的析出，從而導(dǎo)致鍋爐給水溶解氧超標(biāo)，引起一系列問題。②除氧頭結(jié)構(gòu)不合理：原除氧器為雙封頭結(jié)構(gòu)，進(jìn)汽為水箱進(jìn)汽方式。該形式進(jìn)汽會(huì)造成加熱不充分，容易在水箱內(nèi)的蒸汽加熱裝置中積水，產(chǎn)生水錘及振動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組安全性。同時(shí)因除氧頭與除氧水箱連接方式為法蘭連接，不利于氧氣析出的同時(shí)易造成除氧器振動(dòng)?，F(xiàn)較成熟除氧器設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為單封頭結(jié)構(gòu)，水箱與除氧頭馬鞍跨接連接，進(jìn)汽方式為除氧頭進(jìn)汽。

4? 優(yōu)化改進(jìn)措施

針對以上幾方面的影響因素，根據(jù)裝置生產(chǎn)實(shí)際情況，提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施，如圖3所示：①低壓除氧器除氧頭有效容積擴(kuò)容至不小于18.5m3，除氧頭直徑由原2200mm變更為2400mm;②起膜器層與上層篦層間淋水高度由1000mm加高至1500mm;③拆除原低壓除氧器水箱與除氧頭法蘭連接座，更換為水箱馬鞍連接;④填料層與除氧頭桶壁間焊接折水板;⑤低低壓加熱蒸汽進(jìn)汽方式由原水箱進(jìn)汽更改為除氧頭多級(jí)進(jìn)汽，設(shè)置蒸汽配汽室，二次蒸汽配汽管道;⑥拆除低壓除氧器排汽管道節(jié)流孔板;⑦填料層由原兩層擴(kuò)增至3層，填料由汽液分離網(wǎng)變更為Ω波紋填料;⑧水篦層由原兩層擴(kuò)增至4層。

5? 優(yōu)化實(shí)施后的效果評估

除氧器優(yōu)化改造完畢后得到了十分有益的效果：①如圖4所示，可以看出改造完成后系統(tǒng)氧含量明顯降低，溶解氧全部達(dá)到國家頒布標(biāo)準(zhǔn)≤15μg/L，有效削減了熱力設(shè)備的氧化腐蝕情況，保證了鍋爐設(shè)備的長周期;②解決了裝置除氧器運(yùn)行中振動(dòng)大且排汽帶水的問題，節(jié)約了水資源，并避免了低壓除氧器填料坍塌現(xiàn)象;③獲得了客觀的經(jīng)濟(jì)效益：明顯降低了除氧器填料更換周期、除氧器檢修周期得到大大延長，有效降低了檢修人員工作量和檢修成本。

6? 結(jié)論

通過深入分析裝置熱力系統(tǒng)除氧器實(shí)際運(yùn)行中長期存在的氧含量超標(biāo)帶來的一些不利問題，根據(jù)裝置生產(chǎn)實(shí)際情況，通過除氧頭擴(kuò)容、填料層增高、改變填料形式、增加淋水高度等措施對裝置進(jìn)行改造。改造實(shí)施后，取得了十分有益的效果。

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