乏汽回收技術在高壓除氧器上的應用

李浩潔

摘 要：本文介紹了乏汽回收裝置的工作原理、高壓除氧器乏汽回收的工藝流程、工程實例及經(jīng)濟效益分析，并指出乏汽回收技術在高壓除氧器上應用的重要現(xiàn)實意義。

關鍵詞：除氧器；乏汽；回收改造；乏汽吸收裝置

1、前言

在石油化工、有色金屬冶煉、造紙、紡織印染和電力生產(chǎn)的過程中，使用的工業(yè)鍋爐除氧器一般采用熱力方式除氧，運行中高壓除氧器排氧門所排出的乏汽含有大量的低品位熱能，如進行回收而不是原始設計的對外排空，在節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保方面都有重要意義，為企業(yè)和社會帶來效益。

熱力除氧的原理是將鍋爐給水溫度提高，以減小鍋爐給水中的溶氧量，這種除氧方式具有簡單、可靠和除氧效果好的優(yōu)點。但在排除氧氣的過程中夾帶出大量蒸汽，放散的蒸汽量根據(jù)統(tǒng)計占除氧總消耗蒸汽的5%左右[1]。在一般的外排乏汽中，雖然乏汽的壓力和溫度很低，但是其熱焓價值與高壓狀態(tài)下的蒸汽壓力的熱焓相差無幾，1.0Mpa蒸汽的熱焓值為665Kal/kg，0.01Mpa乏汽其熱焓值為640Kal/kg，由此可見乏汽的熱焓值很高[2]。進行乏汽回收，不但節(jié)約了新蒸汽、軟化水資源，而且可以消除熱污染、噪聲污染和潮濕環(huán)境，達到清潔生產(chǎn)的目的。

2、乏汽回收裝置的基本原理

乏汽回收是利用系統(tǒng)中具有一定剩余壓力的蒸汽或水作動力，使流體產(chǎn)生射吸流動，同時進行水與乏汽的熱與質直接混合，使低溫流體被加熱，混合溫度可通過調節(jié)進水量大小來完成?；旌纤M入氣液分離罐，分離罐輸出凝結水，并分離出空氣減壓排出。

目前國內(nèi)乏汽回收技術發(fā)展較快，在主體結構上均由抽吸乏汽動力頭、氣液分離罐、排氣裝置及排水裝置構成[3]。

乏汽動力頭：抽取式乏汽動力頭的工作原理是基于兩相流體場理論的最新成果。進入該交換器的蒸汽在噴管中進行絕熱膨脹后，以很高的流速從噴嘴中噴射出來，在混合室與低壓進水混合，此時產(chǎn)生了壓力“激波”，壓力劇烈增大。其結果是，乏汽熱能迅速傳給送人冷水，輸出混合物的壓力等同或超過進水的輸入壓力，可達到輸出熱水增壓和瞬時加熱的效果輸出熱水可無泵輸送。

氣液分離罐：即乏汽吸收裝置，設計為小容積、大流量的液位調節(jié)對象。其難點是液位波動大，且不穩(wěn)定，要求調節(jié)系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。分離罐內(nèi)液位與壓力穩(wěn)定性直接影響到動力頭的工作穩(wěn)定性。分離出較高濃度氧氣、二氧化碳等氣體通過減壓裝置排空，當罐內(nèi)壓力低于設計值時，減壓裝置單向閥關閉，保證外界空氣不進入罐中，而影響除氧。

排氣裝置：對于水質要求高的場合，如鍋爐給水除氧器乏汽回收，回收水中有較高濃度氧氣、二氧化碳等氣體，必須排除后，才能回到除氧水系統(tǒng)中。同時，排氣對分離罐內(nèi)壓力穩(wěn)定起重要作用?；旌虾蟮臒崴?，根據(jù)不同場合，恢復或提升熱水壓力后，再送回系統(tǒng)中。

排水裝置：根據(jù)實際情況，設置回收熱能用途采取不同的排水裝置：

（1）回收到低除

（2）回收到疏水箱

（3）回收到除氧器

（4）用于生活熱水等需要熱水的系統(tǒng)

3、工程實例：某熱電廠高除乏汽回收的技術改造

3.1改造前除氧器運行狀況

某熱電廠有8臺440t/h熱力除氧器，除氧溫度：159℃，工作壓力：0.58MPa，除氧器乏汽排放口徑DN50，單臺除氧器每小時補水量最大量為440t/h，經(jīng)現(xiàn)場估算8單臺除氧器乏汽排放量約為：10t/h，現(xiàn)場可提供的除鹽水溫度為常溫：30℃，壓力：0.8MPa。8臺高壓除氧器排氧門所排出的乏汽對外排空，造成大量熱損失，產(chǎn)生噪聲并對環(huán)境產(chǎn)生嚴重的熱污染[4]。且因為現(xiàn)在運行的高壓除氧器排大氣門都處在大節(jié)流狀態(tài)，使除氧器內(nèi)的混合氣體不能全部及時地排出，導致排氣受阻，從而影響除氧器的除氧效果。

該廠中繼泵功率過大，達130kW，不僅浪費電能且不利于高除水位控制，從而影響高壓除氧器除氧效果。

3.2該套乏汽回收裝置的工作原理

該廠引進XR-XS600型乏汽回收裝置對高除乏汽進行回收，其裝置主要由吸收動力頭、安全閥、低壓除氧器水箱（儲水箱）、中繼水泵及控制系統(tǒng)等組成。該裝置可回收壓力為0.5Mpa左右的低壓乏汽，輸出熱水的溫度在70-90℃左右[5]。

該工藝改造的工作原理：

利用除鹽水的動力壓頭，通過內(nèi)置的噴射裝置，采用吸射進汽的方法，將乏汽回收至吸收動力罐內(nèi)。高壓除氧器排放的低壓乏汽進入吸收乏汽動力頭與化學除鹽水經(jīng)特殊流程設計快速充分混合換熱，乏汽被凝結成水通過吸收動力罐進入低壓除氧器水箱，氧氣及其他不凝結氣體通過內(nèi)置氣液分離裝置分離后排出。低壓除氧器水箱內(nèi)的冷凝水，再由中繼水泵送入高壓除氧器作為高壓除氧器的補水，從而達到回收高壓除氧器排氧門排出的乏汽，形成閉合回收。流程圖如圖1：

圖1：工作原理流程圖

3.3、改造情況簡介及基本工作流程

用8臺XR-XS600型乏汽吸收裝置來分別吸收8臺高壓除氧器產(chǎn)生的乏汽。首先將8臺乏汽吸收裝置分成兩組，分別安裝在#1、2低壓除氧器的除氧頭平臺上，從化學除鹽水管上引來30℃左右的除鹽水（單臺流量在11 t/h左右，壓力0.8 Mpa）作為乏汽吸收裝置的冷卻水，再將#1、2、3、4高壓除氧器和#5、6、7、8高壓除氧器產(chǎn)生的乏汽引到8個乏汽吸收裝置。流程圖如圖2：

圖2：#1-#4高除乏汽回收流程圖

除鹽水和高除乏汽分別進入乏汽吸收裝置的動力頭，通過射流裝置和汽水混合裝置將低溫水和乏汽進行汽水混合換熱，吸收高壓除氧器產(chǎn)生的乏汽，形成85℃左右的熱水。經(jīng)汽液分離后，氧氣和不凝結氣體排至廠房外，除氧后的凝結水進入低壓除氧器水箱，經(jīng)中繼水泵打入高壓除氧器作為高除的補水，同時通過水泵出口門開度的調整實現(xiàn)對高除補水量的有效調節(jié)。

相比改造前高壓除氧器排大氣門處于大節(jié)流狀態(tài)，使除氧器內(nèi)的混合氣體不能全部及時地排出，導致排氣受阻，影響除氧器的除氧效果。加裝回收裝置后，排大氣門可全開，排氣不會受阻，并能及時排至回收裝置，蒸汽變?yōu)槟Y水，不凝性氣體則由專門的排氣系統(tǒng)排向大氣，有利于除氧。其次，由于安裝了余熱余汽回收裝置，進入裝置的除鹽水經(jīng)低壓除氧器，再由中繼水泵打入高壓除氧器，水溫已得到提高，有利于高壓除氧器除氧，達到降低溶解氧含量的目的。

同時對原一、二期低壓除氧器的中繼水泵進行了更換，更換為4臺90kW高效節(jié)能水泵，實現(xiàn)了節(jié)電的目的。工藝流程如圖3：

圖 3：單個高除乏汽回收流程圖

該工藝改造的優(yōu)點：

（1）工藝改造后，引進的乏汽回收裝置使得高壓除氧氣的排氣全部回收，減少了工質和熱量的損失，提高循環(huán)熱效率，達到了節(jié)能的目的，同時消除了排氣的噪音污染，使廠區(qū)環(huán)境得到改善。

（2）該套工藝改造中，乏汽是閉式回收，水質沒有發(fā)生二次污染，節(jié)約水處理的成本，降低生產(chǎn)成本。

（3）改造后的工藝流程中，提高了低壓除氧器水箱的水溫度，再由中繼泵送上高除作為補水，提高高除除氧效果，節(jié)約了部分加熱蒸汽，降低生產(chǎn)成本。

（4）操作簡單，控制方便，通過DCS控制控制進入吸收乏汽吸收裝置的低溫水管路上的調節(jié)閥開度大小即可，安全可靠。

3.4、使用效果及經(jīng)濟性分析

該熱電廠改造完成后8臺高壓除氧器的乏汽回收裝置全部投入運行。經(jīng)測算每小時總共可以回收乏汽約10噸，中繼水泵每天節(jié)電約1920 kWh。

相關計算結果如下：

1、回收乏汽節(jié)能：由公式Q=GH（hH-hp2）算得，

式中：Q為乏汽回收的熱量，

GH為高除乏汽流量，

hH為高除乏汽焓，

查表得hH=2755.69 kJ/kg，hp2為乏汽排入大氣的焓為零，代入公式得：

Q=GH（hH-hp2）

=10×1000×（2755.69-0）=27556900 kJ/h

換算成標準煤為：27556900/（29307.6×1000）=0.94 t/h。

全年可以節(jié)約標準煤：0.94×24×365=8234.4 t

2、乏汽回收節(jié)水：每小時節(jié)約除鹽水10t，總節(jié)除鹽水量T=10×24×365=87600t。

3、中繼水泵改造節(jié)電：原水泵功率130 kW，新水泵功率90 kW，通常兩臺水泵運行。全年可以節(jié)電：（130-90）×24×365×2=700800 kWh。

綜上，在該廠8臺高壓除氧器乏汽回收裝置全部投運的情況下，每年高除乏汽回收可以節(jié)煤約8234.4噸標準煤，節(jié)水約87600噸，節(jié)電約70萬度，經(jīng)濟效益顯著。

4、結論

本文從高壓除氧器乏汽具有大量低品位熱能出發(fā)，將乏汽回收技術應用在高壓除氧器的排氣上，不僅提高了能源的利用率，減少了能耗，且運行穩(wěn)定，為安全生產(chǎn)提供了可靠的保障，達到了節(jié)能、減排、降耗的目的，對環(huán)境有一定的保護作用，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，值得廣泛推廣。

參考文獻

[1] 中國石油大學出版社，《汽輪機運行值班員》，2007.3

[2] 殷賢炎.乏汽回收的經(jīng)濟性評價.節(jié)能，2007，303（10）

[3] 周江紅，郜生法，劉德陽.乏汽回收技術及其在除氧器上的應用.環(huán)保與綜合利用.2011.8（4）

[4] 齊魯石化熱電廠，《汽輪機運行規(guī)程》，2009.9

[5] 北京希爾瑞節(jié)能環(huán)保技術有限公司，《XR-XS600型乏汽吸收裝置說明手冊》