低壓鍋爐內置式除氧器在運行中存在的問題及改造

張金華(神華包頭煤化工有限責任公司 內蒙古包頭014010)

低壓鍋爐內置式除氧器在運行中存在的問題及改造

張金華
(神華包頭煤化工有限責任公司 內蒙古包頭014010)

施托克內置式除氧器是一種熱力除氧器，具有設計結構緊湊、操作過程簡單、可滑壓運行、除氧效果好、運行成本低等優點。近年來，隨著煤化工的發展，為了回收熱能，大量低壓鍋爐被使用，除氧器的規模越來越大，內置式除氧器也開始應用于大流量低壓鍋爐水除氧。神華包頭煤化工有限責任公司在變換系統低壓鍋爐中首次使用了施托克內置式除氧器，但開車以來除氧器除氧效果不佳，除氧水中氧質量濃度一直達不到要求。

1 施托克內置式除氧器運行情況

神華包頭煤化工有限責任公司甲醇裝置凈化系統的施托克內置式除氧器設計最大處理量為1 400 t/h，額定處理量為1 000 t/h，設計溫度104 ℃，設計壓力0.12 MPa(絕壓)。除氧器進水為脫鹽水，設計進除氧器脫鹽水溫度90 ℃、氧質量濃度10～20 mg/L，設計出口除氧水中氧質量濃度15 μg/L。自2010年開車以來，施托克內置式除氧器出口除氧水氧質量濃度一直居高不下，運行時有明顯振動。通過提高除氧器操作溫度、全開除氧器開工放空閥、除氧藥液添加量增加至設計值的 2～4倍，氧質量濃度由原最高128 μg/L降至60～70 μg/L，再之后的調整沒有明顯效果。2012年 10月，打開除氧器人孔檢查除氧器內件，發現除氧器初級除氧區內10根多孔蒸汽鼓泡管中有7根折斷脫落，還有1根焊口已產生裂紋；深度除氧區內1根多孔蒸汽鼓泡管折斷脫落，6根焊口產生裂紋。經檢修處理，裝置自2012年重新開車后除氧水氧質量濃度降至20～30 μg/L，增大除氧藥液添加量后，脫氧效果改善不明顯，無法達到設計指標。2012年 11月20日起，除氧水中氧質量濃度開始上升并維持在60～80 μg/L；增大除氧藥液添加量后，無明顯改觀。除氧器振動有所增大，懷疑有蒸汽鼓泡管再次脫落。除氧器除氧水氧質量濃度維持在60～80 μg/L，溫度和壓力分別控制在 104 ℃ 左右和0.02 MPa，頂部放空閥全開，除氧藥液(聯氨)添加量2.5～3.0 t/月，除氧蒸汽消耗30～40 t/h。由于除氧器運行效果不好，造成變換單元各低壓廢熱鍋爐腐蝕泄漏，所產蒸汽品質下降，并加劇了蒸汽用戶設備腐蝕，給裝置安全生產帶來重大隱患。

2 施托克內置式除氧器工作原理

施托克內置式除氧器采用物理方法進行除氧，除氧過程分為初級除氧和深度除氧2步進行。

(1)初級除氧過程

溫度較低的補水(脫鹽水)和凝結水混合后，通過噴嘴以霧狀細小水滴方式噴入除氧器。細小的水滴立即與來自水相和除氧器尾部的飽和蒸汽換熱，加熱至接近除氧器的工作溫度。而引入到除氧器內的飽和蒸汽，在此被全部凝結成水后，重新返回水相。氧氣和不凝氣體伴隨著少量的蒸汽穿透細水珠薄層后排向大氣。

(2)深度除氧過程

由于水在噴霧箱區的氣相空間停留的時間少于1 s，所以要達到理想的100%的除氧是不可能的。為此，施托克內置式除氧器在除氧器水箱下部的水相空間設計和布置了蒸汽鼓泡管。

飽和蒸汽通過水面下的蒸氣鼓泡管被均勻地分配到除氧器內的各個區域。大部分蒸汽凝結成水，少量的蒸汽穿越水箱水層后，到達除氧器水面上方的氣相區。在此過程中，絕大部分氧氣和不凝氣體被攜帶入氣相，從而達到除氧目的。經過二次除氧的水，其氧質量濃度在1～5 μg/L。除氧器內部示意見圖1。

圖1 除氧器內部示意

3 除氧水微氧含量超標原因分析

通過對設備、設計偏差、工藝條件、操作、進料位置、排氣配管等各方面進行分析排查，造成除氧水中氧質量濃度超標的主要原因如下。

(1)蒸汽鼓泡管斷裂

在正常工況下，除氧器實際進水溫度約為76 ℃，與設計值偏差14 ℃，由于進水溫度偏低，加熱所需飽和蒸汽量增大，蒸汽鼓泡管上小孔的蒸汽流速已超過80 m/s，產生振動。另外，蒸汽鼓泡管上小孔僅布置在管上方一側，蒸汽噴出后的反沖力也是單向的，鼓泡管焊接根部長期處于疲勞受力狀況，容易引起鼓泡管的根部斷裂、脫落。蒸汽鼓泡管斷裂造成初級除氧區內蒸汽分布不均，除氧效果差。

(2)除氧器進水溫度偏離設計值

除氧器進水溫度偏離設計值(90 ℃)。由于變換系統廢熱鍋爐的換熱效率設計余量比較大，

出廢熱鍋爐的工藝氣溫度為154 ℃，低于設計值(169 ℃)，變換系統整體熱負荷前移，導致后工段給脫鹽水加熱的工藝氣溫度比較低。另外，實際工藝流程比設計工藝流程增加1臺甲醇鍋爐給水加熱器，除氧器實際運行進水溫度為76 ℃左右，與設計值偏差14 ℃。若進除氧器脫鹽水溫度降低，不僅除氧器初級除氧區除氧效率下降，而且脫鹽水溫度來不及升高至要求指標就進入深度除氧區會增大深度除氧區負荷，同時造成蒸汽鼓泡管振動增大。

(3)進料及排氣配管

原設計蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣進入除氧器氣相空間，影響除氧效果。

4 改造措施

(1)重新對除氧器除氧能力進行核算后，于2013年6月大修期間對除氧器蒸汽鼓泡管進行了更換。新蒸汽鼓泡管開孔由單向布置改為周向布置，開孔數增加至108個，長度縮短300 mm。更換蒸汽鼓泡管后，除氧器于2013年7月開車，氧質量濃度最低56 μg/L，仍未達到設計指標。

(2)2013年7月19日，在低壓鍋爐給水換熱器鍋爐水進口閘閥前至鍋爐水出口管線之間增加了2根Φ152 mm的旁路管線(圖2)，將進除氧器脫鹽水溫度提高至85～90 ℃，同時加強微氧含量分析檢測環節控制。7月22日完成旁路管線改造。投用后，除氧器出口除氧水氧質量濃度逐漸下降至15 μg/L，達到設計運行要求。

圖2 工藝改造流程

(3)原蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣進入除氧器氣相空間，影響除氧效果。通過配管將蒸汽冷凝液收集罐閃蒸氣改至進入鍋爐排污閃蒸氣管線，避免蒸汽在排氧氣管內凝結，降低對除氧器除氧效果的影響。

施托克內置式除氧器標準排汽裝置見圖3。

圖3 施托克內置式除氧器標準排汽裝置

(4)將除氧器操作溫度提高至105 ℃，壓力提高至0.022 MPa(表壓)，將除氧器水封堵住，加強對除氧器操作管理，嚴格控制升、降溫速率，減

少對除氧器影響。

5 改造效果

改造后，凈化系統除氧器除氧效果達到了設計要求，出口除氧水氧質量濃度在10 μg/L以下，除氧藥液月添加量由2.2 t降至1.0 t以下，消除了影響除氧裝置安全運行的隱患，保障了各廢熱鍋爐的安全運行，保證了蒸汽品質，為裝置的安穩長滿優運行創造了有利條件。

施托克內置式除氧器與傳統的噴霧填料式除氧器相比，具有處理能力大、除氧效果好、運行成本較低、排放量少、消耗低、設備結構緊湊、檢修成本低等優點，有廣泛的應用前景，但是由于其結構特點，對操作要求較高，制造成本較高，同時除氧器的設計必須與生產實際情況相結合，并根據實際運用領域情況不斷改進完善。

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