大氣式熱力除氧器除氧效果不佳原因分析及決措施

冉友根

（貴州輪胎股份有限公司動力供應公司，貴州 貴陽 550008）

·監測與診斷·

大氣式熱力除氧器除氧效果不佳原因分析及決措施

冉友根

（貴州輪胎股份有限公司動力供應公司，貴州 貴陽 550008）

通過對熱力除氧器的原理和運行現狀進行分析，找出熱力除氧器運行中除氧效果不佳的原因，并提出解決方法，保證除氧效果。

熱力除氧器；溶解氧；壓力；溫度

一、前言

鍋爐給水與空氣接觸水中會溶解一部分氧氣，在進入鍋爐之前若不除掉這部分溶解氧，溶解氧與鍋爐受熱面接觸在吸熱過程將會快速發生氧化反應使受熱面因氧腐蝕而出現漏水、爆管等，嚴重影響了鍋爐的使用安全和壽命，為了防止受熱面氧腐蝕，在給水進入鍋爐之前需采用一種專業設備除氧器把水中的溶解氧除掉。貴州輪胎股份有限公司兩臺鍋爐所配備的大氣式熱力除氧器投運以來水中溶解一直氧超標，致使鍋爐給水溶解氧長期維持在50μ g/L遠遠高于中溫中壓鍋爐給水水質標準所要求的溶解氧小于等于15μ g/L，鍋爐在如此高的溶解氧環境中運行受熱面會迅速氧腐蝕而損壞，因此解決該問題，刻不容緩。

二、運行現狀、原理分析及解決措施

1.運行現狀分析

根據除氧設計規定：正常運行時要求水位80%、壓力25kPa、溫度104℃；從2014年5月份投運以來除氧器的運行參數一直偏離設計要求，鍋爐給水溶解氧運行檢測數據顯示經常超標，通過分析除氧器參數在DCS系統內生成的報表發現鍋爐給水含氧量變化最大、上升最快都是發生在除氧器內溫度和壓力波動情況下。除氧器內部參數（壓力、溫度）常會在水位高于設定值時和水位低于設定值時出現異常波動。下表數據是除氧器運行參數在DCS中控系統內生成的報表（表1）。

2.除氧原理

空氣中氧氣占五分之一左右，當水裸露于空氣中時部分氧氣就會融于其中進入鍋爐后對受熱面進行腐蝕。除氧器就是除掉水中溶解有害汽體的一種專業設備，大氣式熱力除氧器的就是依據分壓定律和亨利定律而設計出來的一種專業除氧裝置。

（1）分壓定律

容器內壓力P等于各組成氣體壓力之和，即除氧器內水面上混合氣體的壓力P應等于空間中充滿各氣體（水蒸氣、O2、CO2，N2、等）分壓力（Po2、Pco2、PN2、P水）之和：P0=Po2+Pco2+PN2+P水=∑Pj+P水

除氧器內設定壓下加熱水至沸騰并使水蒸汽分壓力P水無限趨近于給定壓力，則除氧器內所有其它氣體的分壓力∑Pj即趨近于無限小。

（2）亨利定律

氣體與水表面接觸時水中所溶解氣體的多少與該氣體在水面上的分壓力有關，分壓力越大溶解氣體的能力也大，分壓力越小則溶解氣體的的能力也小，即單位體積水中溶解氧氣的多少與水面上該氣體的分壓力P1成比例關系，其表達式為：q=A1mg/L

式中：P0為混合氣體的全壓，MPa；A1為該氣體的重量溶解度系數，單位mg/L。從以上兩個定律分析可以看出容器中溶解于水中的氣體量與水面上氣體的分壓成正比，要想除掉水中所溶的氣體就必須保證除氧器運行時壓力穩定在設計的某一個值，溫度要穩定在所處壓力下的飽和溫度，只有水溫穩定在對應壓力的飽和溫度才能使分壓力PH2O趨近于全壓，使趨近于零，帶入b=A1mg/L可得水中溶解氧氣量b趨近于零，以此達到除氧的目的。大氣式熱力除氧器內的水通常采用蒸汽來加熱，使水達到對應壓力下的飽和溫度而沸騰，沸騰液面連續不斷的溢出水蒸汽充滿整個容器空間，水蒸汽充滿整個容器空間后壓力因連續逸出蒸汽而不斷增加，其余溶解氣體壓力則相對降低，溶解于水中的氣體因分壓力的降低不斷逸出通過排空管與部分水汽一起排入到大氣中，當水蒸汽的壓力增大到設定壓力時，其余溶解氣體的對應的壓力就無限的趨于零，此時的水就不再具有溶解氣體的能力，除氧器內溶解于水中的所有氣體均被除去，確保鍋爐給水中含氧量符合相關水質標準要求。

3.除氧效果不佳的原因

經過以上分析可以看出貴州輪胎股份有限公司鍋爐給水溶解氧高的主要原因就是運行中除氧器內壓力和溫度兩個參數波動所引起內部的平衡破壞，導致容器內水蒸氣對應壓力變化，而使有害氣體溶解于水中不能有效排除所致。壓力和溫度的波動又是因為：第一，除氧器水位高于設定值時，進水調節閥調小甚至關閉，此過程中進水量減小還有可能沒有水進入除氧器，加熱蒸汽調節閥有滯后現象存在，這時加熱蒸汽還在繼續進入，結果就會導致內部壓力升高，破壞水封蒸汽沖出去，除氧器內部的相對穩定的壓力和溫度因水封被破壞而引起波動；第二，鍋爐用水突然量增大時進水調節未跟上引起除氧器水位低于設定值，此時進水調節閥會迅速調大甚至全開，加熱蒸汽調節閥的滯后現象使加熱蒸汽的量與進水不匹配，此過程中會出現加熱蒸汽量不足導致壓力低和溫度低于設計值。

4.解決辦法

通過以上分析可知要想解決除氧效果不佳的問題就得控制好溫度、壓力這兩個參數的穩定運行。經過反復試驗和討論，最后決定把除氧器工藝系統（圖1）作如下改造，取消除氧器進水調節閥，新增加除氧器進水泵變頻控制系統，改造后系統見（圖2）。

改造后除氧器水位不在由調節閥調節進水的大小來實現，而是用新增加的變頻控制系統來調節進水泵轉速實現的，變頻控制系統的信號用除氧器水位信號經轉換后來調節進水泵電機頻率改變轉速而達到調節泵出口流量目的，從而控制除氧器水位，在本控制系統中應注意的關鍵細節是根據鍋爐的用水量平均值來設置泵流量下限和流量上限，這樣才能保證水位變化過程中變頻調節流量不會太大或太小而引起大范圍波動，維持在鍋爐用水平均流量上下一個比較小的范圍內波動，解決了用調節閥調節進水時所出現的大幅波動現象，因此避免了進水大幅波動下加熱蒸汽調節滯后所引起的壓力和溫度波動，達到了穩定除氧器內壓力、溫度目的。

圖1 改造前系統圖

圖2 改造后系統圖

三、改造后的效果

改造后除氧器壓力能穩定在0.025左右、溫度穩定在104℃運行，經檢測水中的含氧量維持在10μ g/L到15μ g/L之間，符合國家相關鍋爐給水水質標準。下面是改造前后DCS系統參數報表（表2）和控制電腦屏幕隨機截圖的壓力和溫度運行趨勢 曲線圖（圖3），從圖中看出改造后各參數運行穩定平緩，經過這次改造解決了除氧器運行中參數頻繁波動而引起的除氧效果不佳的問題。

表2 改造前后DCS系統參數報表

圖3 控制電腦屏幕隨機截圖的壓力和溫度運行趨勢 曲線圖

[1]鄭體寬.熱力發電廠.中國電力出版社，2000.

TK223.5+22

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1671-0711（2016）06-0075-02