熱力系統除氧器介紹及優化改造

張利軍 王林 李彥鵬 袁煒 胡琳

摘要：介紹了寧東化工園區某煤化工項目動力站熱力系統工藝流程和除氧器的工作原理。針對裝置熱力系統除氧器實際運行中長期存在的氧含量超標帶來的一些不利問題，經過深入分析和試驗，提出了有效的優化措施，并進行了裝置實際改造。改造實施后溶解氧全部達到國家頒布標準，有效削減了熱力設備的氧化腐蝕情況，保證了鍋爐設備的長周期;解決了裝置除氧器運行中振動大且排汽帶水等問題。達到了節能、環保、創效等有益效果。

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.

關鍵詞：除氧器;除氧原理;優化改造

Key words： deaerator;deaeration principle;optimization

中圖分類號：TE934? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）36-0179-03

1? 裝置概述

該項目動力站熱力系統工藝流程簡圖如圖1所示，主要由主蒸汽系統、回熱加熱系統、主凝結水系統、高壓給水及除氧系統、中繼水系統、中壓給水系統、低壓給水系統、加熱器疏水系統、啟動汽源及輔助蒸汽系統、循環水系統等組成。

鍋爐給水中的溶解氧是造成熱力設備和管道腐蝕的主要原因，為防止和減輕熱力系統的氧腐蝕，必須對鍋爐給水進行除氧處理。除氧器是一種混合式加熱器，熱力系統對除氧器的基本要求是有穩定的除氧效果，給水泵不汽蝕，具有較高的回熱經濟性。本裝置采用的除氧方式以物理除氧為主，化學除氧為輔，進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，這樣蒸汽和水進行逆流混合熱交換，使水達到沸點，氧的溶解度減小而逸出，氧氣和水蒸氣的混合氣體經排氧管排到大氣中[1-2]。

本項目熱力系統自投入生產運行以來，氧含量≥60μg/L，遠超國家標準氧含量≤15μg/L。由于氧含量長期處于不合格狀態，加劇了鍋爐受熱面的氧腐蝕，連續運行周期遠遠低于同行業運行水平，給鍋爐的安全、經濟運行帶來了極大的隱患。同時，除氧器運行振動大，填料坍塌現象嚴重，檢維修頻次高。排汽帶水現象嚴重，造成了水資源的浪費損失[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，有一些氣體的活動性很強，如氧氣和二氧化碳對熱力設備有腐蝕作用，使熱力設備的使用壽命縮短和可靠性降低。其中氧氣的活動性最強，它在高溫下可以直接與金屬發生化學反應。因此除掉鍋爐給水中的氣體特別是氧氣，是鍋爐機組安全運行的重要保證[4-6]。

給水除氧有化學除氧和物理除氧兩種方法，化學除氧是利用一些容易與氧發生反應的藥品使之和水中溶解的氧氣發生化合生成另一種物質來除去水中的氧氣。化學除氧只能除去水中的氧氣，而不能除去其它氣體，并且會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，同時也除去了水中溶解的其它氣體，并且沒有其它的遺留物質，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：當水和氣體之間存在平衡狀態時，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? 裝置除氧器運行狀況分析

裝置熱力系統除氧器在運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到設計標準和國家頒布標準，使鍋爐給水溶解氧超標，導致鍋爐受熱面爆管事故頻發。②低壓除氧器運行中振動大，檢維修頻次高。③低壓除氧器排汽帶水，能源損失。④除氧器填料坍塌現象嚴重，除氧效果惡化。

通過多方面分析、試驗，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方面：①除氧器除氧容積偏小：本裝置除氧頭內徑只有2200mm，其淋水密度高達115t/（m2·h）（淋水密度=出力/截面積，本除氧器動力系統目前實際出力為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設定范圍。其次，參考公司其另外一套動力站熱力系統，系統額定出力395t/h，低壓除氧器的除氧頭內徑為2400mm，計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間和接觸面積，不利于氧氣的析出，從而導致鍋爐給水溶解氧超標，引起一系列問題。②除氧頭結構不合理：原除氧器為雙封頭結構，進汽為水箱進汽方式。該形式進汽會造成加熱不充分，容易在水箱內的蒸汽加熱裝置中積水，產生水錘及振動，嚴重影響機組安全性。同時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易造成除氧器振動。現較成熟除氧器設計結構為單封頭結構，水箱與除氧頭馬鞍跨接連接，進汽方式為除氧頭進汽。

4? 優化改進措施

針對以上幾方面的影響因素，根據裝置生產實際情況，提出了相應的優化措施，如圖3所示：①低壓除氧器除氧頭有效容積擴容至不小于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低低壓加熱蒸汽進汽方式由原水箱進汽更改為除氧頭多級進汽，設置蒸汽配汽室，二次蒸汽配汽管道;⑥拆除低壓除氧器排汽管道節流孔板;⑦填料層由原兩層擴增至3層，填料由汽液分離網變更為Ω波紋填料;⑧水篦層由原兩層擴增至4層。

5? 優化實施后的效果評估

除氧器優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氧含量明顯降低，溶解氧全部達到國家頒布標準≤15μg/L，有效削減了熱力設備的氧化腐蝕情況，保證了鍋爐設備的長周期;②解決了裝置除氧器運行中振動大且排汽帶水的問題，節約了水資源，并避免了低壓除氧器填料坍塌現象;③獲得了客觀的經濟效益：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? 結論

通過深入分析裝置熱力系統除氧器實際運行中長期存在的氧含量超標帶來的一些不利問題，根據裝置生產實際情況，通過除氧頭擴容、填料層增高、改變填料形式、增加淋水高度等措施對裝置進行改造。改造實施后，取得了十分有益的效果。

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