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的過程中，使用的工業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，在節能、節水、環保方面都有重要意義，為企業和社會帶來效益。

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，放散的蒸汽量根據統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、噪聲污染和潮濕環境，達到清潔生產的目的。

2、乏汽回收裝置的基本原理

乏汽回收是利用系統中具有一定剩余壓力的蒸汽或水作動力，使流體產生射吸流動，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進水量大小來完成。混合水進入氣液分離罐，分離罐輸出凝結水，并分離出空氣減壓排出。

目前國內乏汽回收技術發展較快，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、大流量的液位調節對象。其難點是液位波動大，且不穩定，要求調節系統穩定可靠。分離罐內液位與壓力穩定性直接影響到動力頭的工作穩定性。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中。同時，排氣對分離罐內壓力穩定起重要作用。混合后的熱水，根據不同場合，恢復或提升熱水壓力后，再送回系統中。

排水裝置：根據實際情況，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

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，經現場估算8單臺除氧器乏汽排放量約為：10t/h，現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，產生噪聲并對環境產生嚴重的熱污染[4]。且因為現在運行的高壓除氧器排大氣門都處在大節流狀態，使除氧器內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。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置氣液分離裝置分離后排出。低壓除氧器水箱內的冷凝水，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，吸收高壓除氧器產生的乏汽，形成85℃左右的熱水。經汽液分離后，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對高除補水量的有效調節。

相比改造前高壓除氧器排大氣門處于大節流狀態，使除氧器內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，蒸汽變為凝結水，不凝性氣體則由專門的排氣系統排向大氣，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高效節能水泵，實現了節電的目的。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，提高循環熱效率，達到了節能的目的，同時消除了排氣的噪音污染，使廠區環境得到改善。

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

（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，節約了部分加熱蒸汽，降低生產成本。

（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閥開度大小即可，安全可靠。

3.4、使用效果及經濟性分析

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。經測算每小時總共可以回收乏汽約10噸，中繼水泵每天節電約1920 kWh。

相關計算結果如下：

1、回收乏汽節能：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。

全年可以節約標準煤：0.94×24×365=8234.4 t

2、乏汽回收節水：每小時節約除鹽水10t，總節除鹽水量T=10×24×365=87600t。

3、中繼水泵改造節電：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煤約8234.4噸標準煤，節水約87600噸，節電約70萬度，經濟效益顯著。

4、結論

本文從高壓除氧器乏汽具有大量低品位熱能出發，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，且運行穩定，為安全生產提供了可靠的保障，達到了節能、減排、降耗的目的，對環境有一定的保護作用，具有顯著的經濟效益和社會效益，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.乏汽回收的經濟性評價.節能，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.環保與綜合利用.2011.8（4）

[4] 齊魯石化熱電廠，《汽輪機運行規程》，2009.9

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