工業注汽鍋爐給水熱力除氧技術的應用

王荊

摘要：本文主要對工業注汽鍋爐熱力除氧器的除氧效果影響因素進行分析以及提高除氧器除氧效果的對策應用。

關鍵詞：除氧器;調節閥;軟化水

前言

熱力除氧器是根據氧氣在水中的溶解度跟溫度和壓力兩個因素有關的物理特性，在0.02-0.023Mpa飽和壓力條件下用蒸汽將水加熱到102-104℃的飽和狀態，水中溶氧量小于0.05mg/L，從而達到工業鍋爐的用水標準。因此，提高蒸汽與水的換熱效率、控制蒸汽的輸入量、控制蒸汽從排氧口的排出量，防止鍋爐給水泵發生汽蝕，是除氧器技術性能水平好壞的關鍵所在。

1 鍋爐供水除氧的目的

在鍋爐給水中，溶有多種氣體，其中對熱力設備危害最大的是氧氣。在熱力系統中，由于水、汽溫度都較高，所以加快了氧腐蝕的速度。氧是導致鍋爐設備腐蝕的最主要因素，可使爐管內壁出現麻坑、使爐管壁厚變薄，易發生爆管事故。因此，盡可能完全除去溶解在鍋爐給水的氣體是保護給水系統中所有設備不受腐蝕的基本方法，也是保證鍋爐安全經濟運行必不可少的手段。對于注汽鍋爐來說，注汽鍋爐壓力普遍偏高，對水質要求更為嚴格，水中含氧量超出范圍，對鍋爐危害更大，因此注汽鍋爐本體都配套帶有熱力除氧器，保證鍋爐的安全運行。

2 除氧途徑分析

2.1 物理方法

根據亨利定律可知，任何氣體同時存在于水面上，則氣體的溶解度與其自己的分壓力成正比，而且氣體的溶解度僅與其本身的分壓力有關。在一定壓力下，隨著水溫升高，水蒸汽的分壓力增大，而空氣和氧氣的分壓力越來越小。當水溫升高至沸騰時，氧氣的分壓力降低到零，水中的溶解氧也降低到零。當水面上壓力小于大氣壓力時，氧氣的溶解度在較低水溫時也可達到零。這樣，隨著水溫的升高，減小其中氧的溶解度，就可使水中氧氣逸出。另外，水面上空間氧氣分子被排出，或轉變成其它氣體，從而氧的分壓力為零，水中氧氣就不斷地逸出。采用物理方法除氧，是利用物理的方法將水中的氧氣析出，常用的有熱力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。

2.2 化學方法

采用化學方法除氧，主要是利用化學反應來除去水中含有的氧氣，使水中的溶解氧在進入鍋爐前就轉變成穩定的金屬或其它藥劑的化合物，從而將其消除，常用的有藥劑除氧法和鋼屑除氧法等。

2.3 電化學方法

鍋爐給水除氧除可以采用化學方法和物理方法之外，還可以采用電化學方法。電化學除氧，是應用電化學保護的原理，使一種易氧化的金屬發生電化學腐蝕，讓水中的氧被消耗掉而去除。此法與上述除氧方法比較，設備簡單，操作使用方便，運行費用低，可廣泛應用于低壓鍋爐及熱水鍋爐的給水除氧。

3 熱力除氧工作過程

除氧設備選用熱力除氧器，其工作原理為：除氧水首先進入中心進水管，繼而流入噴嘴，水由噴嘴噴成霧狀。加熱蒸汽從除氧塔下部向上流動，由于汽水間傳熱面積增大，水被很快地加熱到除氧塔內壓力下的飽和溫度，于是水中溶解的氣體大部分以小氣泡的形式逸出。通常在噴霧層的下邊還裝設一些固定填料（如Ω形不銹鋼片），使水在填料層上形成水膜，造成水的表面張力減小，殘留在水里10%～20%的氣體就較容易地擴散到水的表面，分離出來的氣體與少量蒸汽（約是加熱蒸汽的3%～5%）由塔頂排氣管排出。脫氧水和蒸汽凝結水一同流入貯水箱，再由增壓泵送給鍋爐柱塞泵。

4 達到除氧效果的條件

4.1 除氧頭內壓力應保持在20千帕（0.02千帕）

除氧頭內的工作壓力要求保持在20千帕，如果不等于20千帕時，通過壓力控制系統的反作用，改變控制器的輸出信號，去控制蒸汽調節閥的開度來改變蒸汽進入量，從而保持除氧頭的壓力。

4.2 除氧水溫度達到102℃

進水溫度應在50℃左右，若水溫低會增加除氧器的熱負荷。因此除氧器配備了熱交換器，該熱交換器有兩個作用，一是降低鍋爐給水泵入口的水溫，使之控制在76℃以內，保持給水泵的正常運行;同時提高除氧器的軟化水進口水溫，以減輕除氧器的熱負荷，從而保證除氧水的溫度穩定。

4.3 除氧水箱液位穩定

除氧器運行中，如果水箱液位不穩定，壓力和溫度都隨著波動，除氧效果也隨著變差，因此除氧器進水管道上裝有自動調節閥，當液面超過給定液面時，調節器的輸出增加，該輸出控制水量調節閥的開度使之關小，使進水量減小;反之增大進水量，以使液面實現自動控制，穩定在給值上。

5 影響除氧效果因素分析

熱力除氧系統運行以來，發現在工藝、設備等方面存在一些缺陷，造成溶解氧嚴重超標，經過研究分析存在問題主要有以下幾點。

5.1 壓力調節器滯后

鍋爐給水除氧系統存在溶解氧超標問題，原因是進除氧器的蒸汽壓力不能滿足除氧的要求。主要原因是進汽壓力電動調節閥不能穩定控制，壓力忽高忽低，導致水溫不穩定，除氧效果達不到要求。壓力調節器滯后現象經常發生，水位調節器不能投用，出現異常時如不及時進行有效調整，除氧器壓力和溫度易發生波動，從而導致除氧效果差。

5.2 熱交換器故障

我們知道，氣體從水中分離出來的一個必要條件就是必須將水加熱到除氧器內蒸汽壓力的飽和溫度，當除氧器進水溫度過低時，除氧水水溫達不到除氧器內壓力的飽和溫度，給水中的溶解氧就會增加。因此，熱交換器故障也是導致除氧器效果不好的原因之一。

5.3 除氧塔內部件易損壞

通過對除氧器檢修情況發現：除氧塔內噴嘴容易堵塞，噴嘴因螺絲易松動、脫落或傾斜，這些缺陷致使水和汽在除氧器內分布不勻，汽水接觸面及接觸時間減少，導致除氧效果惡化。

5.4 取樣條件不能滿足要求

取樣器原設計置于鍋爐現場，因設計、安裝等原因，影響化驗結果。并且給水取樣時一般應將樣品的流量調至20～30 kg/h，樣品的溫度一般用改變冷卻水流量的方法調整。而運行情況是：取樣器內易結垢，影響傳熱效果，必須關小取樣閥，才能滿足樣品溫度要求，這樣，取樣管內水流速度就會減小，且處于未充滿狀態，化驗時取樣儀表數字常出現不勻的現象，導致樣品不具有代表性。

5.5 除氧水溫度

熱力除氧以后的軟水水溫較高，容易達到鍋爐給水泵的汽化溫度，致使給水在輸送過程中容易被汽化;而且當熱負荷變動頻繁，管理跟不上，除氧水溫小于102℃時，除氧效果不好。

6 改進措施

6.1 壓力控制系統改造

通過對壓力控制系統改造以提高除氧器進汽壓力穩定。一方面采用電動調節閥前增加一個自力式調節閥，以鞏固壓力的穩定。其次還要保證除氧器所用蒸汽專一供給，防止發生搶汽現象，保持專線系統內壓力的穩定。

6.2 熱交換器故障改造

熱交換器前增加一臺增壓泵，其主要作用是克服熱交換器的內部阻力，保證柱塞泵入口壓力穩定，另一方面是改善熱交換能力，把軟化水溫提高到50℃左右，減少除氧器的熱負荷，促使蒸汽壓力穩定。

6.3 檢修除氧塔內已損壞部件

更換并加固已損壞的除氧器噴嘴，清洗噴嘴內雜物，清理并更換已變形的填料，使除氧器性能得到了完善。為了使噴嘴不被雜物堵塞，在上水管線上加裝一過濾器，防止雜物堵塞噴淋頭。

6.4 改造取樣器取樣條件

為了保證樣品真實性，將取樣器和取樣儀表相連接的管口相統一，使取樣水流速能夠達到樣品流量要求，保證了取樣化驗所需的條件，定期檢查效驗取樣儀表，檢查更換取樣器內冷卻盤管，防止盤管結垢影響冷卻效果。

6.5 優化操作，穩定除氧器壓力和水位

經過跟蹤監測，對除氧器的運行操作做出規定：①均衡進水，調整時要做到“少量多次”，避免有大的波動;②除氧器水位控制在600～700mm，以利于除氧水在水箱內進一步擴散除氧。

7 實際應用中存在的問題及解決辦法

7.1 除氧器上水

7.1.1 除氧器上水問題

上水速度小于鍋爐的供水速度，電動閥全開時除氧罐水位持續下降;其次上水電動閥有卡死現象，除氧罐連續上水，上水速度大于鍋爐的供水速度，造成除氧水罐水位過高并溢流，同時影響除氧器的除氧效果。

7.1.2 解決辦法

對除氧器螺旋板式換熱器前后加裝壓力表，經過前后壓力表的壓力降確定除氧頭是否有堵塞現象，及時清理除氧頭雜質;其次除氧器上水電動閥前加裝一過濾器，防止雜質落入上水電動閥里，使電動閥有卡死現象，從而造成除氧罐水位居高不下，影響除氧器的除氧效果，同時還可防止雜質進入噴淋頭，影響除氧器的運行。

7.2 鍋爐供水

7.2.1 鍋爐供水存在問題

增壓泵在換熱器之后時，當鍋爐給水流量大于0.7時，增壓泵就會出現供液不足的現象，從而出現給水壓力低報警，影響鍋爐的正常運行。

7.2.2 解決辦法

增壓泵由換熱器之后移至換熱器之前，因為增壓泵在換熱器之前，換熱板一面壓力高，而另一面基本上沒有壓力，容易造成換熱器螺旋板變形并出現供水不足現象。通過改造后螺旋板兩邊的壓力基本一致，未出現供水不足的現象。

7.3 壓力控制

7.3.1 壓力控制存在問題

當除氧水罐水位降至70%時，上水電動閥輸入值增加，閥桿開度增加，上水量加大。由于蒸汽電動閥開度與上水電動閥開度不同步，導致除氧頭壓力下降過快，最低能降到0.01MPa，當水溫超過100℃時，除氧器增壓泵就會造成抽空現象，從而影響鍋爐的正常運行。

7.3.2 解決辦法

在蒸汽電動閥前加裝一自力式調節閥，以保證蒸汽電動閥前壓力穩定，由于經過雙重穩壓，當上水調節閥動作時，除氧頭壓力不會太大，因此增壓泵入口處就不會形成抽空現象，從而保證了鍋爐的正常供水。

8 改進效果分析

通過對給水除氧系統的技術改進和優化操作，塔內部件使用周期延長，除氧器運行工況良好，除氧效果明顯提高。改進后運行效果分析，給水溶解氧已明顯降低，消除鍋爐長周期穩定運行的隱患，為穩定生產提供了保障。