除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題的分析及處理

高玉林

(陜西未來(lái)能源化工有限公司)

除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題的分析及處理

高玉林*

(陜西未來(lái)能源化工有限公司)

介紹了除氧蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)和工作原理。對(duì)除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題進(jìn)行了分析和處理，對(duì)除氧蒸發(fā)器及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)提出了建議。

除氧蒸發(fā)器 排汽帶水 壓力容器 余熱鍋爐 蒸汽

0 前言

除氧蒸發(fā)器是廣泛應(yīng)用于余熱鍋爐系統(tǒng)的關(guān)鍵壓力容器設(shè)備。它在鍋爐系統(tǒng)中起著余熱回收、給水除氧、儲(chǔ)存鍋爐循環(huán)水等作用。除氧蒸發(fā)器能否正常運(yùn)行，關(guān)系到余熱鍋爐系統(tǒng)能否正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。除氧蒸發(fā)器在運(yùn)行過(guò)程中常發(fā)生排汽帶水問(wèn)題。本文對(duì)除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題進(jìn)行了分析和處理，并對(duì)除氧蒸發(fā)器及其系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行和維護(hù)等環(huán)節(jié)存在的問(wèn)題提出了指導(dǎo)性意見(jiàn)。

1 除氧蒸發(fā)器介紹

1.1 除氧蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及工作原理

除氧蒸發(fā)器和普通的熱力除氧器類(lèi)似，其除氧工作原理是源于氣體溶解定理（亨利定理）。亨利定理：任何氣體在水中的溶解度與該氣體在汽水分界面上的分壓力成正比。如果將水進(jìn)行加熱，隨著水溫度的升高，汽水分界面上水蒸氣的分壓力就會(huì)增大，而其它氣體的分壓力就會(huì)降低，相應(yīng)地其它氣體在水中的溶解度就將減小，并會(huì)不斷析出，此分離過(guò)程稱(chēng)為解析過(guò)程。當(dāng)水被加熱到飽和溫度時(shí)，汽水分界面上壓力為水蒸氣的飽和壓力，其它氣體的分壓力接近于零，其它氣體在水中的溶解度也接近于零，水就不再具有溶解氣體的能力，水中原來(lái)溶解的各種氣體將不斷析出。在結(jié)構(gòu)上，除氧蒸發(fā)器和普通的熱力除氧器是不同的，在除氧蒸發(fā)器上增加了和鍋爐汽包類(lèi)似的上升管和下降管等結(jié)構(gòu)。除氧蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 除氧蒸發(fā)器在余熱鍋爐系統(tǒng)中的作用

（1）除氧蒸發(fā)器可用于余熱回收。除氧蒸發(fā)器可以接收系統(tǒng)中連排來(lái)汽和鍋爐高加熱水，進(jìn)行回收利用，避免直接排放損失。除氧蒸發(fā)器內(nèi)部?jī)?chǔ)存的水可以通過(guò)自力水循環(huán)從鍋爐除氧蒸發(fā)段吸收低溫?zé)煔鉄崃浚⒆援a(chǎn)部分蒸汽用于加熱凝結(jié)水。

圖1 除氧蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)

（2）同普通熱力除氧器一樣，具有除氧功能，不但能除去水中溶氧，還能除去CO2、N2等其它非凝結(jié)性氣體。

（3）除氧蒸發(fā)器的水箱能儲(chǔ)存鍋爐循環(huán)水，以確保在短時(shí)間失去給水時(shí)水箱內(nèi)儲(chǔ)存的水仍能維持鍋爐運(yùn)行。

1.3 除氧蒸發(fā)器的工作過(guò)程

如圖1所示，除氧蒸發(fā)器設(shè)有上升管和下降管。水箱中儲(chǔ)存的水經(jīng)下降管進(jìn)入鍋爐除氧蒸發(fā)段的受熱面吸收熱量，變成具有一定含汽率的過(guò)飽和水，再經(jīng)上升管回流到水箱內(nèi)部擴(kuò)容蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽。該部分自產(chǎn)蒸汽可以用于加熱凝結(jié)水進(jìn)行除氧，不足的蒸汽可以由除氧蒸發(fā)器外部調(diào)節(jié)汽源補(bǔ)充。調(diào)節(jié)進(jìn)汽量由壓力傳感器控制進(jìn)汽調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力低于設(shè)定的工作壓力時(shí)，調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度增大，進(jìn)汽量增加，反之亦然。凝結(jié)水或補(bǔ)充水由液位控制器提供的水位信號(hào)控制進(jìn)水調(diào)節(jié)閥進(jìn)行流量調(diào)節(jié)，從除氧頭頂部加入。當(dāng)水位超過(guò)設(shè)定的正常水位時(shí)，調(diào)節(jié)進(jìn)水量減小，反之亦然。在除氧過(guò)程中產(chǎn)生的氧氣及其它非凝結(jié)性氣體積聚到除氧頭頂部，并隨少量蒸汽經(jīng)排汽閥排放到大氣，排放損耗的蒸汽大約為耗蒸汽量的2‰～3‰。當(dāng)除氧蒸發(fā)器內(nèi)部自產(chǎn)的蒸汽過(guò)量時(shí)，會(huì)使外部汽源調(diào)節(jié)失去作用。為了防止除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓導(dǎo)致安全閥頻繁起跳，應(yīng)通過(guò)副汽排放口排放掉多余蒸汽。副汽排放口設(shè)置了截止閥和彈簧消音止回閥，可設(shè)定彈簧消音止回閥開(kāi)啟壓力略大于除氧蒸發(fā)器的正常工作壓力且不超過(guò)安全閥整定壓力。此處所描述的除氧蒸發(fā)器的工作過(guò)程相比某些實(shí)際工程項(xiàng)目運(yùn)行情況來(lái)說(shuō)是比較理想化的。實(shí)際上許多除氧蒸發(fā)器的操作運(yùn)行條件較差，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員缺乏運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)，因而常常導(dǎo)致除氧蒸發(fā)器出現(xiàn)排汽帶水問(wèn)題。

2 除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題分析

2013年某日，除氧蒸發(fā)器用戶(hù)成都某玻璃廠(chǎng)反映，他們使用的除氧蒸發(fā)器發(fā)生了很?chē)?yán)重的排汽帶水現(xiàn)象，懷疑是除氧蒸發(fā)器存在設(shè)計(jì)或制造質(zhì)量問(wèn)題。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析，排除了設(shè)計(jì)或制造質(zhì)量問(wèn)題。

通過(guò)向現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員了解，獲得了除氧蒸發(fā)器運(yùn)行操作情況如下：

（1）外部調(diào)節(jié)汽源切斷，沒(méi)有通入外部加熱汽源。

（2）水箱上設(shè)置了副汽閥口，該管口僅裝設(shè)了截止閥，沒(méi)有裝設(shè)彈簧消音止回閥。此外，該管口沒(méi)有連接副汽排放管道，在運(yùn)行過(guò)程中該管口用截止閥關(guān)嚴(yán)。實(shí)際上，該管口在系統(tǒng)中沒(méi)有起到任何作用。

（3）除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓，引起安全閥頻繁動(dòng)作起跳?，F(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員為了安全運(yùn)行考慮，同時(shí)也為了避免安全閥頻繁起跳，將除氧頭頂部的排汽閥打開(kāi)，當(dāng)作安全泄放閥使用。于是在除氧頭內(nèi)部高速汽流作用下，出現(xiàn)大量排汽帶水現(xiàn)象。在這一過(guò)程中，還伴隨著除氧蒸發(fā)器補(bǔ)水困難，因?yàn)檠a(bǔ)充進(jìn)除氧蒸發(fā)器的水大部分隨汽流裹挾帶走了。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解的情況，對(duì)除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題作了如下分析。

（1）焦點(diǎn)問(wèn)題

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，關(guān)小除氧頭排汽閥，接近滿(mǎn)足正常排汽量時(shí)，除氧頭不會(huì)出現(xiàn)排汽帶水現(xiàn)象，這已被現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試試驗(yàn)反復(fù)證實(shí)。但關(guān)小除氧頭排汽閥雖能確保除氧器正常運(yùn)行，卻導(dǎo)致了另一問(wèn)題的出現(xiàn)，即除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力升高，超壓導(dǎo)致了安全閥起跳。為了防止除氧器超壓，只好利用排汽閥作為泄壓口，這樣除氧頭內(nèi)部汽流速度超高，不可避免地會(huì)發(fā)生除氧頭排汽帶水問(wèn)題。

（2）正常與非正常問(wèn)題

①除氧頭排汽閥的正常用途是排放不凝結(jié)氣體，控制正常排汽量約為出力的2‰～3‰是正常的。

②將除氧頭排汽閥作為蒸汽泄放閥使用是非正常的。

③除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力在自產(chǎn)蒸汽條件下升高超壓是非正常的。

④除氧蒸發(fā)器沒(méi)有外部汽源進(jìn)汽，失去外部汽源對(duì)除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力調(diào)節(jié)作用是非正常的。

（3）應(yīng)解決的問(wèn)題

應(yīng)解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力升高超壓的問(wèn)題。引起超壓的原因是除氧蒸發(fā)器內(nèi)部自蒸發(fā)蒸汽量富余、現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)水不連續(xù)，以及自產(chǎn)蒸汽量與補(bǔ)水所需蒸汽量之間不匹配等。所以，應(yīng)解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部自產(chǎn)蒸汽過(guò)剩問(wèn)題。

3 處理方案

3.1 方案一

方案一，通過(guò)正常途徑排放掉過(guò)剩蒸汽，解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓的問(wèn)題。具體的處理方案如圖1所示，利用副汽排放口設(shè)置彈簧消音止回閥及副汽排放管道，可設(shè)定彈簧消音止回閥開(kāi)啟壓力略大于除氧蒸發(fā)器的正常工作壓力，且不超過(guò)安全閥整定壓力。當(dāng)除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力達(dá)到彈簧消音止回閥設(shè)定壓力時(shí)，彈簧消音止回閥自動(dòng)開(kāi)啟泄壓，當(dāng)壓力低于設(shè)定壓力時(shí)，彈簧消音止回閥自動(dòng)關(guān)閉。這樣就不會(huì)引起除氧器內(nèi)部超壓。在運(yùn)行過(guò)程中，除氧頭頂部排汽閥調(diào)節(jié)到正常排汽狀態(tài)，此時(shí)除氧蒸發(fā)器不會(huì)排汽帶水，除氧蒸發(fā)器補(bǔ)水困難的問(wèn)題也可得到順利解決。該處理方案有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）現(xiàn)場(chǎng)整改簡(jiǎn)單容易，可以不停爐整改，不影響設(shè)備運(yùn)行。

（2）彈簧消音止回閥設(shè)定壓力高，與直接用排汽閥泄放相比，蒸汽損失較小，當(dāng)蒸汽存在過(guò)剩時(shí)，能確保除氧蒸發(fā)器不會(huì)超壓，并能維持除氧蒸發(fā)器內(nèi)較高工作壓力和除氧水較高的工作溫度。

（3）能確保除氧蒸發(fā)器安全正常運(yùn)行，避免受鍋爐系統(tǒng)運(yùn)行波動(dòng)和現(xiàn)場(chǎng)操作不當(dāng)?shù)挠绊憽?/p>

3.2 方案二

方案二，通過(guò)減少自蒸發(fā)蒸汽量，解決自產(chǎn)蒸汽過(guò)量問(wèn)題，從而解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓的問(wèn)題。若要減少自蒸發(fā)蒸汽量，需減少鍋爐除氧蒸發(fā)段受熱面，從而減少循環(huán)水在除氧蒸發(fā)段的吸熱量。

按方案一，由于該項(xiàng)目除氧蒸發(fā)器出力較小，經(jīng)副汽排放口排放的蒸汽量小且不連續(xù)，無(wú)法加以再利用，只能直接排放大氣，這樣將大量損失凝結(jié)水，增加設(shè)備的運(yùn)行成本。業(yè)主不能接受此方案。于是采用方案二。該項(xiàng)目的鍋爐原設(shè)計(jì)了三級(jí)除氧蒸發(fā)段，經(jīng)熱力平衡驗(yàn)算證實(shí)，除氧蒸發(fā)段設(shè)置的富余量太多，因此最終決定按方案二進(jìn)行處理，但從鍋爐系統(tǒng)切除了一級(jí)除氧蒸發(fā)段，這樣就使所有問(wèn)題得到了圓滿(mǎn)解決。目前，該除氧蒸發(fā)器運(yùn)行正常，除氧效果很好，出水溶氧量低于5 μg/L。

4 有關(guān)建議

除氧蒸發(fā)器能否正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，與鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行操作條件有很大關(guān)系。因此，筆者有如下建議：

（1）鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)合理考慮除氧蒸發(fā)段的級(jí)數(shù)，仔細(xì)核算各工況時(shí)的最大吸熱量，自產(chǎn)蒸汽量與最小補(bǔ)水條件下的除氧耗汽量之比值應(yīng)小于1，蒸汽的不足部分由外部調(diào)節(jié)進(jìn)汽進(jìn)行補(bǔ)充，這樣才能確保除氧蒸發(fā)器正常運(yùn)行且具有可調(diào)節(jié)性。

（2）在運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)凝結(jié)補(bǔ)充水應(yīng)連續(xù)補(bǔ)水，補(bǔ)水量應(yīng)能根據(jù)水位變化情況進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

（3）若鍋爐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及運(yùn)行不能充分滿(mǎn)足上述兩條要求，則有必要在水箱上設(shè)置副汽排放口，以便除氧蒸發(fā)器在自蒸發(fā)蒸汽過(guò)量、引起內(nèi)部超壓時(shí)能及時(shí)排放多余蒸汽。排放的多余蒸汽如能加以利用，自然不存在損失問(wèn)題，如無(wú)法加以利用而直接排放大氣，則必然造成水和熱能的損失，長(zhǎng)期運(yùn)行必將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

5 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)除氧蒸發(fā)器排汽帶水問(wèn)題進(jìn)行了分析和處理。除氧蒸發(fā)器系統(tǒng)比較合理的設(shè)計(jì)是充分考慮進(jìn)汽及進(jìn)水的自動(dòng)調(diào)節(jié)，能使除氧蒸發(fā)器在有效的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制下運(yùn)行。這樣雖然會(huì)增加一定的設(shè)備成本，但對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行來(lái)說(shuō)是非常有益的。這樣既可以大大降低運(yùn)行維護(hù)成本，避免水和熱能的損失，同時(shí)還有助于除氧蒸發(fā)器長(zhǎng)期正常、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

Analysis and Treatment of the Entrained Water in Steam Discharged by Oxygen Removal Evaporator

Gao Yulin

Introduces the structure and working principle of the oxygen removal evaporator.Analyzes and treats the problem of entrained water in the steam discharged by the oxygen removal evaporator,and puts forward suggestions to the design,operation and maintenance of the oxygen removal evaporator and corresponding system.

Oxygen removal evaporator;Water entrained by steam;Pressure vessel;Heat recovery steam generator;Steam

TQ 051.6+2

2014-12-01）

*高玉林，男，1972年生，工程師。榆林市，719000。