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(yīng)公司，貴州 貴陽 550008）

·監(jiān)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(yīng)公司，貴州 貴陽 550008）

通過對熱力除氧器的原理和運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找出熱力除氧器運(yùn)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(jìn)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(fā)生氧化反應(yīng)使受熱面因氧腐蝕而出現(xiàn)漏水、爆管等，嚴(yán)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(jìn)入鍋爐之前需采用一種專業(yè)設(shè)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(yùn)以來水中溶解一直氧超標(biāo)，致使鍋爐給水溶解氧長期維持在50μ g/L遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中溫中壓鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(huán)境中運(yùn)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(yùn)行現(xiàn)狀、原理分析及解決措施

1.運(yùn)行現(xiàn)狀分析

根據(jù)除氧設(shè)計(jì)規(guī)定：正常運(yùn)行時(shí)要求水位80%、壓力25kPa、溫度104℃；從2014年5月份投運(yùn)以來除氧器的運(yùn)行參數(shù)一直偏離設(shè)計(jì)要求，鍋爐給水溶解氧運(yùn)行檢測數(shù)據(jù)顯示經(jīng)常超標(biāo)，通過分析除氧器參數(shù)在DCS系統(tǒng)內(nèi)生成的報(bào)表發(fā)現(xiàn)鍋爐給水含氧量變化最大、上升最快都是發(fā)生在除氧器內(nèi)溫度和壓力波動情況下。除氧器內(nèi)部參數(shù)（壓力、溫度）常會在水位高于設(shè)定值時(shí)和水位低于設(shè)定值時(shí)出現(xiàn)異常波動。下表數(shù)據(jù)是除氧器運(yùn)行參數(shù)在DCS中控系統(tǒng)內(nèi)生成的報(bào)表（表1）。

2.除氧原理

空氣中氧氣占五分之一左右，當(dāng)水裸露于空氣中時(shí)部分氧氣就會融于其中進(jìn)入鍋爐后對受熱面進(jìn)行腐蝕。除氧器就是除掉水中溶解有害汽體的一種專業(yè)設(shè)備，大氣式熱力除氧器的就是依據(jù)分壓定律和亨利定律而設(shè)計(jì)出來的一種專業(yè)除氧裝置。

（1）分壓定律

容器內(nèi)壓力P等于各組成氣體壓力之和，即除氧器內(nèi)水面上混合氣體的壓力P應(yīng)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(nèi)設(shè)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(nèi)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(shí)水中所溶解氣體的多少與該氣體在水面上的分壓力有關(guān)，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(guān)系，其表達(dá)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(shù)，單位mg/L。從以上兩個(gè)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(yùn)行時(shí)壓力穩(wěn)定在設(shè)計(jì)的某一個(gè)值，溫度要穩(wěn)定在所處壓力下的飽和溫度，只有水溫穩(wěn)定在對應(yīng)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(dá)到除氧的目的。大氣式熱力除氧器內(nèi)的水通常采用蒸汽來加熱，使水達(dá)到對應(yīng)壓力下的飽和溫度而沸騰，沸騰液面連續(xù)不斷的溢出水蒸汽充滿整個(gè)容器空間，水蒸汽充滿整個(gè)容器空間后壓力因連續(xù)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(dāng)水蒸汽的壓力增大到設(shè)定壓力時(shí)，其余溶解氣體的對應(yīng)的壓力就無限的趨于零，此時(shí)的水就不再具有溶解氣體的能力，除氧器內(nèi)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(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.除氧效果不佳的原因

經(jīng)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(yùn)行中除氧器內(nèi)壓力和溫度兩個(gè)參數(shù)波動所引起內(nèi)部的平衡破壞，導(dǎo)致容器內(nèi)水蒸氣對應(yīng)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?yàn)椋旱谝唬跗魉桓哂谠O(shè)定值時(shí)，進(jìn)水調(diào)節(jié)閥調(diào)小甚至關(guān)閉，此過程中進(jìn)水量減小還有可能沒有水進(jìn)入除氧器，加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥有滯后現(xiàn)象存在，這時(shí)加熱蒸汽還在繼續(xù)進(jìn)入，結(jié)果就會導(dǎo)致內(nèi)部壓力升高，破壞水封蒸汽沖出去，除氧器內(nèi)部的相對穩(wěn)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(shí)進(jìn)水調(diào)節(jié)未跟上引起除氧器水位低于設(shè)定值，此時(shí)進(jìn)水調(diào)節(jié)閥會迅速調(diào)大甚至全開，加熱蒸汽調(diào)節(jié)閥的滯后現(xiàn)象使加熱蒸汽的量與進(jìn)水不匹配，此過程中會出現(xiàn)加熱蒸汽量不足導(dǎo)致壓力低和溫度低于設(shè)計(jì)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(gè)參數(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)和討論，最后決定把除氧器工藝系統(tǒng)（圖1）作如下改造，取消除氧器進(jìn)水調(diào)節(jié)閥，新增加除氧器進(jìn)水泵變頻控制系統(tǒng)，改造后系統(tǒng)見（圖2）。

改造后除氧器水位不在由調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)水的大小來實(shí)現(xiàn)，而是用新增加的變頻控制系統(tǒng)來調(diào)節(jié)進(jìn)水泵轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)的，變頻控制系統(tǒng)的信號用除氧器水位信號經(jīng)轉(zhuǎn)換后來調(diào)節(jié)進(jìn)水泵電機(jī)頻率改變轉(zhuǎn)速而達(dá)到調(diào)節(jié)泵出口流量目的，從而控制除氧器水位，在本控制系統(tǒng)中應(yīng)注意的關(guān)鍵細(xì)節(jié)是根據(jù)鍋爐的用水量平均值來設(shè)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(diào)節(jié)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(gè)比較小的范圍內(nèi)波動，解決了用調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進(jìn)水時(shí)所出現(xiàn)的大幅波動現(xiàn)象，因此避免了進(jìn)水大幅波動下加熱蒸汽調(diào)節(jié)滯后所引起的壓力和溫度波動，達(dá)到了穩(wěn)定除氧器內(nèi)壓力、溫度目的。

圖1 改造前系統(tǒng)圖

圖2 改造后系統(tǒng)圖

三、改造后的效果

改造后除氧器壓力能穩(wěn)定在0.025左右、溫度穩(wěn)定在104℃運(yùn)行，經(jīng)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(guān)鍋爐給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。下面是改造前后DCS系統(tǒng)參數(shù)報(bào)表（表2）和控制電腦屏幕隨機(jī)截圖的壓力和溫度運(yùn)行趨勢 曲線圖（圖3），從圖中看出改造后各參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定平緩，經(jīng)過這次改造解決了除氧器運(yùn)行中參數(shù)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(tǒng)參數(shù)報(bào)表

圖3 控制電腦屏幕隨機(jī)截圖的壓力和溫度運(yùn)行趨勢 曲線圖

[1]鄭體寬.熱力發(fā)電廠.中國電力出版社，2000.

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1671-0711（2016）06-0075-02