大氣式旋膜除氧器溶氧超標(biāo)的原因分析及處理

1、大氣式旋膜除氧器溶氧超標(biāo)的原因分析及處理摘要：大氣式旋膜除氧器為近年來(lái)大量裝備的電廠(chǎng)除氧設(shè)備，溶氧超標(biāo)是除氧 器運(yùn)行中經(jīng)常遇到的現(xiàn)象之一。本文主要從運(yùn)行調(diào)整的角度出發(fā)，介紹了通過(guò)合 理操作，有效降低溶氧的過(guò)程。關(guān)鍵詞：大氣式旋膜除氧器；溶氧；解決神華榆林能源化工分公司動(dòng)力裝置所選用的低壓除氧器為青島磐石容器廠(chǎng)生產(chǎn)的大氣式 旋膜式除氧器。該除氧器設(shè)計(jì)處理能力450t/h，運(yùn)行壓力0.02Mpa（G），出水溫度104C，設(shè) 計(jì)出水含氧量15ppb（ug/L）。由于受到下游蒸汽和用水量限制，自該設(shè)備投運(yùn)以來(lái)，兩臺(tái)除氧 器出力基本維持在50%左右，其出水溶氧長(zhǎng)期超標(biāo)，在惡劣情況下溶氧甚至可達(dá)到170p

2、pb， 給下游的有序生產(chǎn)造成了嚴(yán)重影響，除氧器運(yùn)行人員進(jìn)行調(diào)整排氧閥開(kāi)度等操作對(duì)溶氧效果 影響不大。一.大氣式旋膜除氧器工作原理大氣式旋膜除氧器結(jié)構(gòu)包括除氧塔頭、除氧水箱以及接管和外接件組成其主要部件除氧 塔頭是由外殼、旋膜器（起膜管）、淋水篦子、蓄熱填料液汽網(wǎng)（不銹鋼絲網(wǎng)）等部件構(gòu)成。 除氧過(guò)程就是除鹽水進(jìn)入除氧頭內(nèi)旋膜器組水室，在一定的壓差下從膜管的小孔斜旋噴向內(nèi)孔, 形成旋轉(zhuǎn)下流的射流，由于內(nèi)孔充滿(mǎn)了上升的加熱蒸汽，水在射流運(yùn)動(dòng)中便將大量的加熱蒸汽 吸卷進(jìn)來(lái)，在極短時(shí)間內(nèi)很小的行程上產(chǎn)生劇烈的混合加熱作用，水溫大幅度提升，而旋轉(zhuǎn)的水 膜沿著膜管內(nèi)孔壁繼續(xù)下旋，形成一層翻滾的水膜裙（水在旋

3、轉(zhuǎn)流動(dòng)時(shí)的臨界雷諾數(shù)下降很多 即產(chǎn)生紊流翻滾），此時(shí)紊流狀態(tài)的水傳熱傳質(zhì)效果最理想，水溫在旋膜管底部接近飽和溫度，氧 氣即被分離出來(lái)，并隨上升的蒸汽從排汽管排向大氣。這是其一級(jí)除氧過(guò)程。由旋膜管下落的水，通過(guò)水膜裙室，經(jīng)過(guò)淋水篦子的再次均勻分配，進(jìn)入填料層，由于 填料層比表面積大，其大大增加了水膜的比表面積，在自下而上的蒸汽加熱下，補(bǔ)水在此處 完全達(dá)到飽和狀態(tài)殘余溶氧再次析出，此為其二級(jí)除氧過(guò)程。下圖為大氣式旋膜除氧器除氧塔頭結(jié)構(gòu)圖由以上數(shù)據(jù)可以看出，三路補(bǔ)水溫度各不相同，且差別較大。在低壓除氧器技術(shù)協(xié)議中， 低除的上水溫度范圍為20巧5C，冷除鹽水最終進(jìn)入除氧器的溫度遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)溫度。圖二：除

4、氧器水室及旋膜管照片由右圖可以看出，除氧器水室是一個(gè)上下封閉的空間，其中布置了上百根旋膜管。進(jìn)入 其中的水要通過(guò)壓差作用從分布在旋膜管上的切向小孔流入旋膜管。相對(duì)于目前單臺(tái)除氧器 200t/h左右的出力而言，水室空間極小，因此不同補(bǔ)水在水室中停留的時(shí)間也很短，很難溫 度混合均勻，這就造成了不同區(qū)域內(nèi)流經(jīng)旋膜管的補(bǔ)水溫度存在差異。而自下而上流過(guò)的加 熱蒸汽大致是均勻的。此時(shí)流經(jīng)水溫較高旋膜管的蒸汽更容易將水加熱到飽和溫度，也將有 更多的殘余蒸汽通過(guò)旋膜管進(jìn)入水室上部的汽水分離空間，而流經(jīng)溫度較低旋膜管的蒸汽絕 大部分用于加熱冷水，只有很少量的蒸汽殘余。由于本身的熱量較低，加之收到水室上部汽 水分

5、離層蒸汽的排擠，流經(jīng)水溫較低旋膜管的殘余蒸汽更難攜帶析出的氧氣離開(kāi)旋膜管，且 冷水旋膜管中的水更難被加熱到飽和溫度，溶氧不易析出，因此其除氧效果明顯惡化。在這 種情況下，較多的溶氧隨水下落到填料層，加重了填料層的負(fù)荷壓力。從而導(dǎo)致除氧效果變 差。下圖為該過(guò)程的效果圖：圖三：冷、熱水旋膜管蒸汽狀態(tài)圖2運(yùn)行工況持續(xù)波動(dòng)造成溶氧不合格我廠(chǎng)低壓除氧器接入的補(bǔ)水和加熱汽源較多，因而擾動(dòng)因素也較多，歸結(jié)起來(lái)造成運(yùn)行 壓力和溫度持續(xù)波動(dòng)的因素大致有以下幾個(gè)：（1）低壓除氧器液位、壓力調(diào)閥調(diào)節(jié)周期長(zhǎng)、調(diào)節(jié)線(xiàn)性不佳、閥位不穩(wěn)定；（2）疏水泵頻繁啟動(dòng)，造成補(bǔ)給水溫度變化大；（3）不同補(bǔ)水溫度差別大，尤其是冷除鹽水

6、溫度忽高忽低；在以上等因素的影響下，我廠(chǎng)低壓除氧器在運(yùn)行中壓力經(jīng)常性波動(dòng)，波動(dòng)范圍在23KPa 左右，在疏水泵啟動(dòng)和停止的過(guò)程中，這種波動(dòng)尤其劇烈，在這種情況下，就容易造成溶氧 析出過(guò)程的反復(fù)，即壓力突然升高時(shí)，部分析出氧氣重新被溶解，壓力突然降低時(shí)，氧氣又 重新析出，從而影響到了除氧效果。3設(shè)計(jì)上的因素導(dǎo)致溶氧析出困難等一系列問(wèn)題旋膜式除氧器填料層和旋膜管的加熱蒸汽布置方式一般有兩種：第一種布置方式為填料 層和旋膜管用加熱蒸汽分兩根管線(xiàn)分別引入，這種布置方式下，流經(jīng)填料層和旋膜管的蒸汽 量可以進(jìn)行分別調(diào)節(jié)，；第二種布置方式為填料層和旋膜管用加熱蒸汽有一個(gè)汽源管提供， 蒸汽必須先經(jīng)過(guò)填料層，然

7、后才能流經(jīng)旋膜管。兩種布置方式的區(qū)別如下圖：圖四：兩種旋膜除氧器加熱蒸汽布置方式在布置方式一中，旋膜管穿過(guò)兩個(gè)空間，上一層為水室，與上文中所述水室原理相同。 下一次為汽室，該處的旋膜管上同樣布置有切向的小孔，但方向與水室的相反。這樣運(yùn)行中 就會(huì)形成兩股相互交匯的水流和汽流，從而增強(qiáng)了蒸汽的加熱作用和攜帶氧的能力。通過(guò)在 兩個(gè)進(jìn)汽管路上安裝閥門(mén)，可以調(diào)節(jié)進(jìn)入旋膜管和進(jìn)入填料層的蒸汽比例。在布置方式二中，整個(gè)除氧塔所需的加熱蒸汽全部來(lái)自填料層下方的一個(gè)蒸汽出口。這 種布置雖然也能夠滿(mǎn)足除氧要求，但是可能造成以下風(fēng)險(xiǎn)：（1）增加了填料層所受到的蒸汽沖擊力。在這種情況下，一旦選用的加熱蒸汽熱量較低，

8、或者負(fù)荷較大用汽量過(guò)大，或者填料層過(guò)于密集緊實(shí)時(shí)，都有可能造成填料層自下而上沖毀。（2）易造成水箱部分形成不完全加熱度。在這種情況下，一旦負(fù)荷過(guò)大或者填料過(guò)密， 則容易致使填料層上下兩側(cè)形成壓差，填料層上方壓力（除氧塔壓力）低于填料層下方壓力（水箱壓力），使水箱中原本被加熱到飽和溫度的水重新成為不飽和水，再次溶解部分氧氣。 影響到除氧效果。（3）易形成排汽帶水的現(xiàn)象。在這種情況下，蒸汽在到達(dá)旋膜管下方時(shí)，其溫度已明顯 降低，成為飽和蒸汽或濕蒸汽，加熱能力降低。這時(shí)，如果補(bǔ)水溫度過(guò)低或者補(bǔ)水溫度突然 降低的現(xiàn)象，就可能發(fā)生排汽帶水的現(xiàn)象。解決措施針對(duì)以上造成除氧器溶氧超標(biāo)的可能原因，技術(shù)人員在經(jīng)

9、過(guò)慎重討論分析后，制定并實(shí) 施了一下改進(jìn)措施：調(diào)整除氧器補(bǔ)水溫度通過(guò)汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)改造等措施減少機(jī)組軸封漏汽量，從而降低軸封加熱器出水溫度， 使冷除鹽水進(jìn)入除氧器的溫度降低至57C左右；通過(guò)疏水系統(tǒng)改造消缺、增加疏水混合冷卻 水量等舉措使疏水溫度降低至50C左右。通過(guò)以上措施，使進(jìn)入除氧器的補(bǔ)水基本都滿(mǎn)足了 設(shè)計(jì)要求，且三股水源彼此溫度相差不大，進(jìn)而使除氧器各旋膜管中的負(fù)荷分配更均勻，加 強(qiáng)旋膜管的除氧作用。加強(qiáng)日常運(yùn)行工況的穩(wěn)定性要求維保人員對(duì)除氧器的壓力、液位調(diào)閥調(diào)節(jié)性能進(jìn)行了重新校對(duì)，同時(shí)通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)閥的 PID調(diào)節(jié)設(shè)置，使調(diào)節(jié)閥調(diào)整更加穩(wěn)定。通過(guò)調(diào)整疏水泵出口閥開(kāi)度，使疏水泵上水轉(zhuǎn)為連

10、 續(xù)上水狀態(tài)；通過(guò)機(jī)、爐協(xié)調(diào)操作，使蒸汽管網(wǎng)壓力趨于穩(wěn)定；通過(guò)全場(chǎng)調(diào)度協(xié)調(diào)，使除氧 器出水流量盡量平穩(wěn)，避免大幅度操作。通過(guò)以上措施，使除氧器運(yùn)行工況更加穩(wěn)定，壓力 波動(dòng)降低至1kpa以?xún)?nèi)，且除氧器液位、壓力調(diào)閥均能投入自動(dòng)控制，兩臺(tái)除氧器壓水現(xiàn)象也 基本消失。適當(dāng)開(kāi)啟除氧器再沸騰在一半運(yùn)行中，再沸騰管道除在除氧器投運(yùn)過(guò)程中使用外很少用到。但為了減輕因蒸汽 用量過(guò)大給填料層造成的壓力，同時(shí)提高除氧器水箱的水溫飽和度，技術(shù)人員在確保除氧器 安全運(yùn)行的情況下，稍開(kāi)除氧器再沸騰。在實(shí)際運(yùn)行中證明，在同樣的除氧塔壓力下，開(kāi)啟 再沸騰后除氧器水箱水溫能夠比之前提高1C左右，從而提高了水的飽和度，利于殘余溶氧 的析出。四、實(shí)際效果經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)舉措半年以來(lái)，兩臺(tái)大氣式旋膜除氧器溶氧基本維持在13ppb