大气式热力除氧器除氧效果不佳原因分析及措施

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中国设备工程 2016.06
中国设备
工程
Engineer ing hina C P l ant
大气式热力除氧器除氧效果不佳原因分析及措施
冉友根
（贵州轮胎股份有限公司动力供应公司，贵州 贵阳 550008）
摘　要：通过对热力除氧器的原理和运行现状进行分析，找出热力除氧器运行中除氧效果不佳的原因，并提出解决方法，保证除氧效果。

关键词：热力除氧器；溶解氧；压力；温度
中图分类号：TK223.5+22 文献标识码：B 文章编号：1671-0711（2016）06-0075-02
一、前言
锅炉给水与空气接触水中会溶解一部分氧气，在进入锅炉之前若不除掉这部分溶解氧，溶解氧与锅炉受热面接触在吸热过程将会快速发生氧化反应使受热面因氧腐蚀而出现漏水、爆管等，严重影响了锅炉的使用安全和寿命，为了防止受热面氧腐蚀，在给水进入锅炉之前需采用一种专业设备除氧器把水中的溶解氧除掉。

贵州轮胎股份有限公司两台锅炉所配备的大气式热力除氧器投运以来水中溶解一直氧超标，致使锅炉给水溶解氧长期维持在50μg/L 远远高于中温中压锅炉给水水质标准所要求的溶解氧小于等于15μg/L，锅炉在如此高的溶解氧环境中运行受热面会迅速氧腐蚀而损坏，因此解决该问题，刻不容缓。

二、运行现状、原理分析及解决措施1.运行现状分析
根据除氧设计规定：正常运行时要求水位80%、压力25kPa、温度104℃；从2014年5月份投运以来除氧器的运行参数一直偏离设计要求，锅炉给水溶解氧运行检测数据显示经常超标，通过分析除氧器参数在DCS 系统内生成的报表发现锅炉给水含氧量变化最大、上升最快都是发生在除氧器内温度和压力波动情况下。

除氧器内部参数（压力、温度）常会在水位高于设定值时和水位低于设定值时出现异常波动。

下表数据是除氧器运行参数在DCS 中控系统内生成的报表（表1）。

2.除氧原理
空气中氧气占五分之一左右，当水裸露于空气中时部分氧气就会融于其中进入锅炉后对受热面进行腐蚀。

除氧器就是除掉水中溶解有害汽体的一种专业设备，大气式热力除氧器的就是依据分压定律和亨利定律而设计出来的
一种专业除氧装置。

（1）分压定律
容器内压力P 等于各组成气体压力之和，即除氧器内水面上混合气体的压力P 应等于空间中充满各气体（水蒸气、O 2、CO 2、N 2等）分压力（P o 2、P co 2、P N 2、P 水）之和：P 0=P o 2+P co 2+P N 2+P 水=∑P j +P 水
除氧器内设定压下加热水至沸腾并使水蒸汽分压力
P 水无限趋近于给定压力，则除氧器内所有其它气体的分压力∑P j 即趋近于无限小。

（2）亨利定律
气体与水表面接触时水中所溶解气体的多少与该气体在水面上的分压力有关，分压力越大溶解气体的能力也大，分压力越小则溶解气体的的能力也小，即单位体积水中溶解氧气的多少与水面上该气体的分压力P 1成比例关系，其表达式为：q =A 1mg/L
式中：P 0为混合气体的全压，MPa；A 1为该气体的重量溶解度系数，单位mg/L。

从以上两个定律分析可以看出容器中溶解于水中的气体量与水面上气体的分压成正比，要想除掉水中所溶的气体就必须保证除氧器运行时压力稳定在设计的某一个值，温度要稳定在所处压力下的饱和温度，只有水温稳定在对应压力的饱和温度才能使分压力
表1 除氧器运行参数在DCS
中控系统生成表
研究与探索
Research and Exploration
·改造与更新·
P
H2O
趋近于全压，使趋近于零，带入b=A1mg/L可得水中溶解氧气量b趋近于零，以此达到除氧的目的。

大气式热力除氧器内的水通常采用蒸汽来加热，使水达到对应压力下的饱和温度而沸腾，沸腾液面连续不断的溢出水蒸汽充满整个容器空间，水蒸汽充满整个容器空间后压力因连续逸出蒸汽而不断增加，其余溶解气体压力则相对降低，溶解于水中的气体因分压力的降低不断逸出通过排空管与部分水汽一起排入到大气中，当水蒸汽的压力增大到设定压力时，其余溶解气体的对应的压力就无限的趋于零，此时的水就不再具有溶解气体的能力，除氧器内溶解于水中的所有气体均被除去，确保锅炉给水中含氧量符合相关水质标准要求。

3.除氧效果不佳的原因
经过以上分析可以看出贵州轮胎股份有限公司锅炉给水溶解氧高的主要原因就是运行中除氧器内压力和温度两个参数波动所引起内部的平衡破坏，导致容器内水蒸气对应压力变化，而使有害气体溶解于水中不能有效排除所致。

压力和温度的波动又是因为：第一，除氧器水位高于设定值时，进水调节阀调小甚至关闭，此过程中进水量
减小还有可能没有水进入除氧器，加热蒸汽调节阀有滞后现象存在，这时加热蒸汽还在继续进入，结果就会导致内部压力升高，破坏水封蒸汽冲出去，除氧器内部的相对稳定的压力和温度因水封被破坏而引起波动；第二，锅炉用水突然量增大时进水调节未跟上引起除氧器水位低于设定值，此时进水调节阀会迅速调大甚至全开，加热蒸汽调节阀的滞后现象使加热蒸汽的量与进水不匹配，此过程中会出现加热蒸汽量不足导致压力低和温度低于设计值。

4.解决办法
通过以上分析可知要想解决除氧效果不佳的问题就得控制好温度、压力这两个参数的稳定运行。

经过反复试验和讨论，最后决定把除氧器工艺系统（图1）作如下改造，取消除氧器进水调节阀，新增加除氧器进水泵变频控制系统，改造后系统见（图2）。

改造后除氧器水位不在由调节阀调节进水的大小来实现，而是用新增加的变频控制系统来调节进水泵转速实现的，变频控制系统的信号用除氧器水位信号经转换后来调节进水泵电机频率改变转速而达到调节泵出口流量目的，从而控制除氧器水位，在本控制系统中应注意的关键细节是根据锅炉的用水量平均值来设置泵流量下限和流量上限，这样才能保证水位变化过程中变频调节流量不会太大或太小而引起大范围波动，维持在锅炉用水平均流量上下一个比较小的范围内波动，解决了用调节阀调节进水时所出现的大幅波动现象，因此避免了进水大幅波动下加热蒸汽调节滞后所引起的压力和温度波动，达到了稳定除氧器内压力、温度目的。

三、改造后的效果
改造后除氧器压力能稳定在0.025左右、温度稳定在104℃运行，经检测水中的含氧量维持在10μg/L到15μg/L之间，符合国家相关锅炉给水水质标准。

下面是改造前后DCS系统参数报表（表2）和控制电脑屏幕随机截图的压力和温度运行趋势曲线图（图3），从图中看出改造后各参数运行稳定平缓，经过这次改造解决了除氧器运行中参数频繁波动而引起的除氧效果不佳的问题。

参考文献：
[1]郑体宽.热力发电厂.中国电力出版社，2000.
表2 改造前后DCS
系统参数报表
图1 改造前系统图
图
2 改造后系统图
图3 控制电脑屏幕随机截图的压力和温度运行趋势曲线图
76中国设备工程 2016.06。