分析锅炉给水含氧量不合格原因及改进

分析锅炉给水含氧量不合格原因及改进
吴晓琴
中国石油化工股份有限公司安庆分公司公用工程部安庆246001
摘要：锅炉软化给水系统存在溶解氧不合格问题，原因是进除氧器的水温低，不能满足除氧的温度要求；除氧器内配件损坏。

通过工艺改造以提高除氧器进水温度、采用加固除氧器塔内喷嘴的方法完善除氧设备性能和改造取样器减小分析误差、规范操作以稳定除氧器压力和水位，将锅炉给水溶解氧稳定在30μg/L 左右，除氧合格率提100%，消除了锅炉长周期稳定运行的隐患。

关键词：锅炉水处理除氧器软化水
引言：热工水处理担负着炼厂中、低压锅炉的供水任务。

系统内设有软化水除氧、脱盐水除氧和凝结水回收处理三个系列。

软化水装置于1977年建成投产，处理量：软化除氧水50t/h。

1997年为配合催化掺重改造及利用裂解装置余热，建立了脱盐水站，引入腈纶厂二级脱盐水，经除氧加氨处理。

其处理量：100 t/h。

同期该装置又将各单位凝结水进行了回收，按品质分级回收处理，其处理量各为：50t/h。

配套4台容量为75 t/h的除氧器，其出水作为低、中压余热锅炉给水。

溶解氧是锅炉给水的主要技术指标。

给水中的溶解氧大幅度超标或者长期不合格，则会影响锅炉受热面传热效率，加速锅炉管道设备腐蚀及炉前热力系统铁垢的产生，甚至还会发生锅炉爆管等事故，严重威胁机组的安全、经济运行。

因此，加强水处理给水除氧工作是确保锅炉安全运行的有力保障。

软化除氧水工艺流程
图1 二级脱盐除氧水工艺流程
水处理给水除氧设备选用：喷雾填料式除氧器。

采用的除氧方法主要是热力除氧，即亨利定律：在一定的温度条件下，任何气体在水中的溶解度与该气体的种类,汽水界面的分压力是成正比的. 按照亨利定律,气体在水中的溶解度为，当水中溶解氧压力大于水面上分压力时,氧气就从水中释放出来；当水b=kp/p
中溶解氧压力超过它在水中平衡压力时，则会发生氧气不断向水中溶解现象。

因此，只要将水温加热到相应压力下的饱和温度时，氧气在水中的分压力就会降低，那么它在水中溶解度则为零。

水处理除氧器运行工艺指标：温度104℃－106℃，蒸汽压力为0.016 MPa -0.018MPa。

近年来，在节水减排、节能降耗的前提下，该装置对引入的蒸汽进行工艺调整。

脱盐水站除氧器引入1.3MPa蒸汽，是由催化余锅中压蒸汽通过减温减压后提供；水处理软化水站引入0.6MPa乏汽，由裂解和1套循环水蒸汽透平提供。

由于蒸汽品质的改变，以及工艺和设备等方面的缺陷，软化给水除氧系统运行不正常，除氧器长期在80-100℃情况下运行，造成给水含氧量不合格，最大达到50ug/l,最小为11ug/l。

除氧器实际上没有达到最佳使用效果。

收集2006-2007
年软化除氧水月报数据。

如下图：
图2 2006-2007年软化除氧水含氧量
由表中看出，近几年来除氧器的运行工况不稳定，系统波动导致给水含氧量波动较大，最大值达到了50ug/l，最小值11ug/l 。

一、造成除氧器长期运行不良的原因主要有：
1、除氧器本身存在缺陷。

1.1、除氧塔内喷嘴容易损坏、喷嘴内杂物堵塞
1.2、填料变形，筛盘因螺丝易松动、脱落而倾斜
这些缺陷致使水和汽在除氧器内分布不匀，流动受阻，汽水接触面及接触时间减少，导致除氧效果恶化。

2、加热器损坏
水处理使用的是浮头管壳式换热器，出水温度控制在65-80℃，软化水经过加热器加热后送至除氧器。

由于长期运行，换热器结垢、内漏等故障经常发生。

在检修或堵漏过程中，必须将其切出系统，造成了进水温度低，由于加热不足，致使除氧头中水、汽混合不均匀，随着外供水量的增大，热在水箱内停留时间很短，从而除氧器的出水含氧量不合格。

3、进水温度低
除氧器的出水工艺指标控制在：温度104-106℃，蒸汽压力为0.016-0.018MPa。

2006年以来采用了催化的余热0.6MPa的乏汽代替1.3MPa蒸
汽进行加热。

随着外界装置的扩能改造，负荷增大，除氧器运行中负荷波动大，造成除氧器进水温度过低，达不到除氧器内压力的饱和温度，给水中的溶解氧就会增加。

当除氧水水温低于60℃时，加热定量进水到相应除氧器压力下的饱和温度所需的蒸汽量就加大，原有的蒸汽量就显得不足，而使除氧器的除氧效果变差；与此同时，由于蒸汽量加大使蒸汽流速增大，破坏了水、汽的均匀加热，也导致了除氧器的效率降低。

4、凝结水含氧量不合格
水处理装置除氧器补水包括凝结水、软化水、工艺回水。

因此，凝结水也是给水的主要组成部分，凝结水罐容积为10M3，1997年投用。

罐顶配套两台汽水分离器和两台凝结水泵，采用填料密封。

回收凝结水的工艺指标：含油量≤8mg/l，硬度≤10umol/l，电导率5≤us/cm, 回收量≤50t/h ,含氧量≤30ug/l，采用封闭式循环。

因各单位的凝结水未经处理就直接输送到水处理凝结水罐，在输送、储存过程中，或由于设备、介质腐蚀泄漏等原因，致使空气等杂质溶入了水体，污染了水质，增加了溶氧。

此水经过除油除铁又被送入除氧器，又造成了系统出水含氧量的不合格。

经观察研究，凝结水含氧量不合格的原因：
4.1、凝结水罐水位过高；
4.2、凝结水泵的盘根漏气；
4.3、向凝结水罐补水时补充不均匀，没有充分喷散，造成凝结水含氧量不合格，水中的溶解氧未能解析出来。

为此，我们针对凝结水泵运行中有空气漏入，采用倒换备用泵，更换盘根。

维护和调整凝结水罐液位。

针对漏点，加强查漏、堵漏工作。

然而，经过多方努力，现状改变不大，凝结水溶解氧仍达不到指标。

5、取样器结垢，分析化验含O2量不准确或监督不到位，导致水样氧含量不合格。

6、蒸汽压力不足或压力调节器滞后
除氧器水温的变化对除去水中的氧气和其他气体有直接的关系。

热力除氧的必要条件就是要把给水加热到该压力下饱和蒸汽的温度。

当除氧器蒸汽压力不足时，则大气中空气会从排气管进入除氧器内，反而大大增加水中的溶解氧；压力调节器滞后使得汽水混合不均匀，其相应的饱和水温就低，达不到压力下饱和蒸汽的温度，不能起到除氧效果。

目前除氧器水温基本控制在100－102℃，除氧效果较差。

7、排气门开度不够。

给水经过蒸汽加热至该压力下的饱和温度时，水中的溶解氧气则从除氧头排气门排出，如果气门开得过大，虽能达到除氧效果，但有大量蒸汽随同氧气一起跑掉，造成热量及汽水损失；排气门未开或开度较小，解析出来的气体排不出去，气体的浓度则不断的增加，分压力也随之增加，影响了蒸汽对水的加热，阻止了除氧头上部的除氧作用，使已经除过氧的水中溶解氧量增大。

与此同时冬季排气管(有弯管的)内的疏水冻结，引起管道堵塞，气体排不出去等，也会使出水溶解氧不合格。

8、操作人员技术素质差，对设备运行的原理和腐蚀机理不了解，不了解除氧的重要性，不正常的工艺状况不进行及时处理。

二、改造措施
1、完善除氧设备
目前水处理除氧器喷嘴采用：机械旋流式结构；填料为：不锈钢Ω环。

由于长期运行，，这些缺陷致使水和汽在除氧器内分布不匀，流动受阻，汽水接触面及接触时间减少，降低了进水的雾化度，导致除氧效果恶化。

为此我们针对现场情况，进行了整改。

1.1、填料变形，筛盘因螺丝易松动、脱落而倾斜，
清理并更换了已变形的填料，并将筛盘进行了点焊加固，使除氧器性能得到了完善。

1.2、除氧塔内喷嘴容易损坏或杂物堵塞
目前水处理除氧器喷嘴采用：机械旋流式结构；水经过蒸汽换热后，由导向板沿切线进入旋流室，通过高速旋转流，将能量转化成旋转能。

从而将水的溶解氧解析出去。

由于喷嘴容易损坏或杂物堵塞，影响除氧效果。

为此，该装置采取更换损坏的除氧器喷嘴，并做好加固工作。

与此同时检查该除氧系统的运行工况，保证补水均匀，确保雾化良好；并加大水、汽的接触面积，加速热传导以利溶氧的析出。

通过改造，系统溶解氧量明显下降。

2、软化水工艺管线改造
针对换热器结垢、内漏等故障，组织进行清理维修。

工艺人员通过现场运行的实践发现：凝结水温度高，一般为80-95℃；软化水温度较低，一般为30-40℃，两者相差50-60℃，由于凝结水的高温，易使凝结水泵入口进水汽化。

为此经过综合考虑：一方面，充分回收凝结水，减少软化水的用量；另一方面，将部分软化水加入凝结水，进行充分混合；通过实验对比，混合前除氧器进水温度为65-70℃，混合后达到80-90℃，温度提高率为21%。

此方案不仅提高了除氧器的进水温度，同时又降低了除氧器蒸汽的二次加热量，起到节能降耗作用。

为此，我们对给水的工艺，流程进行了改进，具体措施为：①将部分软化水引至凝结水罐内，与工艺凝结水进行混合换热；②增设乏汽吸收器，吸收水处理装置凝结水罐近2t的乏汽；③改变原软化水的工艺路线，在原加热器进出口处嫁接一条新管线，并增设跨阀。

软化水和凝结水充分混合后送往除氧器。

根据现场用水量负荷的变化，两套系统可以采用轮流切换。

通过热交换，软水的水温提高了，热量没有浪费，同时也相当于提高了除氧器进水温度，除氧器将进水加热到饱和温度的时间也缩短了，有利于达到预期的除氧效果。

通过一系列改造，不仅实现了水处理装置的乏汽回收，而且满足了即使在软水加热器故障下除氧器的进水温度，使除氧器的进水温度维持在85℃左右。

图3 改造后的流程图
3、凝结水系统机组改造。

改造前，凝结水罐容积10M3，当外界负荷减少，罐子的水位提升，达到最高点时，凝结水就会顺着顶排管溢流到排水管。

由于未设水封，大量空气介入凝结水，使得溶解氧增加。

为此，经过综合考虑将原水罐的容积进行了扩容设计成45M3，并增设水封桶，对凝结水采取水封，有效阻止了空气和凝结水的接触，控制了溶解氧在合格范围内。

针对凝结水补水不均。

在凝结水罐进口处，增设了补水支管，并装上雾化喷头，利用回收的乏汽进行二次加热，增大水汽接触面积，保证了补水均匀，雾化度好，以利于溶解氧的析出。

经过实际运行表明：在不同的负荷下，凝结水溶解氧一直小于30μg/L。

4、改造取样器
给水取样做含氧量时，一般应将样品的流量调至500-600ml/min，样品的温度不超过35℃。

通常采用改变冷却水流量的方法调整。

而几年来的运行情况是：取样器内易结垢，影响传热效果，必须关小取样阀，才能满足样品温度要求，这样，取样管内水流速度就会减小，且处于未充满状态，不符合化验要求，导致样品不具有代表性，化验时取样瓶内颜色不匀的现象。

为了保证样品真实性，应适当增大取样器的换热面积，经过调整试验，在要求的水温下，能够达到样品流量要求，保证了取样化验所需的条件。

并且规定及时
检查、更换取样器内冷却盘管，防止盘管结垢影响冷却效果。

5、优化操作，稳定除氧器压力和水位
由于蒸汽调节阀滞后和排汽门开度不当，很大程度上制约了除氧器的运行效果。

导致出水含氧量的不合格。

为此，我们对除氧器进行调试工作。

5．1、首先，我们在温度100-150℃范围内求出除氧器的温度和出水含氧量的关系。

手动调整压力控制温度的稳定性。

在101℃、102℃、103℃、104℃、105℃、106℃下，每一温度实验30分钟，并每隔10分钟测定一次含氧量，根据实验数据，找出最佳温度运行点为104-106℃。

5．2、找出进水量和出水含氧量的关系。

将温度控制在上述实验的最佳结果内，进行额定负荷实验。

将负荷稳定在50％、60 ％、70％、80％、100％，每一点实验30分钟。

每10分钟测定含氧量，找出最佳进水量35-45 t/h。

5．3、进水温度与出水含氧量的关系。

将温度、负荷控制在上述实验的最佳结果内，调整进水温度稳定50℃、60℃，70℃、80℃、90℃，实验30分钟，并每隔10分钟测定一次含氧量，根据实验数据，找出最佳进水温度运行点80-90℃。

5．4、找出排气门开度和出水含氧量的关系
将温度、负荷、最佳进水温度控制在上述实验的最佳结果内，调整排气门开度，依次为1/4、1/3、1/2、1转，每改变一次稳定在30分钟，并每隔10分钟测定一次含氧量，根据实验数据，找出最佳排气门开度为1/2，此时雾化度最好，有利于水中溶解氧的析出。

5．5、进行超负荷实验，找出最大允许负荷，将温度、负荷、最佳进水温度、排气门开度控制在上述实验的最佳结果内。

稳定2小时，逐一加大负荷，直到出水含氧量不合格为止，此点最大允许负荷为75t/h。

经过跟踪监测，检查除氧器的含氧量的控制情况。

①均衡进水，调整时要做到“少量多次”，避免有大的波动；
②除氧器水位控制在1.4～1.7m，以利于除氧水在水箱内进一步扩散除氧；
将除氧器水温控制在104－106℃运行，溶解氧量明显下降。

③各除氧器之间不得有压游现象，若出现压游现象，应及时配合仪表人员检查分析，找出压力调节器跟踪调节滞后的原因，并尽快解决，从而保证了除氧器能够在最佳工况下稳定运行。

三、改进效果
通过对给水除氧系统的技术改进和优化操作，塔内部件使用周期延长，除氧器运行工况良好，除氧效果明显提高。

收集2007-2008年软化除氧水月报表数据进行对比，运用控制图对含氧量进行控制和监督，以便及时发现生产上的异常波动。

对07年底至08年2月份的软化除氧水含氧量工序控制情况进行了检查表2 07— 08年2月份的软化除氧水含氧量
图4 改造后软化除氧水含氧量趋势图
对照趋势图可判断该实施过程除氧器运行工况基本处于稳定状态，没有异常波动。

改进后近一年来，给水溶解氧已降低至30μg／L以下，—般稳定在20μg／L左右，合格率达100％，消除厂锅炉长周期稳定运行的隐患，为稳定生产提供了保障。

参考文献：
1、《工业锅炉水处理技术》张辉
2、工业水处理技术周本省- 11 -。