高玉林

(陜西未來能源化工有限公司)

除氧蒸發(fā)器排汽帶水問題的分析及處理

高玉林*

(陜西未來能源化工有限公司)

介紹了除氧蒸發(fā)器的結構和工作原理。對除氧蒸發(fā)器排汽帶水問題進行了分析和處理，對除氧蒸發(fā)器及其系統(tǒng)的設計、運行和維護提出了建議。

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)器是廣泛應用于余熱鍋爐系統(tǒng)的關鍵壓力容器設備。它在鍋爐系統(tǒng)中起著余熱回收、給水除氧、儲存鍋爐循環(huán)水等作用。除氧蒸發(fā)器能否正常運行，關系到余熱鍋爐系統(tǒng)能否正常、經(jīng)濟運行。除氧蒸發(fā)器在運行過程中常發(fā)生排汽帶水問題。本文對除氧蒸發(fā)器排汽帶水問題進行了分析和處理，并對除氧蒸發(fā)器及其系統(tǒng)的設計、運行和維護等環(huán)節(jié)存在的問題提出了指導性意見。

1 除氧蒸發(fā)器介紹

1.1 除氧蒸發(fā)器的結構及工作原理

除氧蒸發(fā)器和普通的熱力除氧器類似，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增大，而其它氣體的分壓力就會降低，相應地其它氣體在水中的溶解度就將減小，并會不斷析出，此分離過程稱為解析過程。當水被加熱到飽和溫度時，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，水中原來溶解的各種氣體將不斷析出。在結構上，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似的上升管和下降管等結構。除氧蒸發(fā)器的結構如圖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)中連排來汽和鍋爐高加熱水，進行回收利用，避免直接排放損失。除氧蒸發(fā)器內(nèi)部儲存的水可以通過自力水循環(huán)從鍋爐除氧蒸發(fā)段吸收低溫煙氣熱量，并自產(chǎn)部分蒸汽用于加熱凝結水。

圖1 除氧蒸發(fā)器結構

（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等其它非凝結性氣體。

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

1.3 除氧蒸發(fā)器的工作過程

如圖1所示，除氧蒸發(fā)器設有上升管和下降管。水箱中儲存的水經(jīng)下降管進入鍋爐除氧蒸發(fā)段的受熱面吸收熱量，變成具有一定含汽率的過飽和水，再經(jīng)上升管回流到水箱內(nèi)部擴容蒸發(fā)產(chǎn)生蒸汽。該部分自產(chǎn)蒸汽可以用于加熱凝結水進行除氧，不足的蒸汽可以由除氧蒸發(fā)器外部調節(jié)汽源補充。調節(jié)進汽量由壓力傳感器控制進汽調節(jié)閥的開度進行調節(jié)，當除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力低于設定的工作壓力時，調節(jié)閥的開度增大，進汽量增加，反之亦然。凝結水或補充水由液位控制器提供的水位信號控制進水調節(jié)閥進行流量調節(jié)，從除氧頭頂部加入。當水位超過設定的正常水位時，調節(jié)進水量減小，反之亦然。在除氧過程中產(chǎn)生的氧氣及其它非凝結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‰。當除氧蒸發(fā)器內(nèi)部自產(chǎn)的蒸汽過量時，會使外部汽源調節(jié)失去作用。為了防止除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓導致安全閥頻繁起跳，應通過副汽排放口排放掉多余蒸汽。副汽排放口設置了截止閥和彈簧消音止回閥，可設定彈簧消音止回閥開啟壓力略大于除氧蒸發(fā)器的正常工作壓力且不超過安全閥整定壓力。此處所描述的除氧蒸發(fā)器的工作過程相比某些實際工程項目運行情況來說是比較理想化的。實際上許多除氧蒸發(fā)器的操作運行條件較差，現(xiàn)場運行人員缺乏運行維護經(jīng)驗，因而常常導致除氧蒸發(fā)器出現(xiàn)排汽帶水問題。

2 除氧蒸發(fā)器排汽帶水問題分析

2013年某日，除氧蒸發(fā)器用戶成都某玻璃廠反映，他們使用的除氧蒸發(fā)器發(fā)生了很嚴重的排汽帶水現(xiàn)象，懷疑是除氧蒸發(fā)器存在設計或制造質量問題。經(jīng)現(xiàn)場調研分析，排除了設計或制造質量問題。

通過向現(xiàn)場運行人員了解，獲得了除氧蒸發(fā)器運行操作情況如下：

（1）外部調節(jié)汽源切斷，沒有通入外部加熱汽源。

（2）水箱上設置了副汽閥口，該管口僅裝設了截止閥，沒有裝設彈簧消音止回閥。此外，該管口沒有連接副汽排放管道，在運行過程中該管口用截止閥關嚴。實際上，該管口在系統(tǒng)中沒有起到任何作用。

（3）除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓，引起安全閥頻繁動作起跳?，F(xiàn)場運行人員為了安全運行考慮，同時也為了避免安全閥頻繁起跳，將除氧頭頂部的排汽閥打開，當作安全泄放閥使用。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。在這一過程中，還伴隨著除氧蒸發(fā)器補水困難，因為補充進除氧蒸發(fā)器的水大部分隨汽流裹挾帶走了。

根據(jù)現(xiàn)場了解的情況，對除氧蒸發(fā)器排汽帶水問題作了如下分析。

（1）焦點問題

現(xiàn)場調試發(fā)現(xiàn)，關小除氧頭排汽閥，接近滿足正常排汽量時，除氧頭不會出現(xiàn)排汽帶水現(xiàn)象，這已被現(xiàn)場調試試驗反復證實。但關小除氧頭排汽閥雖能確保除氧器正常運行，卻導致了另一問題的出現(xiàn)，即除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力升高，超壓導致了安全閥起跳。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，不可避免地會發(fā)生除氧頭排汽帶水問題。

（2）正常與非正常問題

①除氧頭排汽閥的正常用途是排放不凝結氣體，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)器沒有外部汽源進汽，失去外部汽源對除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力調節(jié)作用是非正常的。

（3）應解決的問題

應解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力升高超壓的問題。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)場補水不連續(xù)，以及自產(chǎn)蒸汽量與補水所需蒸汽量之間不匹配等。所以，應解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部自產(chǎn)蒸汽過剩問題。

3 處理方案

3.1 方案一

方案一，通過正常途徑排放掉過剩蒸汽，解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓的問題。具體的處理方案如圖1所示，利用副汽排放口設置彈簧消音止回閥及副汽排放管道，可設定彈簧消音止回閥開啟壓力略大于除氧蒸發(fā)器的正常工作壓力，且不超過安全閥整定壓力。當除氧蒸發(fā)器內(nèi)部壓力達到彈簧消音止回閥設定壓力時，彈簧消音止回閥自動開啟泄壓，當壓力低于設定壓力時，彈簧消音止回閥自動關閉。這樣就不會引起除氧器內(nèi)部超壓。在運行過程中，除氧頭頂部排汽閥調節(jié)到正常排汽狀態(tài)，此時除氧蒸發(fā)器不會排汽帶水，除氧蒸發(fā)器補水困難的問題也可得到順利解決。該處理方案有如下優(yōu)點：

（1）現(xiàn)場整改簡單容易，可以不停爐整改，不影響設備運行。

（2）彈簧消音止回閥設定壓力高，與直接用排汽閥泄放相比，蒸汽損失較小，當蒸汽存在過剩時，能確保除氧蒸發(fā)器不會超壓，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)器安全正常運行，避免受鍋爐系統(tǒng)運行波動和現(xiàn)場操作不當?shù)挠绊憽?/p>

3.2 方案二

方案二，通過減少自蒸發(fā)蒸汽量，解決自產(chǎn)蒸汽過量問題，從而解決除氧蒸發(fā)器內(nèi)部超壓的問題。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)，無法加以再利用，只能直接排放大氣，這樣將大量損失凝結水，增加設備的運行成本。業(yè)主不能接受此方案。于是采用方案二。該項目的鍋爐原設計了三級除氧蒸發(fā)段，經(jīng)熱力平衡驗算證實，除氧蒸發(fā)段設置的富余量太多，因此最終決定按方案二進行處理，但從鍋爐系統(tǒng)切除了一級除氧蒸發(fā)段，這樣就使所有問題得到了圓滿解決。目前，該除氧蒸發(fā)器運行正常，除氧效果很好，出水溶氧量低于5 μg/L。

4 有關建議

除氧蒸發(fā)器能否正常、經(jīng)濟運行，與鍋爐系統(tǒng)的設計、現(xiàn)場運行操作條件有很大關系。因此，筆者有如下建議：

（1）鍋爐系統(tǒng)的設計應合理考慮除氧蒸發(fā)段的級數(shù)，仔細核算各工況時的最大吸熱量，自產(chǎn)蒸汽量與最小補水條件下的除氧耗汽量之比值應小于1，蒸汽的不足部分由外部調節(jié)進汽進行補充，這樣才能確保除氧蒸發(fā)器正常運行且具有可調節(jié)性。

（2）在運行過程中，對凝結補充水應連續(xù)補水，補水量應能根據(jù)水位變化情況進行自動調節(jié)。

（3）若鍋爐系統(tǒng)的設計及運行不能充分滿足上述兩條要求，則有必要在水箱上設置副汽排放口，以便除氧蒸發(fā)器在自蒸發(fā)蒸汽過量、引起內(nèi)部超壓時能及時排放多余蒸汽。排放的多余蒸汽如能加以利用，自然不存在損失問題，如無法加以利用而直接排放大氣，則必然造成水和熱能的損失，長期運行必將帶來巨大的經(jīng)濟損失。

5 結語

本文對除氧蒸發(fā)器排汽帶水問題進行了分析和處理。除氧蒸發(fā)器系統(tǒng)比較合理的設計是充分考慮進汽及進水的自動調節(jié)，能使除氧蒸發(fā)器在有效的自動調節(jié)控制下運行。這樣雖然會增加一定的設備成本，但對長期運行來說是非常有益的。這樣既可以大大降低運行維護成本，避免水和熱能的損失，同時還有助于除氧蒸發(fā)器長期正常、經(jīng)濟運行。

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。