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        技術 | 水泥窯余熱發電真空除氧器常見問題及處理

        來源:《中材節能股份有限公司》 發布日期:2021/10/26 編輯:張翀
        核心提示:水泥窯余熱發電真空除氧器常見問題及處理

        前言


        目前,真空除氧器在水泥窯余熱發電系統中已經廣泛應用,由于部分真空除氧器在設計階段存在一些設計缺陷導致實際運行中存在一定的問題。本文針對項目實施過程中真空除氧器出現的問題進行詳細分析,并給出解決方案,最后對真空除氧器進行設計優化。


        一、真空除氯器的作用


        根據余熱發電系統的工藝要求,除氧器主要有兩個作用,一是排除凝結水和化學補充水中的不凝結氣體,防止余熱發電設備遭受氧腐蝕,二是貯存一定量的除氧水,當汽輪機排汽量與余熱鍋爐給水量不一致時,可以起到緩沖容器的作用。


        水泥窯余熱發電系統一般主蒸汽壓力在0.8~1.6MPa,主蒸汽溫度在300~390℃,屬于低壓余熱發電。根據國家相關標準,除氧器出水含氧量應≤0.05mg/L,除氧水箱的總容量應不小于20min余熱鍋爐額定蒸發量時的給水消耗量。由于真空除氧器可以將出水含氧量控制在0.05mg/L以下,并且可以適當簡化余熱發電熱力系統。因此,水泥窯余熱發電系統的除氧器一般選擇真空除氧器。


        二、真空除氯器工作原理及結構


        真空除氧器工作原理根據亨利定律,任何氣體在水中的溶解度與該氣體在氣水界面上的分壓力成正比。當氣水界面上的總壓力接近水的飽和蒸汽壓時,氣水界面上所有不凝結氣體的分壓力將接近于零,不凝結氣體在水中的溶解度也將接近于零。


        真空除氧器一般采用噴霧填料式結構,它是噴霧和填料兩種除氧方式的組合,除氧頭上部為噴霧層,由配水管道和霧化噴嘴組成,下部為填料層,由不銹鋼填料組成。具有一定壓力的凝結水或化學補充水經過配水管道送入噴嘴將水進行霧化,經過霧化后的小水滴在重力作用下通過填料層,進一步增大水的表面積和在除氧頭的停留時間,從而有利于不凝結氣體的析出,達到深度除氧的目的,經過除氧后的水流入除氧水箱,作為鍋爐給水。


        真空除氧器一般工作壓力為7~30kPa,適用于低溫給水的除氧處理。真空除氧器外形見圖1。


        圖1 真空除氧器示意圖


        三、真空除氯器常見問題處理及優化


        3.1 常見問題及處理


        廣西某水泥廠余熱發電項目投運后真空除氧器一直存在出水含氧量不達標和除氧器真空偏低的問題,實際運行中除氧器真空度為一79kPa,除氧器出口水溫度為42℃,循環水箱水溫約為90℃,循環水箱放氣口有輕微冒水蒸氣,凝汽器真空度為-91kPa。


        查看設備圖紙并結合現場情況發現,真空除氧器從除氧頭抽氣口至射水抽氣器抽氣口的抽真空管道沒有設置止回閥,循環水箱內循環冷卻水沒有設置降溫設施。由于從除氧頭抽氣口至射水抽氣器抽氣口的抽真空管道沒有設置止回閥,射水泵必須連續運行,如果射水泵停運,外界空氣將依次經過循環水箱放氣口、射水抽氣器出口、射水抽氣器抽氣口進人除氧器,導致除氧器真空迅速下降。此外,由于循環水箱內循環冷卻水沒有設置降溫設施,當射水泵連續運行時循環冷卻水溫度不斷升高,導致射水抽氣器抽氣能力下降,從而造成除氧器真空下降,出水含氧量不達標。


        針對真空除氧器存在的上述問題的改進措施有:一是在真空除氧器從除氧頭抽氣口至射水抽氣器抽氣口的抽真空管道設置止回閥,當射水泵停運時除氧器真空可以在一段時間內基本保持不變。二是利用余熱發電系統循環冷卻水通過換熱器將循環水箱內循環冷卻水進行冷卻,確保射水抽氣器抽氣能力達到設計值。


        3.2 真空除氧器布置高度優化


        真空除氧器工作壓力為負壓,為了保證事故工況下真空除氧器緊急疏水能正常排放,一般真空除氧器布置標高在10m以上。為了降低真空除氧器布置標高,可以將真空除氧器緊急疏水管道及其電動閥門布置在給水泵出口母管,當真空除氧器水位上升至溢流水位時,聯鎖緊急疏水管道電動閥門。低壓鍋爐給水泵一般必需汽蝕余量在3.5m以下,由真空除氧器出水口至給水泵進口的管道阻力損失一般在1m以下,給水泵進水口至0m平面高度一般在0.5m以下,此外還需要考慮一定的富裕汽蝕余量,一般按照最少1m考慮。因此,真空除氧器布置高度最低可降至約6m。


        3.3 真空除氧器設計優化


        真空除氧器作為余熱發電系統的給水除氧設備,其主要作用是除去給水中的不凝結氣體。凝汽器作為余熱發電系統的冷卻設備,其主要作用是將汽輪機排汽凝結成水并在汽輪機排汽口建立和維持一定的真空。由于真空除氧器和凝汽器工作壓力基本相同,并且都配套抽真空系統,這為二者抽真空系統的合并提供了原理上的可能。此外,真空除氧器和凝汽器都布置在汽輪發電機房,這為二者抽真空系統的合并提供了物理上的可能。


        由于真空除氧器設計抽吸干空氣量與凝汽器設計抽吸干空氣量相比較小,因此合并后的抽真空系統采用凝汽器配套的抽真空系統和布置位置,取消真空除氧器自帶的抽真空系統,包括循環水箱、射水泵、射水抽氣器及其附屬連接管道和閥門,并在真空除氧器和凝汽器抽空氣管道分別設置電動水封閥門,以利于兩個設備抽干空氣量的調整。


        四、結語


        通過對真空除氧器的優化,取消了真空除氧器自帶的抽真空系統,只保留除氧頭和除氧水箱,不僅提高了設備可靠性,而且降低了設備造價、占地面積和耗電量,具有較好的經濟效益。


        作者:孫哲

        來源:《中材節能股份有限公司》

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