工业注汽锅炉给水热力除氧技术的应用

王荆

摘要：本文主要对工业注汽锅炉热力除氧器的除氧效果影响因素进行分析以及提高除氧器除氧效果的对策应用。

关键词：除氧器;调节阀;软化水

前言

热力除氧器是根据氧气在水中的溶解度跟温度和压力两个因素有关的物理特性，在0.02-0.023Mpa饱和压力条件下用蒸汽将水加热到102-104℃的饱和状态，水中溶氧量小于0.05mg/L，从而达到工业锅炉的用水标准。因此，提高蒸汽与水的换热效率、控制蒸汽的输入量、控制蒸汽从排氧口的排出量，防止锅炉给水泵发生汽蚀，是除氧器技术性能水平好坏的关键所在。

1 锅炉供水除氧的目的

在锅炉给水中，溶有多种气体，其中对热力设备危害最大的是氧气。在热力系统中，由于水、汽温度都较高，所以加快了氧腐蚀的速度。氧是导致锅炉设备腐蚀的最主要因素，可使炉管内壁出现麻坑、使炉管壁厚变薄，易发生爆管事故。因此，尽可能完全除去溶解在锅炉给水的气体是保护给水系统中所有设备不受腐蚀的基本方法，也是保证锅炉安全经济运行必不可少的手段。对于注汽锅炉来说，注汽锅炉压力普遍偏高，对水质要求更为严格，水中含氧量超出范围，对锅炉危害更大，因此注汽锅炉本体都配套带有热力除氧器，保证锅炉的安全运行。

2 除氧途径分析

2.1 物理方法

根据亨利定律可知，任何气体同时存在于水面上，则气体的溶解度与其自己的分压力成正比，而且气体的溶解度仅与其本身的分压力有关。在一定压力下，随着水温升高，水蒸汽的分压力增大，而空气和氧气的分压力越来越小。当水温升高至沸腾时，氧气的分压力降低到零，水中的溶解氧也降低到零。当水面上压力小于大气压力时，氧气的溶解度在较低水温时也可达到零。这样，随着水温的升高，减小其中氧的溶解度，就可使水中氧气逸出。另外，水面上空间氧气分子被排出，或转变成其它气体，从而氧的分压力为零，水中氧气就不断地逸出。采用物理方法除氧，是利用物理的方法将水中的氧气析出，常用的有热力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。

2.2 化学方法

采用化学方法除氧，主要是利用化学反应来除去水中含有的氧气，使水中的溶解氧在进入锅炉前就转变成稳定的金属或其它药剂的化合物，从而将其消除，常用的有药剂除氧法和钢屑除氧法等。

2.3 电化学方法

锅炉给水除氧除可以采用化学方法和物理方法之外，还可以采用电化学方法。电化学除氧，是应用电化学保护的原理，使一种易氧化的金属发生电化学腐蚀，让水中的氧被消耗掉而去除。此法与上述除氧方法比较，设备简单，操作使用方便，运行费用低，可广泛应用于低压锅炉及热水锅炉的给水除氧。

3 热力除氧工作过程

除氧设备选用热力除氧器，其工作原理为：除氧水首先进入中心进水管，继而流入喷嘴，水由喷嘴喷成雾状。加热蒸汽从除氧塔下部向上流动，由于汽水间传热面积增大，水被很快地加热到除氧塔内压力下的饱和温度，于是水中溶解的气体大部分以小气泡的形式逸出。通常在喷雾层的下边还装设一些固定填料（如Ω形不锈钢片），使水在填料层上形成水膜，造成水的表面张力减小，残留在水里10%～20%的气体就较容易地扩散到水的表面，分离出来的气体与少量蒸汽（约是加热蒸汽的3%～5%）由塔顶排气管排出。脱氧水和蒸汽凝结水一同流入贮水箱，再由增压泵送给锅炉柱塞泵。

4 达到除氧效果的条件

4.1 除氧头内压力应保持在20千帕（0.02千帕）

除氧头内的工作压力要求保持在20千帕，如果不等于20千帕时，通过压力控制系统的反作用，改变控制器的输出信号，去控制蒸汽调节阀的开度来改变蒸汽进入量，从而保持除氧头的压力。

4.2 除氧水温度达到102℃

进水温度应在50℃左右，若水温低会增加除氧器的熱负荷。因此除氧器配备了热交换器，该热交换器有两个作用，一是降低锅炉给水泵入口的水温，使之控制在76℃以内，保持给水泵的正常运行;同时提高除氧器的软化水进口水温，以减轻除氧器的热负荷，从而保证除氧水的温度稳定。

4.3 除氧水箱液位稳定

除氧器运行中，如果水箱液位不稳定，压力和温度都随着波动，除氧效果也随着变差，因此除氧器进水管道上装有自动调节阀，当液面超过给定液面时，调节器的输出增加，该输出控制水量调节阀的开度使之关小，使进水量减小;反之增大进水量，以使液面实现自动控制，稳定在给值上。

5 影响除氧效果因素分析

热力除氧系统运行以来，发现在工艺、设备等方面存在一些缺陷，造成溶解氧严重超标，经过研究分析存在问题主要有以下几点。

5.1 压力调节器滞后

锅炉给水除氧系统存在溶解氧超标问题，原因是进除氧器的蒸汽压力不能满足除氧的要求。主要原因是进汽压力电动调节阀不能稳定控制，压力忽高忽低，导致水温不稳定，除氧效果达不到要求。压力调节器滞后现象经常发生，水位调节器不能投用，出现异常时如不及时进行有效调整，除氧器压力和温度易发生波动，从而导致除氧效果差。

5.2 热交换器故障

我们知道，气体从水中分离出来的一个必要条件就是必须将水加热到除氧器内蒸汽压力的饱和温度，当除氧器进水温度过低时，除氧水水温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。因此，热交换器故障也是导致除氧器效果不好的原因之一。

5.3 除氧塔内部件易损坏

通过对除氧器检修情况发现：除氧塔内喷嘴容易堵塞，喷嘴因螺丝易松动、脱落或倾斜，这些缺陷致使水和汽在除氧器内分布不匀，汽水接触面及接触时间减少，导致除氧效果恶化。

5.4 取样条件不能满足要求

取样器原设计置于锅炉现场，因设计、安装等原因，影响化验结果。并且给水取样时一般应将样品的流量调至20～30 kg/h，样品的温度一般用改变冷却水流量的方法调整。而运行情况是：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，化验时取样仪表数字常出现不匀的现象，导致样品不具有代表性。

5.5 除氧水温度

热力除氧以后的软水水温较高，容易达到锅炉给水泵的汽化温度，致使给水在输送过程中容易被汽化;而且当热负荷变动频繁，管理跟不上，除氧水温小于102℃时，除氧效果不好。

6 改进措施

6.1 压力控制系统改造

通过对压力控制系统改造以提高除氧器进汽压力稳定。一方面采用电动调节阀前增加一个自力式调节阀，以巩固压力的稳定。其次还要保证除氧器所用蒸汽专一供给，防止发生抢汽现象，保持专线系统内压力的稳定。

6.2 热交换器故障改造

热交换器前增加一台增压泵，其主要作用是克服热交换器的内部阻力，保证柱塞泵入口压力稳定，另一方面是改善热交换能力，把软化水温提高到50℃左右，减少除氧器的热负荷，促使蒸汽压力稳定。

6.3 检修除氧塔内已损坏部件

更换并加固已损坏的除氧器喷嘴，清洗喷嘴内杂物，清理并更换已变形的填料，使除氧器性能得到了完善。为了使喷嘴不被杂物堵塞，在上水管线上加装一过滤器，防止杂物堵塞喷淋头。

6.4 改造取样器取样条件

为了保证样品真实性，将取样器和取样仪表相连接的管口相统一，使取样水流速能够达到样品流量要求，保证了取样化验所需的条件，定期检查效验取样仪表，检查更换取样器内冷却盘管，防止盘管结垢影响冷却效果。

6.5 优化操作，稳定除氧器压力和水位

经过跟踪监测，对除氧器的运行操作做出规定：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600～700mm，以利于除氧水在水箱内进一步扩散除氧。

7 实际应用中存在的问题及解决办法

7.1 除氧器上水

7.1.1 除氧器上水问题

上水速度小于锅炉的供水速度，电动阀全开时除氧罐水位持续下降;其次上水电动阀有卡死现象，除氧罐连续上水，上水速度大于锅炉的供水速度，造成除氧水罐水位过高并溢流，同时影响除氧器的除氧效果。

7.1.2 解决办法

对除氧器螺旋板式换热器前后加装压力表，经过前后压力表的压力降确定除氧头是否有堵塞现象，及时清理除氧头杂质;其次除氧器上水电动阀前加装一过滤器，防止杂质落入上水电动阀里，使电动阀有卡死现象，从而造成除氧罐水位居高不下，影响除氧器的除氧效果，同时还可防止杂质进入喷淋头，影响除氧器的运行。

7.2 锅炉供水

7.2.1 锅炉供水存在问题

增压泵在换热器之后时，当锅炉给水流量大于0.7时，增压泵就会出现供液不足的现象，从而出现给水压力低报警，影响锅炉的正常运行。

7.2.2 解决办法

增压泵由换热器之后移至换热器之前，因为增压泵在换热器之前，换热板一面压力高，而另一面基本上没有压力，容易造成换热器螺旋板变形并出现供水不足现象。通过改造后螺旋板两边的压力基本一致，未出现供水不足的现象。

7.3 压力控制

7.3.1 压力控制存在问题

当除氧水罐水位降至70%時，上水电动阀输入值增加，阀杆开度增加，上水量加大。由于蒸汽电动阀开度与上水电动阀开度不同步，导致除氧头压力下降过快，最低能降到0.01MPa，当水温超过100℃时，除氧器增压泵就会造成抽空现象，从而影响锅炉的正常运行。

7.3.2 解决办法

在蒸汽电动阀前加装一自力式调节阀，以保证蒸汽电动阀前压力稳定，由于经过双重稳压，当上水调节阀动作时，除氧头压力不会太大，因此增压泵入口处就不会形成抽空现象，从而保证了锅炉的正常供水。

8 改进效果分析

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。改进后运行效果分析，给水溶解氧已明显降低，消除锅炉长周期稳定运行的隐患，为稳定生产提供了保障。