并聯除氧器運行節能分析與技術改造

白逢

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古鄂爾多斯 017209）

并聯除氧器運行節能分析與技術改造

白逢

（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古鄂爾多斯 017209）

為了解決除氧器運行中補水量大，加熱蒸汽消耗量大，生產成本高及并聯除氧器在停運檢修時水箱內存水排放浪費的問題，進行了技術改進工作，并提出了利用連通器的工作原理，在除氧器停運前減少待修除氧器水箱內存水的方法，有效降低了除氧器運行成本，避免了系統停運時大量積水外排，減少了工質浪費，降低了污水處理廠的處理壓力，同時也降低了生產成本，達到節能減排、降本增效的目的。

除氧器；并聯；連通器；節能

1 機組概況

某電廠機組容量為3×440 t/h＋2×100 MW，采用2×100 MW空冷凝汽式汽輪發電機組，配套3× 440 t/h高溫高壓循環流化床鍋爐。＃1、＃2機組分別于2007年9月和2008年1月建成投產，其主要任務是向煤制油化工區輸送合格的除鹽水、電能和蒸汽，供其生產需要。發電負荷隨化工區用電負荷的變化而變化，自發自用。

該電廠的主要任務是向化工區提供穩定的高壓蒸汽。產汽鍋爐發生故障時供汽壓力會產生波動，影響化工區生產。為了提高供汽壓力的穩定性，電廠所有系統均設置成母管制形式，其中給水除氧工藝流程如圖1所示。

圖1 給水除氧工藝流程

除氧器為YY490型無頭高壓除氧器，其工作壓力為0.588 MPa，工作溫度為158℃，水箱的有效容積為100 m3，3臺除氧器為并聯運行。該系統在目前的大型單元制機組里很難見到，但在各化工廠的自備熱電站和熱電聯產及城市供熱機組中較為普遍。

2 提出問題

機組自投產以來，每年都要進行1次公用系統檢修工作，檢修期間所有系統全部停運，將系統內存水全部排至污水處理廠進行處理。以往的方法是停止給水泵運行，停止除氧器汽側及水側運行，最后將系統內存水排至污水處理廠。單就給水除氧系統而言，在這一過程中就要排放近300 t存水，在造成資源浪費的同時，也在污水處理這一環節增加了生產成本，這與國家提倡的節能減排和公司提倡的降本增效背道而馳。

另外，在正常生產過程中，該電廠擔負著向化工區輸送高溫蒸汽的任務，供汽量大約500 t/h。在除氧器內將除鹽水從20℃加熱至158℃需耗費大量蒸汽，既耗費大量能源也不利于除氧器的安全、經濟運行。

3 分析問題

針對上述問題，工藝技術人員詳細計算了并聯除氧器正常運行及停運操作等環節的能源損耗，并提出了節能方案。該方案實施后，既減少了能源浪費，也降低了生產成本，達到了降本增效的目的。

3.1 除氧器運行中的熱源消耗

由于外供蒸汽量達500 t/h左右，所以除氧器在運行中的除鹽水補水量也是500 t/h左右。除氧器的加熱汽源的壓力為0.600 MPa，溫度為276.32℃。除鹽水的年平均溫度為20℃，那么將500 t 20℃的除鹽水加熱成壓力為0.588 MPa、溫度為158℃的除鹽水，由熱力學第一定律［1］及比熱容公式［2］可知其每小時能耗為

式中：c為水的比熱容，c＝4.2×103J/（kg·K）；m為工質質量，m＝500×103kg；Δt為溫度變化量。

經查，0.588 MPa對應的飽和蒸汽溫度為158.08℃，因此在該過程中可不考慮汽化潛熱的計算。由焓熵圖查得壓力為0.6 MPa、溫度為276.32℃蒸汽的比焓值為3011.5288 kJ/kg。

由熱交換定律可知此過程中消耗的蒸汽量為

該壓力等級蒸汽的自用價格以60元/t計算，則系統滿負荷運行時，3臺除氧器每小時消耗的熱源成本為

3.2 公用系統檢修時除氧器存水排放的損耗

3.2.1 除鹽水的制備成本

除氧器所用除鹽水是化學車間由生水制備而來，根據公司核算，除鹽水的制備成本為9元/t，3臺除氧器內300 t除鹽水的制備成本為2700元。

3.2.2 除鹽水的供水成本

化學車間的除鹽水經除鹽水供水泵送至主廠房除鹽水緩沖水箱，再由高壓除鹽水泵送至除氧器，其中除鹽水供水泵的功率為55 kW，流量為240 t/h；高壓除鹽水泵的功率為160 kW，流量為250 t/h。以供300 t除鹽水計算，由焦耳定律及電功率定義可知

式中：W為除鹽水供水泵消耗的總功；P為除鹽水供水泵消耗的功率；t為除鹽水供水泵消耗運行的時間，t＝300÷240＝1.25（h）。

則除鹽水供水泵的能耗為

自用電以0.3元/（kW·h）計算，則電費為68.75×0.3＝20.625（元）。高壓除鹽水泵的能耗為

自用電以0.3元/（kW·h）計算，則電費為192×0.3＝57.6（元）。

3.2.3 除鹽水在除氧器內的加熱成本

將300t 20℃的除鹽水在除氧器內加熱成壓力為0.588MPa、溫度為158℃的除氧水，每小時能耗為

在該過程中也可不考慮汽化潛熱的計算，消耗的蒸汽量為

該壓力等級蒸汽的自用價格以60元/t計算，則成本為

3.2.4 排污泵的能耗

除氧器的排水由排污井的排污泵排至污水處理廠，排污泵的功率為30 kW，流量為50 t/h，則排污泵排除300 t除鹽水的能耗為

自用電以0.3元/（kW·h）計算，則電費為180×0.3＝54（元）。

3.2.5 污水處理成本

排污泵將除氧器及管道內存水排至污水處理廠后，經過處理后的水送至化學車間作為新鮮水使用，達到循環利用的目的。污水處理廠處理1 t污水的成本為55元/t，處理300 t污水的成本為55×300＝16500（元）。

即公用系統檢修過程中，給水除氧這一系統排放存水的總成本為

4 解決問題

4.1 提高除氧器補水溫度的技術改造

為節約生產成本，可以提高除氧器補水的溫度。工藝技術人員通過技術改進，將高壓除鹽水泵出口的除鹽水供水管道引至化工區某換熱器水側，并設置旁路。技術改進后的給水除氧工藝流程如圖2所示。

如圖2所示，機組正常運行過程中，開啟供化工區換熱器水側進水閥門t23、出水閥門t22，關閉其旁路閥門t24，除鹽水溫度可由20℃提高至80℃，這樣可大大節約生產成本。根據熱力學第一定律及比熱容公式可知，技術改進后除氧器運行中每小時的熱源消耗為

圖2 技改后的給水除氧工藝流程

在該過程中也可不考慮汽化潛熱的計算。在此過程中消耗的高溫輔汽量為

與技術改進前相比，每小時節約了41.84 t蒸汽，節省了2510.4元生產成本。

4.2 并聯除氧器停運操作的節能分析

4.2.1 除氧器并聯運行原理

幾個底部互相連通的容器，注入同一種液體，在液體不流動時連通器內各容器的液面總是保持在同一水平面上，這就是連通器的工作原理［3］。該原理的實質是當連通器內液體不流動時，各容器內液體對連通器底部正中部位的壓強相等。

并聯運行的除氧器，其汽側通過汽平衡母管連通，水側通過低溫低壓給水母管連通，因此，圖1所示的3臺除氧器屬連通器。并聯運行的除氧器在正常運行中，各除氧器汽側壓力相同，主要是通過汽平衡母管來實現，各除氧器液面面積相等，各除氧器液位高度相同，即

由連通器工作原理及流體靜力學基本方程可知

式中：p1為＃1除氧器汽側壓強；p2為＃2除氧器汽側壓強；p3為＃3除氧器汽側壓強；h1為＃1除氧器液位高度；h2為＃2除氧器液位高度；h3為＃3除氧器液位高度；ρ為水的密度；g為重力加速度。

所以正常運行中，各除氧器之間不存在液體流動現象。

反之，在除氧器解列前，可以應用連通器的工作原理，改變待解列除氧器內的工作壓力，讓待解列除氧器與運行除氧器之間發生液體流動，降低待解列除氧器的液位高度，達到減少除氧器內存水量的目的。

4.2.2 操作方法

以停運＃1除氧器運行為例，通過以下操作，降低＃1除氧器的液位高度h1。首先，關閉＃1除氧器至汽平衡母管電動門t4，使＃1除氧器汽側與＃2，＃3除氧器汽側解除連通，然后緩慢增加＃1除氧器進汽電動閥t3開度，增加＃1除氧器的進汽量，使＃1除氧器汽側壓力p1升高，即p1＞p2＝p3；則（p1＋ρgh1）＞（p2＋ρgh2）＝（p3＋ρgh3）。

因各除氧器水側通過低溫低壓給水母管連通，所以＃1除氧器內的液體就會向＃2，＃3除氧器流動，或＃1除氧器的出水量大于＃2，＃3除氧器的出水量?？傊?除氧器的液位高度h1開始下降，與此同時，緩慢減?。?除氧器除鹽水進水電動閥t2開度，減?。?除氧器的進水量直至進水量為0。當＃1除氧器的液位高度降至最低可見液位時，關閉＃1除氧器至低溫低壓給水母管電動閥t5，解列＃1除氧器水側。最后，迅速關閉＃1除氧器進汽電動閥t3，開啟＃1除氧器泄壓閥t1，＃1除氧器泄壓冷卻。

公用系統檢修時，可以用同樣的方法解列＃2除氧器。當＃3除氧器單獨運行時，保持低水位，保證其存水量夠鍋爐冷卻用水即可。這樣可以在給水除氧系統停運后，保證除氧器內基本無存水。

這一操作過程，也可以用以下不同的方法，以實現待解列除氧器汽側壓力高于運行除氧器汽側壓力的目的。增加待解列除氧器加熱汽源的進汽量，使待解列除氧器內壓力升高；減少待解列除氧器低溫水的進水量，使待解列除氧器內液體溫度升高；增加運行除氧器低溫水的進水量，使運行除氧器內液體溫度降低；減少運行除氧器進汽量。

2015年公用系統檢修時，利用增加待解列除氧器進汽量的方法停運3臺并聯除氧器，除氧器停運后，除氧器水箱內基本無存水，收到了很好的效果。另外，該方法也可在除氧器并聯運行中，某臺除氧器發生故障需要單臺解列的操作中應用。

4.2.3 注意事項

在這一操作過程中，要特別注意以下操作事項。

（1）操作過程要緩慢，防止因操作幅度過大，導致除氧器發生振動。

（2）當待解列除氧器達到最低可見液位時，應迅速關閉待解列除氧器至低溫低壓給水母管電動閥t5（或t12，t19），防止蒸汽進入低溫低壓給水母管，導致低溫低壓給水母管發生震動，或蒸汽進入給水泵，導致給水泵發生喘振事故。

5 結論

實踐證明，在除氧器解列之前，應用連通器的工作原理，通過精細化操作，可以實現除氧器停運后，除氧水箱內基本無存水。另外，通過技改大大降低了生產成本，達到節能減排，降本增效的目的。

［1］胡盤新.大學物理手冊［M］.上海：上海交通大學出版社，1999：176.

［2］李笑樂.工程熱力學［M］.北京：中國電力出版社，1993：50.

［3］管楚定，王右寰.工程流體力學［M］.北京：中國電力出版社，1998：42.

［4］楊世銘，陶文銓.傳熱學［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［5］秦曾煌.電工學［M］.北京：高等教育出版社，2004.

（本文責編：劉炳鋒）

TK 223.5＋22

B

1674－1951（2016）10－0069－04

白逢（1980—），男，陜西榆林人，工程師，技師，從事汽輪機運行管理工作（E-mail：baif2009＠163.com）。

2016－03－31；

2016－08－22