技术 | 水泥窑余热发电真空除氧器常见问题及处理

前言

目前，真空除氧器在水泥窑余热发电系统中已经广泛应用，由于部分真空除氧器在设计阶段存在一些设计缺陷导致实际运行中存在一定的问题。本文针对项目实施过程中真空除氧器出现的问题进行详细分析，并给出解决方案，最后对真空除氧器进行设计优化。

根据余热发电系统的工艺要求，除氧器主要有两个作用，一是排除凝结水和化学补充水中的不凝结气体，防止余热发电设备遭受氧腐蚀，二是贮存一定量的除氧水，当汽轮机排汽量与余热锅炉给水量不一致时，可以起到缓冲容器的作用。

水泥窑余热发电系统一般主蒸汽压力在0.8～1.6MPa，主蒸汽温度在300～390℃，属于低压余热发电。根据国家相关标准，除氧器出水含氧量应≤0.05mg/L，除氧水箱的总容量应不小于20min余热锅炉额定蒸发量时的给水消耗量。由于真空除氧器可以将出水含氧量控制在0.05mg/L以下，并且可以适当简化余热发电热力系统。因此，水泥窑余热发电系统的除氧器一般选择真空除氧器。

真空除氧器工作原理根据亨利定律，任何气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正比。当气水界面上的总压力接近水的饱和蒸汽压时，气水界面上所有不凝结气体的分压力将接近于零，不凝结气体在水中的溶解度也将接近于零。

真空除氧器一般采用喷雾填料式结构，它是喷雾和填料两种除氧方式的组合，除氧头上部为喷雾层，由配水管道和雾化喷嘴组成，下部为填料层，由不锈钢填料组成。具有一定压力的凝结水或化学补充水经过配水管道送入喷嘴将水进行雾化，经过雾化后的小水滴在重力作用下通过填料层，进一步增大水的表面积和在除氧头的停留时间，从而有利于不凝结气体的析出，达到深度除氧的目的，经过除氧后的水流入除氧水箱，作为锅炉给水。

真空除氧器一般工作压力为7～30kPa，适用于低温给水的除氧处理。真空除氧器外形见图1。

图1 真空除氧器示意图

3.1 常见问题及处理

广西某水泥厂余热发电项目投运后真空除氧器一直存在出水含氧量不达标和除氧器真空偏低的问题，实际运行中除氧器真空度为一79kPa，除氧器出口水温度为42℃，循环水箱水温约为90℃，循环水箱放气口有轻微冒水蒸气，凝汽器真空度为-91kPa。

查看设备图纸并结合现场情况发现，真空除氧器从除氧头抽气口至射水抽气器抽气口的抽真空管道没有设置止回阀，循环水箱内循环冷却水没有设置降温设施。由于从除氧头抽气口至射水抽气器抽气口的抽真空管道没有设置止回阀，射水泵必须连续运行，如果射水泵停运，外界空气将依次经过循环水箱放气口、射水抽气器出口、射水抽气器抽气口进人除氧器，导致除氧器真空迅速下降。此外，由于循环水箱内循环冷却水没有设置降温设施，当射水泵连续运行时循环冷却水温度不断升高，导致射水抽气器抽气能力下降，从而造成除氧器真空下降，出水含氧量不达标。

针对真空除氧器存在的上述问题的改进措施有：一是在真空除氧器从除氧头抽气口至射水抽气器抽气口的抽真空管道设置止回阀，当射水泵停运时除氧器真空可以在一段时间内基本保持不变。二是利用余热发电系统循环冷却水通过换热器将循环水箱内循环冷却水进行冷却，确保射水抽气器抽气能力达到设计值。

3.2 真空除氧器布置高度优化

真空除氧器工作压力为负压，为了保证事故工况下真空除氧器紧急疏水能正常排放，一般真空除氧器布置标高在10m以上。为了降低真空除氧器布置标高，可以将真空除氧器紧急疏水管道及其电动阀门布置在给水泵出口母管，当真空除氧器水位上升至溢流水位时，联锁紧急疏水管道电动阀门。低压锅炉给水泵一般必需汽蚀余量在3.5m以下，由真空除氧器出水口至给水泵进口的管道阻力损失一般在1m以下，给水泵进水口至0m平面高度一般在0.5m以下，此外还需要考虑一定的富裕汽蚀余量，一般按照最少1m考虑。因此，真空除氧器布置高度最低可降至约6m。

3.3 真空除氧器设计优化

真空除氧器作为余热发电系统的给水除氧设备，其主要作用是除去给水中的不凝结气体。凝汽器作为余热发电系统的冷却设备，其主要作用是将汽轮机排汽凝结成水并在汽轮机排汽口建立和维持一定的真空。由于真空除氧器和凝汽器工作压力基本相同，并且都配套抽真空系统，这为二者抽真空系统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轮发电机房，这为二者抽真空系统的合并提供了物理上的可能。

由于真空除氧器设计抽吸干空气量与凝汽器设计抽吸干空气量相比较小，因此合并后的抽真空系统采用凝汽器配套的抽真空系统和布置位置，取消真空除氧器自带的抽真空系统，包括循环水箱、射水泵、射水抽气器及其附属连接管道和阀门，并在真空除氧器和凝汽器抽空气管道分别设置电动水封阀门，以利于两个设备抽干空气量的调整。

通过对真空除氧器的优化，取消了真空除氧器自带的抽真空系统，只保留除氧头和除氧水箱，不仅提高了设备可靠性，而且降低了设备造价、占地面积和耗电量，具有较好的经济效益。

作者：孙哲

来源：《中材节能股份有限公司》

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