旋膜式除氧器并聯運行節能分析與技術改造說明

旋膜式除氧器并聯運行節能分析與技術改造說明。為了解決旋膜式除氧器運行中補水量大，加熱蒸汽消耗量大，生產成本高及并聯旋膜式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，在旋膜式除氧器停運前減少待修旋膜式除氧器水箱內存水的方法，遙遙降低了旋膜式除氧器運行成本，避遙遙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。
1機組概況
某電廠機組容量為3×440t/h+2×100MW，采用2×100MW空冷凝汽式汽輪發電機組，配套3×440t/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，其主要遙遙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。
該電廠的主要遙遙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遙遙，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。
旋膜式除氧器為YY490型無頭高壓旋膜式除氧器，其工作壓力為0.588MPa，工作溫度為158℃,水箱的遙遙容積為100m3，3臺旋膜式除氧器為并聯運行。該系統在目前的遙遙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旋膜式除氧器提出問題
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，停止旋膜式除氧器汽側及水側運行，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300t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，這與遙遙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遙遙，供汽量大約500t/h。在旋膜式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旋膜式除氧器的安全、經濟運行。
3旋膜式除氧器分析問題
針對上述問題，工藝技術人員詳細計算了并聯旋膜式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旋膜式除氧器運行中的熱源消耗
由于外供蒸汽量達500t/h左右，所以旋膜式除氧器在運行中的除鹽水補水量也是500t/h左右。旋膜式除氧器的加熱汽源的壓力為0.600MPa，溫度為276.32℃。除鹽水的年平均溫度為20℃,那么將500t20℃的除鹽水加熱成壓力為0.588MPa、溫度為158℃的除鹽水，由熱力學一定律及比熱容公式可知其每小時能耗為Q=cmΔt=4.2×103×500×103×(158－20)J=2.898×108kJ，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，0.588MPa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0.6MPa、溫度為276.32℃蒸汽的比焓值為3011.5288kJ/kg。由熱交換定律可知此過程中消耗的蒸汽量為2.898×108÷3011.5288=9.623×104(kg)=96.23(t)。該壓力等遙遙蒸汽的自用價格以60元/t計算，則系統滿負荷運行時，3臺旋膜式除氧器每小時消耗的熱源成本為60×96.23=5773.8(元)
3.2公用系統檢修時旋膜式除氧器存水排放的損耗3.2.1除鹽水的制備成本
旋膜式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臺旋膜式除氧器內300t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旋膜式除氧器，其中除鹽水供水泵的功率為55kW，流量為240t/h;高壓除鹽水泵的功率為160kW，流量為250t/h。以供300t除鹽水計算，由焦耳定律及電功率定義可知W=Pt，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W=Pt=55×1.25=68.75(kW·h)。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160×(300÷250)=192(kW·h)。自用電以0.3元/(kW·h)計算，則電費為192×0.3=57.6(元)。
3.2.3除鹽水在旋膜式除氧器內的加熱成本
將300t20℃的除鹽水在旋膜式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Q=cmΔt=4.2×103×300×103×(158－20)J=1.7388×1011J=1.7388×108kJ。在該過程中也可不考慮汽化潛熱的計算，消耗的蒸汽量為1.7388×108÷3011.5288=5.774×104(kg)=57.74(t)。該壓力等遙遙蒸汽的自用價格以60元/t計算，則成本為60×57.74=3464.4(元)。
3.2.4排污泵的能耗
旋膜式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30kW，流量為50t/h，則排污泵排除300t除鹽水的能耗為30×(300÷50)=180(kW·h)。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
排污泵將旋膜式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遙遙，達到循環利用的目的。污水處理廠處理1t污水的成本為55元/t，處理300t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2700+20.625+57.6+3464.4+54+16500=22796.625(元)。
4旋膜式除氧器解決問題
4.1提高旋膜式除氧器補水溫度的技術改造
為節約生產成本，可以提高旋膜式除氧器補水的溫度。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。根據熱力學一定律及比熱容公式可知，技術改進后旋膜式除氧器運行中每小時的熱源消耗為Q=cmΔt=4.2×103×500×103×(158－80)J=1.638×1011J=1.638×108kJ。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1.638×108÷3011.5288=5.439×104(kg)=54.39(t)。與技術改進前相比，每小時節約了41.84t蒸汽，節省了2510.4元生產成本。
4.2并聯旋膜式除氧器停運操作的節能分析
4.2.1旋膜式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。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。并聯運行的旋膜式除氧器，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。并聯運行的旋膜式除氧器在正常運行中，各旋膜式除氧器汽側壓力相同，主要是通過汽平衡母管來實現，各旋膜式除氧器液面面積相等，各旋膜式除氧器液位高度相同，即p1=p2=p3，h1=h2=h3。由連通器工作原理及流體靜力學基本方程可知p1+ρgh1=p2+ρgh2=p3+ρgh3，式中p1為#1旋膜式除氧器汽側壓強;p2為#2旋膜式除氧器汽側壓強;p3為#3旋膜式除氧器汽側壓強;h1為#1旋膜式除氧器液位高度;h2為#2旋膜式除氧器液位高度;h3為#3旋膜式除氧器液位高度;ρ為水的密度;g為重力加速度。所以正常運行中，各旋膜式除氧器之間不存在液體流動現象。
反之，在旋膜式除氧器解列前，可以應用連通器的工作原理，改變待解列旋膜式除氧器內的工作壓力，讓待解列旋膜式除氧器與運行旋膜式除氧器之間發生液體流動，降低待解列旋膜式除氧器的液位高度，達到減少旋膜式除氧器內存水量的目的。
4.2.2操作方法
以停運#1旋膜式除氧器運行為例，通過以下操作，降低#1旋膜式除氧器的液位高度h1。先，關閉#1旋膜式除氧器至汽平衡母管電動門t4，使#1旋膜式除氧器汽側與#2，#3旋膜式除氧器汽側解除連通，然后緩慢增加#1旋膜式除氧器進汽電動閥t3開度，增加#1旋膜式除氧器的進汽量，使#1旋膜式除氧器汽側壓力p1升高，即p1＞p2=p3;則(p1+ρgh1)＞(p2+ρgh2)=(p3+ρgh3)。
因各旋膜式除氧器水側通過低溫低壓給水母管連通，所以#1旋膜式除氧器內的液體就會向#2，#3旋膜式除氧器流動，或#1旋膜式除氧器的出水量大于#2，#3旋膜式除氧器的出水量。總之，#1旋膜式除氧器的液位高度h1開始下降，與此同時，緩慢減小#1除氧器除鹽水進水電動閥t2開度，減小#1旋膜式除氧器的進水量直至進水量為0。當#1旋膜式除氧器的液位高度降至低可見液位時，關閉#1旋膜式除氧器至低溫低壓給水母管電動閥t5，解列#1旋膜式除氧器水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，或蒸汽進入給水側后，迅速關閉#1旋膜式除氧器進汽電動閥t3，開啟#1旋膜式除氧器泄壓閥t1，#1旋膜式除氧器泄壓冷卻。公用系統檢修時，可以用遙遙的方法解列#2旋膜式除氧器。當#3除氧器單遙遙運行時，保持低水位，遙遙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，遙遙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，以實現待解列旋膜式除氧器汽側壓力高于運行旋膜式除氧器汽側壓力的目的。增加待解列旋膜式除氧器加熱汽源的進汽量，使待解列旋膜式除氧器內壓力升高;減少待解列旋膜式除氧器低溫水的進水量，使待解列旋膜式除氧器內液體溫度升高;增加運行旋膜式除氧器低溫水的進水量，使運行旋膜式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，利用增加待解列旋膜式除氧器進汽量的方法停運3臺并聯旋膜式除氧器，旋膜式除氧器停運后，旋膜式除氧器水箱內基本無存水，收到了很好的遙遙。另外，該方法也可在旋膜式除氧器并聯運行中，某臺旋膜式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，導致旋膜式除氧器發生振動。
(2)當待解列旋膜式除氧器達到低可見液位時，應迅速關閉待解列旋膜式除氧器至低溫低壓給水母管電動閥泵，導致給水泵發生喘振事故。
實踐證明，在旋膜式除氧器解列之前，應用連通器的工作原理，通過精細化操作，可以實現旋膜式除氧器停運后，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。

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