（中国神华煤制油化工有限公司榆林能源化工分公司 719300）
摘要：大气式旋膜除氧器为近年来大量装备的电厂除氧设备，溶氧超标是除氧器运行中经常遇到的现象之一。本文主要从运行调整的角度出发，介绍了通过合理操作，有效降低溶氧的过程。
关键词：大气式旋膜除氧器；溶氧；解决
神华榆林能源化工分公司动力装置所选用的低压除氧器为青岛磐石容器厂生产的大气式旋膜式除氧器。该除氧器设计处理能力450t/h，运行压力0.02Mpa(G)，出水温度104℃，设计出水含氧量15ppb(ug/L)。由于受到下游蒸汽和用水量限制，自该设备投运以来，两台除氧器出力基本维持在50%左右，其出水溶氧长期超标，在恶劣情况下溶氧甚至可达到170ppb，给下游的有序生产造成了严重影响，除氧器运行人员进行调整排氧阀开度等操作对溶氧效果影响不大。
一.大气式旋膜除氧器工作原理
大气式旋膜除氧器结构包括除氧塔头、除氧水箱以及接管和外接件组成,其主要部件除氧塔头是由外壳、旋膜器(起膜管)、淋水篦子、蓄热填料液汽网（不锈钢丝网）等部件构成。除氧过程就是除盐水进入除氧头内旋膜器组水室,在一定的压差下从膜管的小孔斜旋喷向内孔,形成旋转下流的射流,由于内孔充满了上升的加热蒸汽,水在射流运动中便将大量的加热蒸汽吸卷进来,在极短时间内很小的行程上产生剧烈的混合加热作用,水温大幅度提升,而旋转的水膜沿着膜管内孔壁继续下旋,形成一层翻滚的水膜裙(水在旋转流动时的临界雷诺数下降很多即产生紊流翻滚),此时紊流状态的水传热传质效果最理想,水温在旋膜管底部接近饱和温度,氧气即被分离出来，并随上升的蒸汽从排汽管排向大气。这是其一级除氧过程。
由旋膜管下落的水，通过水膜裙室，经过淋水篦子的再次均匀分配，进入填料层，由于填料层比表面积大，其大大增加了水膜的比表面积，在自下而上的蒸汽加热下，补水在此处完全达到饱和状态残余溶氧再次析出，此为其二级除氧过程。
下图为大气式旋膜除氧器除氧塔头结构图
由以上数据可以看出，三路补水温度各不相同，且差别较大。在低压除氧器技术协议中，低除的上水温度范围为20~55℃，冷除盐水最终进入除氧器的温度远大于设计温度。
图二：除氧器水室及旋膜管照片
由右图可以看出，除氧器水室是一个上下封闭的空间，其中布置了上百根旋膜管。进入其中的水要通过压差作用从分布在旋膜管上的切向小孔流入旋膜管。相对于目前单台除氧器200t/h左右的出力而言，水室空间极小，因此不同补水在水室中停留的时间也很短，很难温度混合均匀，这就造成了不同区域内流经旋膜管的补水温度存在差异。而自下而上流过的加热蒸汽大致是均匀的。此时流经水温较高旋膜管的蒸汽更容易将水加热到饱和温度，也将有更多的残余蒸汽通过旋膜管进入水室上部的汽水分离空间，而流经温度较低旋膜管的蒸汽绝大部分用于加热冷水，只有很少量的蒸汽残余。由于本身的热量较低，加之收到水室上部汽水分离层蒸汽的排挤，流经水温较低旋膜管的残余蒸汽更难携带析出的氧气离开旋膜管，且冷水旋膜管中的水更难被加热到饱和温度，溶氧不易析出，因此其除氧效果明显恶化。在这种情况下，较多的溶氧随水下落到填料层，加重了填料层的负荷压力。从而导致除氧效果变差。下图为该过程的效果图：
图三：冷、热水旋膜管蒸汽状态图
2运行工况持续波动造成溶氧不合格
我厂低压除氧器接入的补水和加热汽源较多，因而扰动因素也较多，归结起来造成运行压力和温度持续波动的因素大致有以下几个：
（1）低压除氧器液位、压力调阀调节周期长、调节线性不佳、阀位不稳定；
（2）疏水泵频繁启动，造成补给水温度变化大；
（3）不同补水温度差别大，尤其是冷除盐水温度忽高忽低；
在以上等因素的影响下，我厂低压除氧器在运行中压力经常性波动，波动范围在2~3KPa左右，在疏水泵启动和停止的过程中，这种波动尤其剧烈，在这种情况下，就容易造成溶氧析出过程的反复，即压力突然升高时，部分析出氧气重新被溶解，压力突然降低时，氧气又重新析出，从而影响到了除氧效果。
3设计上的因素导致溶氧析出困难等一系列问题
旋膜式除氧器填料层和旋膜管的加热蒸汽布置方式一般有两种：第一种布置方式为填料层和旋膜管用加热蒸汽分两根管线分别引入，这种布置方式下，流经填料层和旋膜管的蒸汽量可以进行分别调节，；第二种布置方式为填料层和旋膜管用加热蒸汽有一个汽源管提供，蒸汽必须先经过填料层，然后才能流经旋膜管。两种布置方式的区别如下图：
图四：两种旋膜除氧器加热蒸汽布置方式
在布置方式一中，旋膜管穿过两个空间，上一层为水室，与上文中所述水室原理相同。下一次为汽室，该处的旋膜管上同样布置有切向的小孔，但方向与水室的相反。这样运行中就会形成两股相互交汇的水流和汽流，从而增强了蒸汽的加热作用和携带氧的能力。通过在两个进汽管路上安装阀门，可以调节进入旋膜管和进入填料层的蒸汽比例。
在布置方式二中，整个除氧塔所需的加热蒸汽全部来自填料层下方的一个蒸汽出口。这种布置虽然也能够满足除氧要求，但是可能造成以下风险：
（1）增加了填料层所受到的蒸汽冲击力。在这种情况下，一旦选用的加热蒸汽热量较低，或者负荷较大用汽量过大，或者填料层过于密集紧实时，都有可能造成填料层自下而上冲毁。
（2）易造成水箱部分形成不完全加热度。在这种情况下，一旦负荷过大或者填料过密，则容易致使填料层上下两侧形成压差，填料层上方压力（除氧塔压力）低于填料层下方压力（水箱压力），使水箱中原本被加热到饱和温度的水重新成为不饱和水，再次溶解部分氧气。影响到除氧效果。
（3）易形成排汽带水的现象。在这种情况下，蒸汽在到达旋膜管下方时，其温度已明显降低，成为饱和蒸汽或湿蒸汽，加热能力降低。这时，如果补水温度过低或者补水温度突然降低的现象，就可能发生排汽带水的现象。
三. 解决措施
针对以上造成除氧器溶氧超标的可能原因，技术人员在经过慎重讨论分析后，制定并实施了一下改进措施：
1.调整除氧器补水温度
通过汽轮机轴封系统改造等措施减少机组轴封漏汽量，从而降低轴封加热器出水温度，使冷除盐水进入除氧器的温度降低至57℃左右；通过疏水系统改造消缺、增加疏水混合冷却水量等举措使疏水温度降低至50℃左右。通过以上措施，使进入除氧器的补水基本都满足了设计要求，且三股水源彼此温度相差不大，进而使除氧器各旋膜管中的负荷分配更均匀，加强旋膜管的除氧作用。
2.加强日常运行工况的稳定性要求
维保人员对除氧器的压力、液位调阀调节性能进行了重新校对，同时通过调整调节阀的PID调节设置，使调节阀调整更加稳定。通过调整疏水泵出口阀开度，使疏水泵上水转为连续上水状态；通过机、炉协调操作，使蒸汽管网压力趋于稳定；通过全场调度协调，使除氧器出水流量尽量平稳，避免大幅度操作。通过以上措施，使除氧器运行工况更加稳定，压力波动降低至1kpa以内，且除氧器液位、压力调阀均能投入自动控制，两台除氧器压水现象也基本消失。
3.适当开启除氧器再沸腾
在一半运行中，再沸腾管道除在除氧器投运过程中使用外很少用到。但为了减轻因蒸汽用量过大给填料层造成的压力，同时提高除氧器水箱的水温饱和度，技术人员在确保除氧器安全运行的情况下，稍开除氧器再沸腾。在实际运行中证明，在同样的除氧塔压力下，开启再沸腾后除氧器水箱水温能够比之前提高1℃左右，从而提高了水的饱和度，利于残余溶氧的析出。
四、实际效果
经过以上改进举措半年以来，两台大气式旋膜除氧器溶氧基本维持在13ppb左右，溶氧超标现象基本消除。在今冬用水量较大情况下，单台除氧器出力最高达到设计值的80%，仍能够保证出水溶氧合计，基本满足了设计要求，基本解决了困扰除氧运行人员近两年的难题。
作者简介
张青 （1989.09_）男 山东莱芜人 内蒙古科技大学热能与动力工程毕业 助理工程师 单位：中国神华煤制油化工有限公司榆林能源化工分公司 。
论文作者:张青,白志强
论文发表刊物:《电力设备》2016年第22期
论文发表时间:2017/1/17
标签：蒸汽论文; 除氧器论文; 填料论文; 温度论文; 疏水论文; 压力论文; 补水论文; 《电力设备》2016年第22期论文;