450m2烧结机余热供汽锅炉除氧器的选择 

       以450m2烧结机余热供汽锅炉除氧器的选择为例,通过对不同类型锅炉除氧器的原理、效果、特点及安装要求等的对比,同时根据工程需要,选定了适宜的除氧器:2×50%解析除氧器,并指出该设备具有可常温除氧,设备占地少,除氧效果好等特点,具有一定的推广和借鉴作用。
      锅炉在启动和运行期间,有空气进入汽水循环系统,而过量的溶解氧存在会引起锅炉给水系统和部件以及汽水管道的腐蚀;同时腐蚀产物氧化铁会进入锅炉内,沉积或附着在锅炉管壁和受热面上,形成氧化铁垢,氧化铁垢不仅导致传热不良,同时在高温下Fe3+还会引起进一步的腐蚀。所以,为保证锅炉的安全正常运行,提高其使用寿命,锅炉给水除氧就成为了锅炉运行中的一个非常重要和必要的环节。GB/T1576-2008工业锅炉水质中对蒸汽锅炉给水溶解氧浓度规定,锅炉蒸发量大于10t/h应进行除氧,产汽用于发电的,给水溶解氧不大于0.05mg/L。
1、工程概况
      450m2烧结环冷机余热供热工程的余热锅炉给水采用的是焦化厂煤调湿站、脱硫脱氢站和烧结混合料加热冷凝水返回冷凝后的供热回水,不足部分由除盐水管网补充。其水温在50℃~80℃之间。余热锅炉为双压锅炉,高温的废气从余热锅炉上部进入,锅炉给水从锅炉下部进入;锅炉上部产生额定蒸汽温度为375℃,额定蒸汽压力为1.96MPa(g)的高压蒸汽,中部产生额定蒸汽温度为228℃,额定蒸汽压力0.69MPa(g)的低压蒸汽。锅炉下部的锅内管道将排出的烟气作为预加热器对锅炉给水进行加热,从而为接下来的热力除氧进行预热。为了防止预加热器的腐蚀,锅炉给水需要在炉外进行除氧。
      受场地限制,业主要求该工程的除氧器装置布置于已有的加压水泵房内。加压泵房内部有水泵吸水池(地上布置),泵房内可利用的泵房高度为4.8m左右,在除氧方式的选择上应充分考虑到这一点。在此,选择热力除氧、真空除氧、化学除氧、解析除氧等几种除氧方法进行比选。
2、除氧方法的比较和分析
2.1热力除氧
      热力除氧一般有大气式热力除氧和喷射式热力除氧。其原理是将锅炉给水加热至沸点,使氧的溶解度减小,水中氧不断逸出,再将水面上产生的氧气连同水蒸气一道排除,还能除掉水中各种气体(包括游离态CO2,N2)。除氧后的水不会增加含盐量,也不会增加其他气体溶解量,操作控制相对容易,而且运行稳定可靠,是目前应用多的一种除氧方法。
      为了保证热力除氧器具有可靠的效果,在设计和运行中应满足下列条件:
      1)增加水与蒸汽的接触面积,水流分配要均匀;
      2)保证氧气在水中的溶解压力与水面上的分压力之间有压力差;
      3)保证水被加热到除氧器工作压力下的沸腾温度,一般采用104℃。
      热力除氧技术是一种普遍采用的成熟技术,但在实际应用中还存在着一些问题。
2.2真空除氧
      这是一种中温除氧技术,利用亨利定律,通过降低氧的分压从而降低氧在水中的溶解度来实现除氧。相对于热力除氧技术来说,它的加热条件有所改善,锅炉房自耗汽量减少,但热力除氧的大部分缺点仍存在,并且真空除氧的高位布置,对运行管理喷射泵、加压泵等关键设备的要求比热力除氧更高。低位布置也需要一定的高度差,而且对喷射泵、加压泵等关键设备的运行管理要求也很高。另外,当给水水温变化频繁时,要求系统做相应调整送入蒸汽量以维持水温,使得系统的运行控制更加复杂,要求设备可靠性更高。
2.3化学除氧
      1)钢屑除氧,水经过钢屑过滤器,钢屑被氧化,而水中的溶解氧被除去。此法水温要求大于70℃,水温在80℃~90℃效果好,在20℃~30℃除氧效果差。使用钢屑要求压紧,越紧越好,水中含氧量越大,要求流速越低,以保证充分的反应时间。钢屑除氧一般用在对给水品质要求不高的小型锅炉房,或者作为热力网补给水以及高压锅炉热力除氧后的补充除氧,一般仅作辅助措施。
      2)亚硫酸钠除氧,这是一种炉内加药除氧法。此法可迅速将氧从给水中去除,一般使用亚硫酸钠作为除氧剂,除氧反应为:2Na2SO3+O2→2Na2SO4。水温度愈高,反应时间愈短,除氧效果愈好。当炉水pH=6时,除氧效果好,若pH增大则除氧效果下降。通常要求加药量比理论值大,加入铜、钴、锰、锡等作催化剂,可提高除氧效果。该方法一般用在小型锅炉和一些对水质要求较高的热力系统中作为辅助除氧手段。
      3)联氨(肼)除氧,联氨(N2H4)还原性很强,可将水中的溶解氧还原。反应式为:N2H4+O2→N2+2H2O,联氨与氧反应生成氮和水。因联氨有毒,容易挥发,不能用于饮用水锅炉和生活用水锅炉除氧,且只能在高温下迅速反应,目前此法多用作高温高压机组的热力除氧后的辅助措施,以达到彻底清除水中的残留氧,而不增加炉水的含盐量的目的。
2.4解析除氧
      解析除氧是一种比较先进的常温除氧技术。该法是将不含氧的气体与要除氧的水强烈混合接触,根据液面上氧气分压力为零(或近于零)时液体中氧气的溶解度降低的原理,而使水中的氧气大量扩散到无氧的气体中,从而使水中含氧量降低。从水中扩散出来的氧气又随着原来无氧的气体流至除氧反应器,在反应器中与脱氧剂作用(500℃~600℃条件下),使绝大部分O2变成CO2。然后再将此气体与要除氧的给水强烈混合接触。如此循环工作,以达除氧的目的。
解析除氧器有以下特点:
      1)待除氧水不需要预热处理,可常温除氧,因此不增加锅炉房自耗汽;
      2)解析除氧设备占地少,金属耗量小,从而减少基建投资;
      3)除氧效果好。在正常情况下,除氧后的残余含氧量可降到0.05mg/L;
      4)不用化学药品,减少了环境污染;
      5)只能除去水中氧气而不能除去其他不凝气体,水中二氧化碳含量有所增加;
      6)管道系统及除氧水箱应密封。
      根据以上分析,结合本工程的水温低、水温变化大且较频繁、布置场地狭小、不能高位布置等限制条件,解析除氧是适用的处理方案。
3、除氧器的设计
      本工程要求除氧设备设计出力为:100m3/h,出水溶氧:≤0.05mg/L。提供的给水温度为8℃~70℃,水压为0.40MPa~0.50MPa。系统由除氧泵、引射器、解析器、除氧器、气水分离器、换热器、控制柜、除氧水箱等组成。考虑系统的安全可靠,设计为2×50%解析除氧器。
      终选定的设备参数如下:型号:CJY-50T/H解析除氧器。单台设备出力:50m3/h。适应温度范围:5℃~80℃,要求能适应一个较长的温度波动范围。
      消耗功率:16kW。进水压力:0.4MPa～0.5MPa。反应器温度:260℃~320℃。脱氧剂处理能力:260m3水量/kg～300m3水量/kg。除氧剂类型:A3X型(活性炭)。设备净重:4200kg。外形尺寸:3000×1350×4700(长×宽×高)。
      由以上参数看出,除氧器高点为解析器,高点高度为4.70m,加压水泵房梁底高度为4.8m,可以满足设备安装要求。两套装置现已安装运行,设备除氧效果满足设计要求。
      在此需要指出的是,由于解析除氧增加了给水中CO2的含量,在系统的运转过程中应注意监控除氧后水的pH值,应控制给水pH值在8～9.5之间,当给水呈酸性时,应向除氧水池加氨中和,以防系统发生酸性腐蚀。
      结合450m2烧结机余热供汽锅炉除氧器工程的水温低、水温变化大且较频繁、布置场地狭小、不能高位布置等限制条件,通过对不同类型除氧器的原理、效果、特点及安装要求等的对比,同时根据工程需要,选定了适宜的除氧器:2×50%解析除氧器,该设备具有可常温除氧,设备占地少,除氧效果好等特点,具有一定的推广和借鉴作用。