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(lián)除氧器運行節(jié)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(lián)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(tǒng)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(jié)能減排、降本增效的目的。

除氧器；并聯(lián)；連通器；節(jié)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(fā)電機組，配套3× 440 t/h高溫高壓循環(huán)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(qū)輸送合格的除鹽水、電能和蒸汽，供其生產需要。發(fā)電負荷隨化工區(qū)用電負荷的變化而變化，自發(fā)自用。

該電廠的主要任務是向化工區(qū)提供穩(wěn)定的高壓蒸汽。產汽鍋爐發(fā)生故障時供汽壓力會產生波動，影響化工區(qū)生產。為了提高供汽壓力的穩(wěn)定性，電廠所有系統(tǒng)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(lián)運行。該系統(tǒng)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(lián)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(tǒng)檢修工作，檢修期間所有系統(tǒng)全部停運，將系統(tǒng)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(tǒng)內存水排至污水處理廠。單就給水除氧系統(tǒng)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(huán)節(jié)增加了生產成本，這與國家提倡的節(jié)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(qū)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(lián)除氧器正常運行及停運操作等環(huán)節(jié)的能源損耗，并提出了節(jié)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(tǒng)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(tǒng)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(huán)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(tǒng)檢修過程中，給水除氧這一系統(tǒng)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(jié)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(qū)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(qū)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(jié)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(jié)約了41.84 t蒸汽，節(jié)省了2510.4元生產成本。

4.2 并聯(lián)除氧器停運操作的節(jié)能分析

4.2.1 除氧器并聯(lián)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(lián)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(lián)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(fā)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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)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(lián)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(lián)運行中，某臺除氧器發(fā)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(fā)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(fā)生震動，或蒸汽進入給水泵，導致給水泵發(fā)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(jié)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