旋膜除氧器在合成氨装置锅炉给水系统中的应用 

      介绍旋膜除氧器的除氧原理及结构，比较旋膜除氧器改造前后运行效果，旋膜除氧在合成氨装置的应用彻底解决了锅炉给水长期不达标的问题。
      在锅炉给水中，溶有多种气体,其中对热力设
备危害大的是溶解氧。在热力系统中,由于水
汽温度都较高,使得氧腐蚀的速度进一步加快。
为防止和减轻热力设备的氧腐蚀,除去锅炉给水
中的溶解氧,是保障热力设备经济运行必不可少
的手段。
中石化分公司30x10*Va合成氨装
置,采用一级热力除氧方法,锅炉给水中氧含量长
期超标,造成锅炉蒸汽品质不达标,给汽轮机安全
稳定运行带来一定的影响。通过对旋膜除氧器原
理的深人研究,结合合成氨装置生产特点,经过改
造终于使锅炉给水指标合格,保证装置内用户的
需要。

1、除氧原理及除氧方法

1.1除氧原理
根据气体溶解定律,某气体的分压力越大,则
溶解度越大。在一定压力下,随着水温增高,水蒸
气的分压增大,而空气和氧气的分压越来越小。

      在100C时,氧气的分压降低到零,水中的溶解氧
也降低到零。当水面上压力小于大气压时,氧气.
的溶解度在较低水温时也可达到零。

1.2锅炉给水除氧方法

      1)热力除氧。包括大气式热力除氧和喷射
式热力除氧。其原理是将水加热至沸点,氧的溶
解度减小而逸出,再将水面上产生的氧气排除,使
之充满蒸汽，如此水中的氧气不断逸出,从而使给
水含氧量达到给水质量标准。

      2)真空除氧。一般在30~60C温度下进行，
是一种中温除氧技术。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,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。另外还增加了换热设备和循环
水箱。

      3)亚硫酸钠除氧。一种炉内加药除氧法。
该方法投资低,操作简单。但此法加药量不易控
制,除氧效果不可靠,无法保证达标。另外还会增
加锅炉水含盐量,导致排污量增大、热量浪费,是
不经济的。一般用在小型锅炉房和一些对水质要
求较高的热力系统中作为辅助除氧方式。
     
4)钢屑除氧。让含有氧气的水通过特制的
疏松多孔粒状物海绵铁滤料,氧气与铁发生彻底
的氧化反应从而保证出水溶解氧含量在0.05mg/
L以下。反应生成物Fe(OH)3为松软絮状物,当
其累积到--定程度后,即通人反洗水将其冲洗排
掉,恢复到初始的除氧能力。虽然使用多年,但改
进和提高不大,除氧效果不可靠。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。
现该方法已基本上不再采用。

      5)电解铝除氧。是一种近年来出现的除氧
方法,技术上不太成熟。该方法存在着投资和运
行费用较高，且铝板需经常更换,运行操作不方
便,除氧水箱需要密封等问题,有待于进一步完
善、改进。
     
6)解吸除氧法。解吸除氧就是将准备除氧
的水与已脱氧的气体强烈混合,则溶解于水中的
氧气就扩散到气体中,从而达到除氧的目的。

2、旋膜除氧器

2.1旋膜除氧器结构
     
旋膜除氧器由除氧头和水箱组成。除氧头由
外壳、旋膜器组、水箅子、液汽网、蒸汽分配盘五大部分组成。旋膜除氧器除氧头的结构如图1。

      旋膜除氧器是20世纪80年代初在原膜式除
氧器基础上制造的。旋膜除氧器、雾化除氧器和
泡沸除氧器主要参数比较见表1。

2.2旋膜除氧器的除氧原理

      旋膜除氧器是旋膜管垂直放置,内外壁用隔
板隔开,将一定压力的水引至喷管外壁,在压差的
作用下,水自小孔喷射人管内,形成短暂的射流，
由于管内充满加热蒸汽,射流的水便卷吸了大量
的蒸汽(试验证明射流运动具有卷吸作用),产生
混合加热作用。
射流结束后,旋转水流往往很快进人紊流状
态,加热蒸汽须迅速加热旋转水流,析出大量不凝
结气体,由于旋转水流基本上是紧贴管壁旋转而
下,在旋膜管中间形成汽一气通道,不存在气体流
动死区,析出的不凝结气体被迅速排出。
在离心力和重力的作用下，旋转水流于旋膜
管的出口形成张开的水膜裙。由于水膜裙自上而
下运动,加热蒸汽自下而上运动,强化了水膜裙的
波动,使水膜裙迅速进人紊流状态(水在旋转流动
时的临界雷诺数下降很多即产生紊流翻滚),增强
了加热蒸汽的凝结放热。旋膜管的结构和工作过
程如图2。
      旋膜除氧器将射流、旋转膜和悬挂式泡沸3
种传热传质方式集为一体,在一个单元的部件内
完成,提高了除氧效率。经起膜段粗除氧的给水
在这里进行二次分配,呈均匀淋雨状落到装在其
下的液汽网，上,再进行深度除氧后才流人水箱。
与雾化除氧器和泡沸除氧器相比,旋膜除氧器在
技术上是一种创新。
除氧的效果一方面取决于是否把给水加热至
相应压力下的沸腾温度,另一方面取决于溶解气.
体的排除速度,这个速度与水和蒸汽的接触表面
积的大小有很大关系。

      由表1可知,与雾化除氧器和泡沸除氧器相
比，旋膜除氧器具有淋水密度大、提升温度高、出
人口氧浓度差大、排汽量小和全滑压的特点,适于
补水率大、人口水溶氧高人口水温低、负荷变化
大的锅炉。
旋膜除氧器是一种新型热力式除氧器,获电
力部科技新产品科技攻关成果创新奖,它克服了
大气式热力除氧、解吸除氧、钢屑除氧、氧化还原
树脂除氧和亚硫酸钠化学除氧等传统除氧方式存
在的问题。

3、旋膜除氧器改造内容及使用效果

      合成氨装置除氧器是淋水盘式热力除氧器，
利用装置0.5MPa、170C低压蒸汽直接逆流换.
热,将锅炉给水温度加热到130C，降低水中氧的
溶解度。经过长期的工艺调优和攻关,虽然溶解
氧达到了≤l0pg/L,但达不到锅炉给水溶解氧≤7
uog/L的水质要求,成为装置生产瓶颈。

3.1旋膜除氧器改造情况
     
利用装置停车检修机会,采用了
旋膜式除氧器新技术。拆除了原有除氧器内5层
淋水盘,保留了下部进汽盘,安装了旋膜式组件,
由淋水盘式除氧改为旋膜式除氧,安装了旋膜器、
分水盘、蓖子网.蒸汽喷头。在改造过程中,不增
大除氧头的直径,不改变除氧器的高度。

3.2旋膜除氧器改造前后效果比较

     
1)溶解氧达标。除氧器由淋水盘式热力除
氧改为旋膜除氧后,高压锅炉给水水质明显改善,
溶解氧由原来的10~30μg/L下降到7μg/L,为锅
炉的安全经济运行提供保障,解决了生产瓶颈问
题。旋膜除氧设计值与实际标定结果对比见表2。

     
2)简化操作。锅炉给水中不再添加除氧剂
联胺,简化工艺和操作,降低了生产成本,改善操
作环境,提高了清洁生产水平。

     
3)装置热量得到平衡。实现锅炉给水大量
稳定外送,解决了装置热量过剩问题，装置生产进
一步优化，放空低压蒸汽得到回收利用。

     
4)节能效果明显。大量外送锅炉给水,使脱
盐水和冷凝液混合温度降低，闪蒸汽及工艺蒸汽
冷凝液得到回收利用。改造前后数据对比见表
3。

     
用旋膜除氧器改造热力除氧后,彻底解决了锅
炉给水长期不达标的问题，简化工艺，操作方便,
合成氨装置热量过剩的问题得到了缓解,进一步
回收低压蒸汽和冷凝液,保证了装置安全稳定运
行，并给企业带来了可观的经济效益。