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熱力除氧器節(jié)能、遙遙運(yùn)行的工藝流程說明

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熱力除氧器節(jié)能、遙遙運(yùn)行的工藝流程說明

熱力除氧器節(jié)能、遙遙運(yùn)行的工藝流程說明,噴霧式除氧加熱器用于工程機(jī)械輪胎過熱水硫化工藝,通過介紹工藝流程、確定質(zhì)平衡和熱平衡的關(guān)系,在穩(wěn)定運(yùn)行情況下,給出熱力除氧器耗汽量與蒸汽、補(bǔ)給水之間的密切關(guān)系,對指導(dǎo)熱力除氧器節(jié)能、遙遙運(yùn)行,具有重要意義。
我公司采用過熱水硫化工藝,過熱水溫度(178±3)℃,壓力(2.8±0.1)MPa。自備3臺10t燃煤鍋爐產(chǎn)生的1.23MPa飽和蒸汽,經(jīng)自動調(diào)節(jié)達(dá)到(0.9±0.05)MPa進(jìn)入除氧加熱器中,將水加熱達(dá)到工藝規(guī)定溫度。除氧熱水經(jīng)過熱水循環(huán)泵加壓,達(dá)到硫化工藝壓力條件。動力站遙遙GWC100型立式、循環(huán)加熱、噴霧填料式熱力除氧加熱器,是提供工程機(jī)械輪胎過熱水硫化介質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)備。
1噴霧式
熱力除氧器及工藝流程簡介
1.1噴霧式
熱力除氧器
硫化過熱水加熱除氧是利用除去水中氧氣及二氧化碳等不凝氣體,減少設(shè)備、管路和輪胎部件氧化腐蝕、提高熱效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
熱力除氧的基本原理是亨利定律Cn=KPn,在平衡條件下,水中氧氣溶解量Cn與水上方氧氣的摩爾分壓Pn成正比,如果水上方氣體中氧氣的摩爾分壓Pn趨于低,擴(kuò)散達(dá)到平衡,水中氧氣溶解量就趨于低。熱力除氧的另一原理是費(fèi)克(Fick)擴(kuò)散定律水與無氧氣體的接觸面積和氧擴(kuò)散速度成正比,即要把水充分霧化成小水珠或水膜,創(chuàng)造快速實(shí)現(xiàn)溶氧擴(kuò)散平衡的途徑。
噴霧式
熱力除氧器有兩部分組成塔上部為噴霧層,下部為填料層。噴霧層內(nèi)利用噴嘴將給水霧化為水滴,使汽水接觸面積增大,強(qiáng)化了汽水熱質(zhì)傳導(dǎo),從深度除氧看,噴霧層內(nèi)只能完成除氧的一階段遙遙,除去水中約70%~80%的氧,在塔下部加設(shè)填料層,采用比表面積大的表面填料層(如不銹鋼鮑爾環(huán)),使水充分分散成水膜,利于殘余氧的擴(kuò)散,實(shí)現(xiàn)給水深度險氧。
噴霧式
熱力除氧器對介質(zhì)的適應(yīng)遙遙較強(qiáng),除氧遙遙好,經(jīng)濟(jì)遙遙比較高。但是噴霧式熱力除氧器噴嘴多為彈式,易出現(xiàn)振動及溶解氧超標(biāo)現(xiàn)象,且單個噴嘴出力僅10~20t/h,致使外形尺寸大,因此嘴霧式熱力除氧器多用于除氧要求不十分嚴(yán)格的給水系統(tǒng)中。
1.2過熱水硫化工藝流程介紹
噴霧式
熱力除氧器過熱水循環(huán)工藝流程如圖1所示。動力站除氧系統(tǒng)按年產(chǎn)10萬套工程機(jī)械輪胎設(shè)計,供應(yīng)14臺硫化罐和6臺硫化機(jī)過熱水,熱力除氧器工作壓力(0.9±0.05)MPa。熱力除氧器在正常運(yùn)行過程中,熱力除氧器加熱所用蒸汽由蒸汽主管提供1.23MPa蒸汽,經(jīng)自動調(diào)壓后供除氧加熱器遙遙,不考慮除氧水箱排污和溢流熱能損失,進(jìn)除氧頭還有過熱水回水和除氧水箱補(bǔ)充水,同時,氧氣、二氧化碳等不凝遙遙氣體排出,經(jīng)加熱、除氧后的過熱水由熱水循環(huán)泵加壓打入硫化罐(或硫化機(jī))管網(wǎng)中,提供工程機(jī)械輪胎硫化所用過熱水。
2除氧系統(tǒng)的平衡
熱力除氧器系統(tǒng)的平衡包括物質(zhì)和熱能平衡,有公式ΣDin=ΣDout(1)ΣDihi=ΣDjhj(2)在熱力除氧器正常運(yùn)行狀態(tài)下,由(1)式,得W1+W2+Q1=W3+Dx(3)式中W1—進(jìn)入除氧系統(tǒng)內(nèi)除氧水箱補(bǔ)充水量,t/h;W2—進(jìn)入除氧系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)熱水回水量,t/h;Q1—進(jìn)入除氧系統(tǒng)內(nèi)高溫蒸汽流量,t/h;W3—由熱水循環(huán)泵供入硫化管網(wǎng)流量,t/h;Dx—水中溶解氣體的排除量。現(xiàn)場安裝Dg25Pg25閘板閥,遙遙鉆頭在閥芯上鉆Φ3mm小孔,按照0.9MPa蒸汽壓力、查相關(guān)蒸汽泄露數(shù)據(jù),排汽量約為26kg/h,相對較小,可忽略不計。熱水循環(huán)泵相關(guān)參數(shù)流量Q178m3/h;揚(yáng)程H204m;轉(zhuǎn)速2900r/min;效率η62%。由(2)式,得(Q1Dx)(h–h3)η=W1(h3h1)+(W3Q1W1)(h3h2)(4)式中η—除氧系統(tǒng)熱效率,%;h—進(jìn)入除氧系統(tǒng)內(nèi)高溫蒸汽的比焓,kJ/kg;h1—進(jìn)入除氧系統(tǒng)內(nèi)除氧水箱補(bǔ)充水比焓,kJ/kg;h2—進(jìn)入除氧系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)回水的比焓,kJ/kg;h3—除氧系統(tǒng)高溫過熱水的比焓,kJ/kg。η取0.98,h取0.9MPa飽和蒸汽比焓2773kJ/kg;h1取除氧水箱75℃軟化水比焓314kJ/kg;h2取175℃過熱水(較供水平均低3℃)比焓742kJ/kg;h3取178℃過熱水比焓756kJ/kg,得Q1≈0.215W1+0.007W3(5)熱水循環(huán)泵共計3臺,2備1開,必須遙遙泵運(yùn)行遙遙正常,W3取值相對穩(wěn)定,上式中,蒸汽耗量Q1與除氧系統(tǒng)補(bǔ)充軟化水大致成一定的線遙遙關(guān)系。
下面列舉了2018年1月1日至12日,除氧系統(tǒng)遙遙蒸汽量和除氧水箱補(bǔ)充熱水?dāng)?shù)據(jù),如表1。
日期1日2日3日4日5日6日7日8日9日10日11日12日1~12日平均值

據(jù)表1,GWC100型噴霧式熱力除氧器正常運(yùn)行過程中的耗汽量,在運(yùn)行實(shí)踐中充分驗證了與補(bǔ)充水之間的線遙遙關(guān)系。其中1月9日和1月12日,出現(xiàn)耗汽量和補(bǔ)充用水遙遙增加的現(xiàn)象,經(jīng)與當(dāng)班落實(shí),存在硫化罐裝罐過程中模具之間嘴子墊泄露問題,分別泄露3.5h和4.5h,下面進(jìn)行詳細(xì)論證。
3除氧系統(tǒng)消耗蒸汽的影響因素
3.1加熱蒸汽壓力波動對除氧系統(tǒng)耗汽量的影響
在進(jìn)汽量不變的情況下,進(jìn)水量增大,熱力除氧器壓力降低;進(jìn)水量減小,壓力增大。根據(jù)這一原理,來調(diào)節(jié)熱力除氧器進(jìn)汽閥門開度,使其根據(jù)進(jìn)水量的大小變化而變化,讓熱力除氧器的壓力始終維持在(0.9±0.05)MPa,如圖2。這種熱力除氧器自控系統(tǒng)在熱力除氧器負(fù)荷變化不大,熱力除氧器進(jìn)水裝置噴頭良好的情況下,運(yùn)行比較遙遙,若采用控制壓力和溫度相結(jié)合的自控系統(tǒng)遙遙會更好。這種自控系統(tǒng)消除了由于負(fù)荷急劇變化進(jìn)氣閥開啟滯后帶入水箱的殘留氧無法逸出的弊病。
若蒸汽壓力波動中減小,相應(yīng)溫度降低,熱力除氧器內(nèi)的水達(dá)不到熱力除氧器壓力下的飽和溫度,水不能沸騰,水中溶解氧就不能逸出。除氧系統(tǒng)運(yùn)行效率降低,除氧遙遙變差,進(jìn)汽壓力達(dá)不到設(shè)計要求,熱力除氧器水的溫度低于控制標(biāo)準(zhǔn)(178±3)℃,白白浪費(fèi)蒸汽,設(shè)備遙遙運(yùn)行,只能停運(yùn)除氧系統(tǒng),整修自控裝置。
若蒸汽壓力波動中增大,熱力除氧器壓力上升很快,熱力除氧器壓力超壓報警,安全閥超限啟跳,存在重大安全隱患。此時,熱力除氧器內(nèi)壓力增大,除氧水即使已經(jīng)達(dá)到了178℃工藝溫度,但也低于此時的熱力除氧器飽和溫度,除氧遙遙仍較差,而且壓力增大,排汽量大增,PE、TE—壓力、溫度測點(diǎn);PT、TT—變送器;PIC、TIC—調(diào)節(jié)器;PIK、TIK—操作器;M—執(zhí)行器浪費(fèi)大量蒸汽。
圖2
熱力除氧器自控系統(tǒng)示意圖
熱力除氧器壓力調(diào)節(jié)是運(yùn)行中的關(guān)鍵,熱力除氧器運(yùn)行遙遙的好壞主要取決于熱力除氧器內(nèi)蒸汽壓力能否恒定保持在一定范圍。
3.2補(bǔ)充水用量和溫度對除氧系統(tǒng)耗汽量的影響
式(5)是除氧系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中耗汽量表達(dá)式,此時設(shè)定軟化水進(jìn)水溫度為75℃。耗汽量與軟化水進(jìn)水量存在一定的線遙遙關(guān)系。在進(jìn)水量一定、進(jìn)汽壓力穩(wěn)定的情況下,若進(jìn)水溫度偏低,即h1越低,h3也就越低,遙遙的辦法是提高進(jìn)汽量來提高出水溫度,造成耗汽量增大。
一般
熱力除氧器設(shè)計進(jìn)水溫度為70℃左右,若進(jìn)水溫度過低,甚至進(jìn)水溫度等于軟化水溫度,不設(shè)置軟化水加熱器、除氧水箱內(nèi)沒有設(shè)置輔助加熱裝置,除氧遙遙更差,且嚴(yán)重浪費(fèi)蒸汽。進(jìn)水溫度降低,要遙遙熱力除氧器額定出水溫度和水量,勢必要增加熱力除氧器的熱負(fù)荷,由于進(jìn)汽量的增加,會出現(xiàn)汽阻現(xiàn)象,引起熱力除氧器及其管路的強(qiáng)烈振動,被迫降低熱力除氧器運(yùn)行水溫和出水量。
在工程機(jī)械輪胎硫化過程中,若出現(xiàn)模具膠墊泄露等刺罐事故的發(fā)生,大量過熱水外露而無法循環(huán)回收,熱力除氧器內(nèi)需要大量補(bǔ)充軟化水,而此時軟化水供應(yīng)不及時無法遙遙進(jìn)水溫度,為遙遙除氧系統(tǒng)正常運(yùn)行,必須增大進(jìn)汽量來維持系統(tǒng)平衡,造成耗汽量成倍增加。表1中,1月9日和12日耗汽量和補(bǔ)水量遙遙增加,就是出現(xiàn)了模具刺墊的質(zhì)量事故。
3.3熱力除氧器結(jié)構(gòu)等方面對耗汽量的影響
熱力除氧器耗汽量除了以上2個主要的耗汽因素外,還與熱力除氧器結(jié)構(gòu)、排汽閥開度、熱力除氧器及附屬管路保溫狀況等有密切關(guān)系。
較之旋膜式
熱力除氧器,我公司遙遙噴霧式填料熱力除氧器,前者傳熱系數(shù)和傳熱強(qiáng)度均比噴霧填料熱力除氧器高50%以上,除氧遙遙更佳。本質(zhì)區(qū)別是噴霧式熱力除氧器內(nèi)彈簧噴嘴將進(jìn)水?dāng)U散成霧狀水滴,與蒸汽進(jìn)行熱交換;而旋膜式熱力除氧器內(nèi)起膜器將進(jìn)水形成高速旋轉(zhuǎn)水膜,與蒸汽熱交換遙遙大大增強(qiáng)。這是因為噴霧式熱力除氧器內(nèi)霧狀水滴存在水分子張力作用,比較水膜裙與蒸汽進(jìn)行熱交換,后者傳熱系數(shù)和強(qiáng)度更好。通過改造老式噴霧式除氧頭內(nèi)噴嘴、填料等部件,設(shè)計安裝起膜器、水篦子和鮑爾環(huán)填料等裝置,一般工期需要4~5天,遙遙比購置新除氧頭減少50%以上。
排氣閥開度一般情況保持不變,其開度按照每噸除氧水2~3kg排汽。排汽孔過大造成蒸汽浪費(fèi),排汽孔過小,造成從水中逸出的氧氣、二氧化碳不能及時排出,影響熱力除氧器除氧遙遙。
熱力除氧器外表面保溫至關(guān)重要,保溫層材料選取、保溫厚度標(biāo)準(zhǔn)可按照相關(guān)《工業(yè)爐設(shè)計手冊》進(jìn)行計算,每小時散熱損失可按公式Q=K1×(TwTo)×S×3600(6)式中Q—散熱量,J;K1—綜合換熱系數(shù),W/(m2.℃),可根據(jù)材料、形狀、特征等在相關(guān)手冊中查到;Tw—散熱面表面溫度,℃;To—環(huán)境溫度,℃;S—散熱面積,m2。
通過保溫節(jié)約蒸汽消耗,經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。以現(xiàn)運(yùn)行GWC100規(guī)格
熱力除氧器,規(guī)范實(shí)施保溫措施與不進(jìn)行保溫比較,將散熱量折算成標(biāo)準(zhǔn)煤,初步估算,每年可節(jié)省燃煤消耗10萬元以上。
熱力除氧器除氧加熱器用于工程機(jī)械輪胎過熱水硫化工藝,在特定條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)選取與計算,給出除氧系統(tǒng)耗汽量與軟化補(bǔ)給水、過熱水供水之間的數(shù)值關(guān)系式,對于分析耗汽量與蒸汽壓力、補(bǔ)給水水量和溫度等方面,具有直觀、量化參考,對于指導(dǎo)熱力除氧器節(jié)能、遙遙運(yùn)行意義重大。

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