白逢

（中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

并聯(lián)除氧器運(yùn)行節(jié)能分析與技術(shù)改造

白逢

（中國(guó)神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

為了解決除氧器運(yùn)行中補(bǔ)水量大，加熱蒸汽消耗量大，生產(chǎn)成本高及并聯(lián)除氧器在停運(yùn)檢修時(shí)水箱內(nèi)存水排放浪費(fèi)的問(wèn)題，進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)工作，并提出了利用連通器的工作原理，在除氧器停運(yùn)前減少待修除氧器水箱內(nèi)存水的方法，有效降低了除氧器運(yùn)行成本，避免了系統(tǒng)停運(yùn)時(shí)大量積水外排，減少了工質(zhì)浪費(fèi)，降低了污水處理廠的處理壓力，同時(shí)也降低了生產(chǎn)成本，達(dá)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(jī)組概況

某電廠機(jī)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(jī)組，配套3× 440 t/h高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐。＃1、＃2機(jī)組分別于2007年9月和2008年1月建成投產(chǎn)，其主要任務(wù)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(chǎn)需要。發(fā)電負(fù)荷隨化工區(qū)用電負(fù)荷的變化而變化，自發(fā)自用。

該電廠的主要任務(wù)是向化工區(qū)提供穩(wěn)定的高壓蒸汽。產(chǎn)汽鍋爐發(fā)生故障時(shí)供汽壓力會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，影響化工區(qū)生產(chǎn)。為了提高供汽壓力的穩(wěn)定性，電廠所有系統(tǒng)均設(shè)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(wú)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(tái)除氧器為并聯(lián)運(yùn)行。該系統(tǒng)在目前的大型單元制機(jī)組里很難見(jiàn)到，但在各化工廠的自備熱電站和熱電聯(lián)產(chǎn)及城市供熱機(jī)組中較為普遍。

2 提出問(wèn)題

機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，每年都要進(jìn)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(yùn)，將系統(tǒng)內(nèi)存水全部排至污水處理廠進(jìn)行處理。以往的方法是停止給水泵運(yùn)行，停止除氧器汽側(cè)及水側(cè)運(yùn)行，最后將系統(tǒng)內(nèi)存水排至污水處理廠。單就給水除氧系統(tǒng)而言，在這一過(guò)程中就要排放近300 t存水，在造成資源浪費(fèi)的同時(shí)，也在污水處理這一環(huán)節(jié)增加了生產(chǎn)成本，這與國(guó)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(chǎn)過(guò)程中，該電廠擔(dān)負(fù)著向化工區(qū)輸送高溫蒸汽的任務(wù)，供汽量大約500 t/h。在除氧器內(nèi)將除鹽水從20℃加熱至158℃需耗費(fèi)大量蒸汽，既耗費(fèi)大量能源也不利于除氧器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3 分析問(wèn)題

針對(duì)上述問(wèn)題，工藝技術(shù)人員詳細(xì)計(jì)算了并聯(lián)除氧器正常運(yùn)行及停運(yùn)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(shí)施后，既減少了能源浪費(fèi)，也降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到了降本增效的目的。

3.1 除氧器運(yùn)行中的熱源消耗

由于外供蒸汽量達(dá)500 t/h左右，所以除氧器在運(yùn)行中的除鹽水補(bǔ)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(xué)第一定律［1］及比熱容公式［2］可知其每小時(shí)能耗為

式中：c為水的比熱容，c＝4.2×103J/（kg·K）；m為工質(zhì)質(zhì)量，m＝500×103kg；Δt為溫度變化量。

經(jīng)查，0.588 MPa對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度為158.08℃，因此在該過(guò)程中可不考慮汽化潛熱的計(jì)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(guò)程中消耗的蒸汽量為

該壓力等級(jí)蒸汽的自用價(jià)格以60元/t計(jì)算，則系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，3臺(tái)除氧器每小時(shí)消耗的熱源成本為

3.2 公用系統(tǒng)檢修時(shí)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(xué)車間由生水制備而來(lái)，根據(jù)公司核算，除鹽水的制備成本為9元/t，3臺(tái)除氧器內(nèi)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(xué)車間的除鹽水經(jīng)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(jì)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(yùn)行的時(shí)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(jì)算，則電費(fèi)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(jì)算，則電費(fèi)為192×0.3＝57.6（元）。

3.2.3 除鹽水在除氧器內(nèi)的加熱成本

將300t 20℃的除鹽水在除氧器內(nèi)加熱成壓力為0.588MPa、溫度為158℃的除氧水，每小時(shí)能耗為

在該過(guò)程中也可不考慮汽化潛熱的計(jì)算，消耗的蒸汽量為

該壓力等級(jí)蒸汽的自用價(jià)格以60元/t計(jì)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(jì)算，則電費(fèi)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(nèi)存水排至污水處理廠后，經(jīng)過(guò)處理后的水送至化學(xué)車間作為新鮮水使用，達(dá)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(guò)程中，給水除氧這一系統(tǒng)排放存水的總成本為

4 解決問(wèn)題

4.1 提高除氧器補(bǔ)水溫度的技術(shù)改造

為節(jié)約生產(chǎn)成本，可以提高除氧器補(bǔ)水的溫度。工藝技術(shù)人員通過(guò)技術(shù)改進(jìn)，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(cè)，并設(shè)置旁路。技術(shù)改進(jìn)后的給水除氧工藝流程如圖2所示。

如圖2所示，機(jī)組正常運(yùn)行過(guò)程中，開(kāi)啟供化工區(qū)換熱器水側(cè)進(jìn)水閥門t23、出水閥門t22，關(guān)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(chǎn)成本。根據(jù)熱力學(xué)第一定律及比熱容公式可知，技術(shù)改進(jìn)后除氧器運(yùn)行中每小時(shí)的熱源消耗為

圖2 技改后的給水除氧工藝流程

在該過(guò)程中也可不考慮汽化潛熱的計(jì)算。在此過(guò)程中消耗的高溫輔汽量為

與技術(shù)改進(jìn)前相比，每小時(shí)節(jié)約了41.84 t蒸汽，節(jié)省了2510.4元生產(chǎn)成本。

4.2 并聯(lián)除氧器停運(yùn)操作的節(jié)能分析

4.2.1 除氧器并聯(lián)運(yùn)行原理

幾個(gè)底部互相連通的容器，注入同一種液體，在液體不流動(dòng)時(shí)連通器內(nèi)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(shí)質(zhì)是當(dāng)連通器內(nèi)液體不流動(dòng)時(shí)，各容器內(nèi)液體對(duì)連通器底部正中部位的壓強(qiáng)相等。

并聯(lián)運(yùn)行的除氧器，其汽側(cè)通過(guò)汽平衡母管連通，水側(cè)通過(guò)低溫低壓給水母管連通，因此，圖1所示的3臺(tái)除氧器屬連通器。并聯(lián)運(yùn)行的除氧器在正常運(yùn)行中，各除氧器汽側(cè)壓力相同，主要是通過(guò)汽平衡母管來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(xué)基本方程可知

式中：p1為＃1除氧器汽側(cè)壓強(qiáng)；p2為＃2除氧器汽側(cè)壓強(qiáng)；p3為＃3除氧器汽側(cè)壓強(qiáng)；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(yùn)行中，各除氧器之間不存在液體流動(dòng)現(xiàn)象。

反之，在除氧器解列前，可以應(yīng)用連通器的工作原理，改變待解列除氧器內(nèi)的工作壓力，讓待解列除氧器與運(yùn)行除氧器之間發(fā)生液體流動(dòng)，降低待解列除氧器的液位高度，達(dá)到減少除氧器內(nèi)存水量的目的。

4.2.2 操作方法

以停運(yùn)＃1除氧器運(yùn)行為例，通過(guò)以下操作，降低＃1除氧器的液位高度h1。首先，關(guān)閉＃1除氧器至汽平衡母管電動(dòng)門t4，使＃1除氧器汽側(cè)與＃2，＃3除氧器汽側(cè)解除連通，然后緩慢增加＃1除氧器進(jìn)汽電動(dòng)閥t3開(kāi)度，增加＃1除氧器的進(jìn)汽量，使＃1除氧器汽側(cè)壓力p1升高，即p1＞p2＝p3；則（p1＋ρgh1）＞（p2＋ρgh2）＝（p3＋ρgh3）。

因各除氧器水側(cè)通過(guò)低溫低壓給水母管連通，所以＃1除氧器內(nèi)的液體就會(huì)向＃2，＃3除氧器流動(dòng)，或＃1除氧器的出水量大于＃2，＃3除氧器的出水量?？傊?，＃1除氧器的液位高度h1開(kāi)始下降，與此同時(shí)，緩慢減?。?除氧器除鹽水進(jìn)水電動(dòng)閥t2開(kāi)度，減?。?除氧器的進(jìn)水量直至進(jìn)水量為0。當(dāng)＃1除氧器的液位高度降至最低可見(jiàn)液位時(shí)，關(guān)閉＃1除氧器至低溫低壓給水母管電動(dòng)閥t5，解列＃1除氧器水側(cè)。最后，迅速關(guān)閉＃1除氧器進(jìn)汽電動(dòng)閥t3，開(kāi)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(shí)，可以用同樣的方法解列＃2除氧器。當(dāng)＃3除氧器單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，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(yùn)后，保證除氧器內(nèi)基本無(wú)存水。

這一操作過(guò)程，也可以用以下不同的方法，以實(shí)現(xiàn)待解列除氧器汽側(cè)壓力高于運(yùn)行除氧器汽側(cè)壓力的目的。增加待解列除氧器加熱汽源的進(jìn)汽量，使待解列除氧器內(nèi)壓力升高；減少待解列除氧器低溫水的進(jìn)水量，使待解列除氧器內(nèi)液體溫度升高；增加運(yùn)行除氧器低溫水的進(jìn)水量，使運(yùn)行除氧器內(nèi)液體溫度降低；減少運(yùn)行除氧器進(jìn)汽量。

2015年公用系統(tǒng)檢修時(shí)，利用增加待解列除氧器進(jìn)汽量的方法停運(yùn)3臺(tái)并聯(lián)除氧器，除氧器停運(yùn)后，除氧器水箱內(nèi)基本無(wú)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(yùn)行中，某臺(tái)除氧器發(fā)生故障需要單臺(tái)解列的操作中應(yīng)用。

4.2.3 注意事項(xiàng)

在這一操作過(guò)程中，要特別注意以下操作事項(xiàng)。

（1）操作過(guò)程要緩慢，防止因操作幅度過(guò)大，導(dǎo)致除氧器發(fā)生振動(dòng)。

（2）當(dāng)待解列除氧器達(dá)到最低可見(jiàn)液位時(shí)，應(yīng)迅速關(guān)閉待解列除氧器至低溫低壓給水母管電動(dòng)閥t5（或t12，t19），防止蒸汽進(jìn)入低溫低壓給水母管，導(dǎo)致低溫低壓給水母管發(fā)生震動(dòng)，或蒸汽進(jìn)入給水泵，導(dǎo)致給水泵發(fā)生喘振事故。

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，在除氧器解列之前，應(yīng)用連通器的工作原理，通過(guò)精細(xì)化操作，可以實(shí)現(xiàn)除氧器停運(yùn)后，除氧水箱內(nèi)基本無(wú)存水。另外，通過(guò)技改大大降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到節(jié)能減排，降本增效的目的。

［1］胡盤新.大學(xué)物理手冊(cè)［M］.上海：上海交通大學(xué)出版社，1999：176.

［2］李笑樂(lè).工程熱力學(xué)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1993：50.

［3］管楚定，王右寰.工程流體力學(xué)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998：42.

［4］楊世銘，陶文銓.傳熱學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［5］秦曾煌.電工學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2004.

（本文責(zé)編：劉炳鋒）

TK 223.5＋22

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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(jī)運(yùn)行管理工作（E-mail：baif2009＠163.com）。

2016－03－31；

2016－08－22