旋膜式除氧器（熱力除氧器）在工業(yè)鍋爐中的應(yīng)用說(shuō)明？

旋膜式除氧器（熱力除氧器）在工業(yè)鍋爐中的應(yīng)用說(shuō)明？公司現(xiàn)有蒸汽鍋爐3臺(tái)，其中哈爾濱鍋爐廠生產(chǎn)的35噸蒸汽爐1臺(tái)；20噸蒸汽爐2臺(tái)，用于公司日常生產(chǎn)和部分采暖工作。為遙遙蒸汽鍋爐給水含氧量符合《GB15762021工業(yè)鍋爐水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求，公司特安裝了2臺(tái)大氣式熱力除氧器，單臺(tái)大處理能力為35噸/小時(shí)。運(yùn)行模式為2臺(tái)同時(shí)遙遙，分別進(jìn)水，水箱底部出水管并聯(lián)接至鍋爐給水泵入口母管。旋膜式除氧器（熱力除氧器）所用蒸汽為鍋爐自產(chǎn)蒸汽，蒸汽供應(yīng)壓力在0.4～0.5MPa,蒸汽溫度在143～145℃左右。進(jìn)旋膜式除氧器（熱力除氧器）含氧水為經(jīng)過(guò)離子交換器處理的軟化水，水溫在15℃左右。
改造前，該旋膜式除氧器（熱力除氧器）雖然由原始的現(xiàn)場(chǎng)操作閥門(mén)開(kāi)度遙遙壓力和溫度改為遠(yuǎn)程手操器控制閥門(mén)，但依然是靠值班人員手動(dòng)控制。此種控制方式不僅增加了值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且運(yùn)行工況不穩(wěn)定。如此一來(lái)，鍋爐給水除氧遙遙受值班人員的操作技巧、綜合技能影響較大。
隨著鍋爐運(yùn)行安全管理的不斷精細(xì)化，對(duì)鍋爐給水相關(guān)指標(biāo)的穩(wěn)定遙遙和遙遙遙遙提出了更高的要求。同時(shí)，受公司人力資源成本的逐年壓縮以及工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的成熟、普及的影響，對(duì)現(xiàn)有除氧器進(jìn)行自動(dòng)化改造的需求越加迫切。
自2021年4月起至2022年10月，公司歷時(shí)19個(gè)月，自主完成了旋膜式除氧器（熱力除氧器）自動(dòng)化控制改造項(xiàng)目的前期論證、試驗(yàn)、改造、調(diào)試和驗(yàn)證遙遙運(yùn)行，取得了良好遙遙，具體分析及過(guò)程如下所述。
原理分析
旋膜式除氧器（熱力除氧器）的設(shè)計(jì)原理大氣主要是由氮?dú)?、氧氣、二氧化碳以及少量的其他氣體組成。大氣壓力就是組成大氣的各種氣體的分壓力的共同作用結(jié)果，即
PxhP+P+Po+…式中P為大氣壓力，單位為Pa;R、B、Pm分別表示氮?dú)?、氧氣、二氧化碳的分壓力，單位為Pa。
根據(jù)亨利定律，任何氣體在水中的溶解度與該氣體在汽水界面上的分壓成正比。例如，水中的溶解氧含量只與水面上氣體中氧的分壓有關(guān)，而與總壓力無(wú)關(guān)。氧的分壓力愈大，水中溶解氧的濃度就越高。當(dāng)氧的分壓力等于低時(shí)，則水中的溶解氧也等于低。
在大氣壓力下把水加熱到沸騰時(shí)，水的飽和溫度就等于汽水界面上的大氣壓力，其他大氣組成氣體的分壓就等于低，當(dāng)然氧的分壓力即等于低。此時(shí)，氧氣在水中的溶解度急劇下降，因而從水中逸出，這就是熱力除氧的原理。用于熱力除氧的設(shè)備稱(chēng)為熱力除氧器。工業(yè)鍋爐給水常用旋膜式除氧器，是通入熱蒸汽將水加熱至沸點(diǎn)而達(dá)到除氧的目的。為了使除氧器內(nèi)的氣體能夠順利排到大氣中，除氧器內(nèi)保持著比大氣壓力稍高的壓力。一般除氧器內(nèi)壓力比大氣壓高0.01～0.02MPa,而此壓力下的水的沸騰溫度為102～104℃。
旋膜式除氧器的系統(tǒng)圖，如圖1所示。
1.脫氣塔；2.貯水箱；3.壓力表4.安全水封5.水位計(jì)
旋膜式除氧器（熱力除氧器）系統(tǒng)分析及前期試驗(yàn)
從圖1的旋膜式除氧器（熱力除氧器）系統(tǒng)圖可以看出，從除氧器底部出來(lái)的除氧水直接進(jìn)入鍋爐給水泵，其流量大小受鍋爐用水量控制。為便于析出氧的排出，除氧器頂部排氣閥應(yīng)對(duì)空常開(kāi)，不便納入自動(dòng)控制。只有含氧水進(jìn)水量和蒸汽量可作為自動(dòng)控制調(diào)節(jié)對(duì)象，對(duì)除氧器而言，這兩個(gè)量也是為關(guān)鍵的變量。
從旋膜式除氧器工作原理可以得知，除氧器的蒸汽量與含氧水進(jìn)水量緊密相連。把15℃的冷水加熱到102～104℃的飽和沸騰狀態(tài)，所需的熱量就來(lái)自于進(jìn)入除氧器的蒸汽。由此可以計(jì)算出在自產(chǎn)蒸汽系統(tǒng)供應(yīng)壓力下，進(jìn)入到除氧器中的蒸汽量與含氧水量之間的關(guān)系，約為16.2,即處理6.2噸含氧水需輸入1噸蒸汽。一旦該比例失衡，將造成旋膜式除氧器運(yùn)行不穩(wěn)定，如含氧水供給量增大，蒸汽供給量遙遙須遙遙增大；否則，遙遙將引起除氧器內(nèi)壓力降低，除氧水溫度降低，影響到除氧遙遙。如果含氧水供給量降低，蒸汽供給量不隨之降低，將使旋膜式除氧器內(nèi)壓力迅速升高，以至造成安全水封失效，發(fā)生冒水事故。
將含氧水進(jìn)水量和蒸汽量?jī)蓚€(gè)變量通過(guò)某一參數(shù)緊密聯(lián)系在一起，成為旋膜式除氧器自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。先后以流量、溫度、壓力三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)作為分析和試驗(yàn)對(duì)象展開(kāi)相關(guān)討論。
對(duì)于流量。由于系統(tǒng)蒸汽壓力存在波動(dòng)，單位流量蒸汽所帶的熱值也存在波動(dòng)，相應(yīng)的處理含氧水量也隨之變化，例如，直接以二者流量關(guān)系作為自動(dòng)控制參數(shù)時(shí)，遙遙須考慮蒸汽壓力這一重要因素?？梢?jiàn)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)較為復(fù)雜。
對(duì)于溫度。手動(dòng)操作下，以溫度為控制參數(shù)進(jìn)行大量試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)如下關(guān)系由于水的溫度變化較為緩慢，以溫度為控制參數(shù)時(shí)，常出現(xiàn)水箱內(nèi)水溫達(dá)到了飽和溫度，減小蒸汽量后，旋膜式除氧器壓力過(guò)低，不僅造成大量的水汽化，而且不利于析出氧的順利排出，直接影響除氧遙遙。
對(duì)于壓力。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，將旋膜式除氧器內(nèi)蒸汽空間壓力控制在一定范圍內(nèi)，可以遙遙除氧器內(nèi)的水溫，同時(shí)也不會(huì)造成遙遙壓冒水或低壓不利于排氣的現(xiàn)象發(fā)生。但是，人工控制旋膜式除氧器壓力過(guò)程中，由于蒸汽壓力波動(dòng)較大，水箱又是微壓運(yùn)行，致使操作蒸汽閥門(mén)非常頻繁，大大增加了值班人員的工作量。
綜合分析，在自動(dòng)控制關(guān)鍵參數(shù)的選擇上，控制除氧器內(nèi)蒸汽空間壓力不僅遙遙遙遙高而且易于實(shí)現(xiàn)。為盡量簡(jiǎn)化自動(dòng)化設(shè)備及中間環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)上采取含氧水上水遙遙立自控，旋膜式除氧器以除氧器內(nèi)蒸汽空間壓力作為控制參數(shù)的定壓控制方式。
旋膜式除氧器（熱力除氧器）系統(tǒng)參數(shù)的整定
旋膜式除氧器（熱力除氧器）的運(yùn)行遙遙須是在遙遙鍋爐給水充足的前提下進(jìn)行，同時(shí)需考慮到含氧水的調(diào)節(jié)較為穩(wěn)定。所以，自動(dòng)控制系統(tǒng)各參數(shù)整定過(guò)程中，應(yīng)先確定含氧水供給控制調(diào)節(jié)器的參數(shù)。
基于前期的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)整定采取的是經(jīng)驗(yàn)試湊法，即先試湊比例度，再加積分。由于含氧水自動(dòng)控制所參考的液位參數(shù)本身波動(dòng)不是很劇烈且容許有一定的偏差，所以在PID調(diào)節(jié)中未加入微分量。
在含氧水自動(dòng)控制調(diào)整穩(wěn)定后，根據(jù)給水量整定蒸汽供給自動(dòng)控制系統(tǒng)參數(shù)。先按含氧水供給量及汽水比61的關(guān)系確定比例度，然后再遙遙經(jīng)驗(yàn)試湊法不斷調(diào)整積分量。由于旋膜式除氧器工作壓力為微壓且波動(dòng)較大，所以在試湊積分量時(shí)從50%開(kāi)始。先以10%步進(jìn)，待系統(tǒng)初步穩(wěn)定后再進(jìn)行微調(diào)。反復(fù)嘗試，將PID調(diào)節(jié)器內(nèi)的參數(shù)設(shè)置為P=120%,I=80s,D=1s時(shí)，系統(tǒng)為穩(wěn)定。
遙遙分析及驗(yàn)證
由于本次改造所遙遙的均是較為成熟的PI智能控制儀表和電動(dòng)執(zhí)行器，遙遙遙遙較高。同時(shí)，為提高系統(tǒng)應(yīng)急能力，分別在液位、壓力等控制儀表上安裝高低位報(bào)警設(shè)備。在此次改造中，為提高供水應(yīng)急能力，保留原有手動(dòng)控制系統(tǒng)，以便應(yīng)急遙遙。
該自動(dòng)控制系統(tǒng)改造完成后，經(jīng)過(guò)12個(gè)月的試運(yùn)行，運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定，各控制參數(shù)均符合相關(guān)規(guī)范要求。運(yùn)行數(shù)據(jù)抽樣統(tǒng)計(jì)情況，如表1所示。
序號(hào)時(shí)間旋膜式除氧器壓力/MPa除氧器溫度/℃除氧器液位/(%)出水溶解氧/(ng/L)
1號(hào)2號(hào)1號(hào)2號(hào)1號(hào)2號(hào)
12021.11.111200B.317.04102.1103.071.776.40.015
22021.12.2417009.008.79103.5104.071.466.10.015
32022.01.10100010.2410.24102.3102.371.068.70.015
42022.02.02110010.0710.15102.3102.465.069.80.015
52022.02.04050010.0010.0699.9100.284.282.30.015
通過(guò)對(duì)本系統(tǒng)旋膜式除氧器（熱力除氧器）及鍋爐運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)與分析，結(jié)合對(duì)除氧器自動(dòng)控制下所輸送除氧水溶解氧的監(jiān)測(cè)，得出在工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中，旋膜式除氧器可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，且自動(dòng)運(yùn)行的穩(wěn)定遙遙、運(yùn)行效率和除氧遙遙均優(yōu)于手動(dòng)控制。