锅炉除氧器给水含氧量超标原因查找与处理

锅炉除氧器给水含氧量超标原因查找与处理

张义

（广州发展分布式能源站管理有限公司,广东广州510623）

摘要：锅炉给水系统存在含氧量不合格问题，会出现腐蚀等现象，严重时会发生爆管。为此，对除氧系统开展试验，根据分析结果进行了工艺改进，项目实施后给水含氧量长期稳定在25μg/L以下，除氧合格率达到100%，消除了锅炉安全运行的隐患。

关键词：除氧器；给水泵；含氧量

1.前言

锅炉给水中的含氧量是造成热力设备和管道腐蚀的主要原因，为防止和减轻热力系统的氧腐蚀，必须对锅炉给水进行除氧处理。常见的方法为物理方法、化学方法及电化学方法等。

1.1物理方法

采用物理方法除氧，是利用物理的方法将水中的氧气析出，常用的有热力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。热力除氧的原理基于亨利定律,即用蒸汽加热的方式把水加热到相应压力下的饱和温度,使水中气体逸出,除去水中含氧量。真空除氧器就是利用抽真空的方法,使水在常温下呈沸腾状态,除去水中含氧量的设备。解析除氧器是使含氧的水与无氧的气体相混合,将水中的氧气分离出来的设备。

1.2化学方法

采用化学方法除氧，主要是利用化学反应来除去水中含有的氧气，使水中的含氧量在进入锅炉前就转变成稳定的金属或其它药剂的化合物，从而将其消除，常用的有药剂除氧法和钢屑除氧法等。这种方式多适用于热水锅炉和小型工业锅炉,较大锅炉仅在除氧器发生故障或需深度处理时采用。

1.3电化学方法

锅炉给水除氧，除可以采用化学方法和物理方法之外，还可以采用电化学方法。电化学除氧，是应用电化学保护的原理，使一种易氧化的金属发生电化学腐蚀，让水中的氧被消耗掉而去除。此法与上述除氧方法比较，设备简单，操作使用方便，运行费用低，可广泛应用于低压锅炉及热水锅炉的给水除氧。但是电化学除氧法目前虽然尚无成熟的经验，但根据试制使用的情况看，其经济实用性比较明显。

2.现状

鳌头能源站燃气锅炉型号为SZS25-2.5/250-QT，容量为25t/h，自配除氧器工作压力≤0.02MPa，工作温度为104℃，容积为15m3，溶解氧技术参数要求不大于15ug/L。

根据GB/T1576-2008《工业锅炉水质》标准要求，燃气锅炉给水氧含量≤50μg/L。由于锅炉蒸汽品质的改变以及工艺和设备等方面的缺陷，除氧器自投产以来给水除氧系统运行不正常，即使除氧器在104～106℃情况下运行，给水实际检测的氧含量也会出现严重超标，最大达到500ug/l，进而影响到电厂的安全、经济运行。具体数据见表1。

表1除氧器在104～106℃情况下的除氧情况表

3.原因分析

由于燃气锅炉作为调峰机组，负荷波动较大，而且原设计中只有软化水进水管路才具备进水自动调节功能，凝结水进水管路无法自动调节，使除氧器实际进水情况为，一路软化水进水作主供水（有自动调节功能），水温约为15~30℃，另一路凝结水进水作补充水（无自动调节功能），水温约为65~80℃。故燃气锅炉负荷较低时，凝结水管路极少使用。而且，低温软化水的含氧量含量约9000ug/L，凝结水的含氧量含量约3600ug/L，均可能导致除氧器运行偏离设计水源水质情况较多，使除氧器除氧效果达不到产品设计要求。

为此，通过提升除氧器凝结水进水水温，改变除氧器进水方式，改善除氧头的进水雾化效果等，不断做试验方案排查给水含氧量偏高的各种原因。

3.1除氧器结构存在缺陷，给水雾化效果不佳

热力除氧的原理基于亨利定律,即气体在水中的溶解度与该气体在气水界面上的分压力成正比。热力除氧器是用蒸汽加热的方式把水加热到相应压力下的饱和温度,使水中气体逸出,除去水中含氧量的设备。蒸汽分压力在水饱和沸腾时达到最大，而水饱和沸腾是除氧的理想状态，当液面上的空气分压力小于其平衡压力，空气便从水中逸出,压差越大，逸出量越大。经反复分析认证，并在现场调整试验，具体分析如下：

3.1.1除氧喷嘴损坏、喷嘴内杂物堵塞

2016年8月18日至22日，机组全停检修期间，专门针对燃气锅炉除氧头进行检修，喷嘴分上下两层布置，凝结水管路有8个，软化水管路有42个喷嘴，共计50个喷嘴。检查发现因为机组投产前对管道的冲洗导致个别喷嘴有杂质堵塞，另发现有1个喷嘴脱落。检修人员对所有喷嘴拆除后进行了清洗，并将脱落的喷嘴装回。检修结束燃气锅炉运行后，测量给水含氧量仍然不合格，与之前数值相比并无明显变化。

3.1.2填料变形、筛盘螺丝松动、脱落而倾斜

这些缺陷会致使水和汽在除氧器内分布不匀，流动受阻，汽水接触面及接触时间减少，导致除氧效果恶化。

2016年8月18日至22日机组全停检修期间，检查燃气锅炉除氧头填料状态完好，筛盘螺丝紧固，无倾斜现象。

3.2进水温度低

除氧器的出水工艺指标控制在：温度104～106℃，内部蒸汽压力为0.016-0.018MPa。因外界热用户用汽负荷波动较大，燃气锅炉作为调峰锅炉，除氧器运行中因负荷波动大，造成除氧器进水量不稳定，软化水进水温度过低，达不到除氧器内压力的饱和温度，给水中的含氧量就会增加。当除氧水水温低于60℃时，加热定量进水到相应除氧器压力下的饱和温度所需的蒸汽量就加大，原有的蒸汽量就显得不足，自动调节跟踪不及时，而使除氧器的除氧效果变差；与此同时，由于蒸汽量突然加大使蒸汽流速增大，破坏了水、汽的均匀加热，也导致了除氧器的效率降低。

针对此种现象，我司改变了原凝结水进水管路无法自动调节的设计，2016年10月20日通过系统改造方案，增加了凝结水进水的自动调节功能，燃气锅炉除氧器尽量使用凝结水70～85℃进水，从而提高除氧器进水温度，同时减少蒸汽加热用量。通过改造后运行实践证明，给水含氧量数值略有降低，但仍不合格。

3.3给水调节方式不稳定

在给水泵出口的省煤器给水调节门设计为全开全关式，也可能对给水含氧量的取样准确性带来一定的影响。

2016年12月，通过DCS系统的数据和现场观察，当给水调节门全关时，给水含氧量会比全开时偏大，这是因为管道内给水不流动造成的。故将给水调节门打手动开到一定阀位，使给水均匀稳定进水，给水含氧量变化幅度虽然没有之前大，但仍然不合格。

3.4凝结水含氧量不合格

除氧器补水包括凝结水、软化水，因此，凝结水也是给水的主要组成部分。凝结水箱容积为100M3，配套两台凝结水泵，采用填料密封。热用户的凝结水回水未经处理就直接输送到凝结水箱，在输送、储存过程中，或由于设备、介质腐蚀泄漏等原因，致使空气等杂质溶入了水体，污染了水质，增加了溶氧，造成了除氧器入水含氧量的偏高。

为此，针对凝结水泵运行中有空气漏入，采用倒换备用泵，更换盘根。维护和调整凝结水箱液位。针对漏点，加强查漏、堵漏工作。然而，经过多方努力，现状改变不大，凝结水含氧量仍达不到指标。

3.5仪表监测误差，分析化验不准确

2017年2月份多次在“0”米就地采样与仪表在线监测对比试验结果显示：仪表监测数据能够反应实际运行情况。

3.6蒸汽压力不足、压力调节滞后导致加热不足

除氧器水温的变化对除去水中的氧气和其它气体有直接的关系。当除氧器蒸汽压力不足时，则大气中空气会从排气管进入除氧器内，反而大大增加水中的含氧量；压力调节滞后使得汽水混合不均匀，其相应的饱和水温就低，达不到压力下饱和蒸汽的温度，不能起到除氧效果。原除氧器水温控制在100～102℃，除氧效果较差。

2017年3月，通过调整更换加热管道的减压阀，加热压力提高至0.8MPa，除氧器水温能够达到104℃，可达到设计参数，但是除氧器给水含氧量仍不合格。

3.7排气门开度不够，氧气逸出不畅

给水经过蒸汽加热至该压力下的饱和温度时，水中的含氧量气则从除氧头排气门排出，如果气门开得过大，虽能达到除氧效果，但有大量蒸汽随同氧气一起跑掉，造成热量及汽水损失；排气门未开或开度较小，解析出来的气体排不出去，气体的浓度则不断的增加，分压力也随之增加，影响了蒸汽对水的加热，阻止了除氧头上部的除氧作用，使已经除过氧的水中含氧量增大。

通过检查除氧器除氧塔顶部排空门在全开位置，说明不存在氧气从水中离析出来后，不能够顺利排出的问题，只会增加汽水损失，后根据除氧器压力和节能需要将除氧塔顶部排空门调整至全开的一半；以上调整对给水含氧量的降低均没有作用。

3.8小结

排除了以上原因后，2017年7月利用除氧器出水管道的仪表取样管对除氧水取样分析，与锅炉给水泵出口处原给水取样点的给水含氧量分析比对，前者氧含量为10μg/L~25μg/L波动，后者大于500μg/L。故除氧器给水溶氧超标原因为：锅炉给水泵密封软化水直接进入给水系统后，高含氧量的软化水与给水混合后引起了给水含氧量超标。查阅给水泵结构图并向锅炉给水泵厂家咨询后知，更加验证了这一论证。经初步测算，给水泵的密封水管径为DN15，取流速为2m/s，则Q=V*S，那么至少有1.3t/h的软化水混入除氧水中，而且在锅炉蒸发量越低的时候导致给水溶氧越高。

4.解决措施

改造措施是将给水泵密封水源由软化水改为除氧水。除氧水（参数：压力4MPa、温度104℃）可从给水泵出口母管引出，引到水汽取样间取样冷却器入口，经冷却后再回到燃气锅炉给水泵，作为给水泵密封水源。

图1给水泵密封水改造图（红色标记为改造部分）

4.1从给水泵出口母管开孔（泵房内），用φ18×3不锈钢管（材质：304）连接，并通过减压阀将给水压力从4MPa降至0.4MPa，然后进入水汽取样间取样冷却器进口，与冷却器管焊接。

4.2用φ18×3不锈钢管（材质：304）与冷却器管出口管焊接，然后引回到燃气锅炉给水泵，作为给水泵密封水源。

4.3管道采用架空布置，尽量靠墙边走向，从给水母管至冷却器管道2米以下需保温，其余管道不需保温。

以上改造在2017年10月实施完成，

5.改进效果检验

从2017年10月改造后经过近一年的运行，除氧器运行良好，在对除氧器出水管道仪表取样点和给水泵出口取样点取样，测氧含量分析比较后发现除氧水氧含量达到国标要求，除氧效果明显提高。经过改造，即使除氧器负荷有较大波动，除氧效果亦完全能满足给水品质要求，大大减轻给水管线以及加热器设备的氧腐蚀危害。统计2018年1月~2018年6月给水含氧量指标，给水含氧量已降低至35μg/L以下，基本维持在15μg/L左右，合格率达100％。消除了燃气锅炉安全运行的隐患，为稳定生产提供了保障。

表2给水泵密封水改造后除氧器除氧试验数据表

6.结论及建议

除氧器给水含氧量严重超标经过多方面试验调整和分析，最终发现含氧量超标是由给水泵软化水密封冷却轴封后直接混入给水泵传输介质内所引起，根本原因是给水泵密封水源不合理导致的，给水含氧量实际是合格的。本次改造方案解决了给水泵密封水源设计不合理的缺陷，保证了燃气锅炉的安全运行，而且能起到良好的经济效果及社会效益。

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作者简介：张义，（1981年—）男，重庆市九龙坡区人，本科，助理工程师，主要从事发电厂生产运行管理工作。