旋膜式除氧器（熱力除氧器）在工業鍋爐中的應用說明？

旋膜式除氧器（熱力除氧器）在工業鍋爐中的應用說明？公司現有蒸汽鍋爐3臺，其中哈爾濱鍋爐廠生產的35噸蒸汽爐1臺；20噸蒸汽爐2臺，用于公司日常生產和部分采暖工作。為遙遙蒸汽鍋爐給水含氧量符合《GB15762021工業鍋爐水質標準》的相關要求，公司特安裝了2臺大氣式熱力除氧器，單臺大處理能力為35噸/小時。運行模式為2臺同時遙遙，分別進水，水箱底部出水管并聯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蒸汽，蒸汽供應壓力在0.4～0.5MPa,蒸汽溫度在143～145℃左右。進旋膜式除氧器（熱力除氧器）含氧水為經過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）雖然由原始的現場操作閥門開度遙遙壓力和溫度改為遠程手操器控制閥門，但依然是靠值班人員手動控制。此種控制方式不僅增加了值班人員的勞動強度，而且運行工況不穩定。如此一來，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。
隨著鍋爐運行安全管理的不斷精細化，對鍋爐給水相關指標的穩定遙遙和遙遙遙遙提出了更高的要求。同時，受公司人力資源成本的逐年壓縮以及工業自動化技術的成熟、普及的影響，對現有除氧器進行自動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19個月，自主完成了旋膜式除氧器（熱力除氧器）自動化控制改造項目的前期論證、試驗、改造、調試和驗證遙遙運行，取得了良好遙遙，具體分析及過程如下所述。
原理分析
旋膜式除氧器（熱力除氧器）的設計原理大氣主要是由氮氣、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分別表示氮氣、氧氣、二氧化碳的分壓力，單位為Pa。
根據亨利定律，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，而與總壓力無關。氧的分壓力愈大，水中溶解氧的濃度就越高。當氧的分壓力等于低時，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，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，當然氧的分壓力即等于低。此時，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。用于熱力除氧的設備稱為熱力除氧器。工業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而達到除氧的目的。為了使除氧器內的氣體能夠順利排到大氣中，除氧器內保持著比大氣壓力稍高的壓力。一般除氧器內壓力比大氣壓高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
旋膜式除氧器（熱力除氧器）系統分析及前期試驗
從圖1的旋膜式除氧器（熱力除氧器）系統圖可以看出，從除氧器底部出來的除氧水直接進入鍋爐給水泵，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對空常開，不便納入自動控制。只有含氧水進水量和蒸汽量可作為自動控制調節對象，對除氧器而言，這兩個量也是為關鍵的變量。
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水量緊密相連。把15℃的冷水加熱到102～104℃的飽和沸騰狀態，所需的熱量就來自于進入除氧器的蒸汽。由此可以計算出在自產蒸汽系統供應壓力下，進入到除氧器中的蒸汽量與含氧水量之間的關系，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行不穩定，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壓力迅速升高，以至造成安全水封失效，發生冒水事故。
將含氧水進水量和蒸汽量兩個變量通過某一參數緊密聯系在一起，成為旋膜式除氧器自動化實現的關鍵。先后以流量、溫度、壓力三個關鍵參數作為分析和試驗對象展開相關討論。
對于流量。由于系統蒸汽壓力存在波動，單位流量蒸汽所帶的熱值也存在波動，相應的處理含氧水量也隨之變化，例如，直接以二者流量關系作為自動控制參數時，遙遙須考慮蒸汽壓力這一重要因素。可見，實現起來較為復雜。
對于溫度。手動操作下，以溫度為控制參數進行大量試驗，發現如下關系由于水的溫度變化較為緩慢，以溫度為控制參數時，常出現水箱內水溫達到了飽和溫度，減小蒸汽量后，旋膜式除氧器壓力過低，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。
對于壓力。試驗過程中發現，將旋膜式除氧器內蒸汽空間壓力控制在一定范圍內，可以遙遙除氧器內的水溫，同時也不會造成遙遙壓冒水或低壓不利于排氣的現象發生。但是，人工控制旋膜式除氧器壓力過程中，由于蒸汽壓力波動較大，水箱又是微壓運行，致使操作蒸汽閥門非常頻繁，大大增加了值班人員的工作量。
綜合分析，在自動控制關鍵參數的選擇上，控制除氧器內蒸汽空間壓力不僅遙遙遙遙高而且易于實現。為盡量簡化自動化設備及中間環節，在設計上采取含氧水上水遙遙立自控，旋膜式除氧器以除氧器內蒸汽空間壓力作為控制參數的定壓控制方式。
旋膜式除氧器（熱力除氧器）系統參數的整定
旋膜式除氧器（熱力除氧器）的運行遙遙須是在遙遙鍋爐給水充足的前提下進行，同時需考慮到含氧水的調節較為穩定。所以，自動控制系統各參數整定過程中，應先確定含氧水供給控制調節器的參數。
基于前期的試驗數據，該系統整定采取的是經驗試湊法，即先試湊比例度，再加積分。由于含氧水自動控制所參考的液位參數本身波動不是很劇烈且容許有一定的偏差，所以在PID調節中未加入微分量。
在含氧水自動控制調整穩定后，根據給水量整定蒸汽供給自動控制系統參數。先按含氧水供給量及汽水比61的關系確定比例度，然后再遙遙經驗試湊法不斷調整積分量。由于旋膜式除氧器工作壓力為微壓且波動較大，所以在試湊積分量時從50%開始。先以10%步進，待系統初步穩定后再進行微調。反復嘗試，將PID調節器內的參數設置為P=120%,I=80s,D=1s時，系統為穩定。
遙遙分析及驗證
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執行器，遙遙遙遙較高。同時，為提高系統應急能力，分別在液位、壓力等控制儀表上安裝高低位報警設備。在此次改造中，為提高供水應急能力，保留原有手動控制系統，以便應急遙遙。
該自動控制系統改造完成后，經過12個月的試運行，運行狀態穩定，各控制參數均符合相關規范要求。運行數據抽樣統計情況，如表1所示。
序號時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2號1號2號1號2號
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
通過對本系統旋膜式除氧器（熱力除氧器）及鍋爐運行狀態參數的統計與分析，結合對除氧器自動控制下所輸送除氧水溶解氧的監測，得出在工業鍋爐系統中，旋膜式除氧器可以實現自動化控制，且自動運行的穩定遙遙、運行效率和除氧遙遙均優于手動控制。

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