旋膜式除氧器并聯(lián)運(yùn)行節(jié)能分析與技術(shù)改造說(shuō)明

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旋膜式除氧器并聯(lián)運(yùn)行節(jié)能分析與技術(shù)改造說(shuō)明。為了解決旋膜式除氧器運(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)旋膜式除氧器在停運(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，在旋膜式除氧器停運(yùn)前減少待修旋膜式除氧器水箱內(nèi)存水的方法，遙遙降低了旋膜式除氧器運(yùn)行成本，避遙遙了系統(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。
1機(jī)組概況
某電廠機(jī)組容量為3×440t/h+2×100MW，采用2×100MW空冷凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組，配套3×440t/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)，其主要遙遙是向煤制油化工區(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。
該電廠的主要遙遙是向化工區(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)定遙遙，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。
旋膜式除氧器為YY490型無(wú)頭高壓旋膜式除氧器，其工作壓力為0.588MPa，工作溫度為158℃,水箱的遙遙容積為100m3，3臺(tái)旋膜式除氧器為并聯(lián)運(yùn)行。該系統(tǒng)在目前的遙遙單元制機(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旋膜式除氧器提出問(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，停止旋膜式除氧器汽側(cè)及水側(cè)運(yùn)行，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300t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，這與遙遙家提倡的節(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)輸送高溫蒸汽的遙遙，供汽量大約500t/h。在旋膜式除氧器內(nèi)將除鹽水從20℃加熱至158℃需耗費(fèi)大量蒸汽，既耗費(fèi)大量能源也不利于旋膜式除氧器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
3旋膜式除氧器分析問(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)旋膜式除氧器正常運(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旋膜式除氧器運(yùn)行中的熱源消耗
由于外供蒸汽量達(dá)500t/h左右，所以旋膜式除氧器在運(yùn)行中的除鹽水補(bǔ)水量也是500t/h左右。旋膜式除氧器的加熱汽源的壓力為0.600MPa，溫度為276.32℃。除鹽水的年平均溫度為20℃,那么將500t20℃的除鹽水加熱成壓力為0.588MPa、溫度為158℃的除鹽水，由熱力學(xué)一定律及比熱容公式可知其每小時(shí)能耗為Q=cmΔt=4.2×103×500×103×(158－20)J=2.898×108kJ，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，0.588MPa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0.6MPa、溫度為276.32℃蒸汽的比焓值為3011.5288kJ/kg。由熱交換定律可知此過(guò)程中消耗的蒸汽量為2.898×108÷3011.5288=9.623×104(kg)=96.23(t)。該壓力等遙遙蒸汽的自用價(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)旋膜式除氧器每小時(shí)消耗的熱源成本為60×96.23=5773.8(元)
3.2公用系統(tǒng)檢修時(shí)旋膜式除氧器存水排放的損耗3.2.1除鹽水的制備成本
旋膜式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)旋膜式除氧器內(nèi)300t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旋膜式除氧器，其中除鹽水供水泵的功率為55kW，流量為240t/h;高壓除鹽水泵的功率為160kW，流量為250t/h。以供300t除鹽水計(jì)算，由焦耳定律及電功率定義可知W=Pt，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W=Pt=55×1.25=68.75(kW·h)。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160×(300÷250)=192(kW·h)。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除鹽水在旋膜式除氧器內(nèi)的加熱成本
將300t20℃的除鹽水在旋膜式除氧器內(nèi)加熱成壓力為0.588MPa、溫度為158℃的除氧水，每小時(shí)能耗為Q=cmΔt=4.2×103×300×103×(158－20)J=1.7388×1011J=1.7388×108kJ。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1.7388×108÷3011.5288=5.774×104(kg)=57.74(t)。該壓力等遙遙蒸汽的自用價(jià)格以60元/t計(jì)算，則成本為60×57.74=3464.4(元)。
3.2.4排污泵的能耗
旋膜式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30kW，流量為50t/h，則排污泵排除300t除鹽水的能耗為30×(300÷50)=180(kW·h)。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
排污泵將旋膜式除氧器及管道內(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)車間作為新鮮水遙遙，達(dá)到循環(huán)利用的目的。污水處理廠處理1t污水的成本為55元/t，處理300t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2700+20.625+57.6+3464.4+54+16500=22796.625(元)。
4旋膜式除氧器解決問(wèn)題
4.1提高旋膜式除氧器補(bǔ)水溫度的技術(shù)改造
為節(jié)約生產(chǎn)成本，可以提高旋膜式除氧器補(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(mén)t23、出水閥門(mén)t22，關(guān)閉其旁路閥門(mén)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)一定律及比熱容公式可知，技術(shù)改進(jìn)后旋膜式除氧器運(yùn)行中每小時(shí)的熱源消耗為Q=cmΔt=4.2×103×500×103×(158－80)J=1.638×1011J=1.638×108kJ。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1.638×108÷3011.5288=5.439×104(kg)=54.39(t)。與技術(shù)改進(jìn)前相比，每小時(shí)節(jié)約了41.84t蒸汽，節(jié)省了2510.4元生產(chǎn)成本。
4.2并聯(lián)旋膜式除氧器停運(yùn)操作的節(jié)能分析
4.2.1旋膜式除氧器并聯(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。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)行的旋膜式除氧器，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)行的旋膜式除氧器在正常運(yùn)行中，各旋膜式除氧器汽側(cè)壓力相同，主要是通過(guò)汽平衡母管來(lái)實(shí)現(xiàn)，各旋膜式除氧器液面面積相等，各旋膜式除氧器液位高度相同，即p1=p2=p3，h1=h2=h3。由連通器工作原理及流體靜力學(xué)基本方程可知p1+ρgh1=p2+ρgh2=p3+ρgh3，式中p1為#1旋膜式除氧器汽側(cè)壓強(qiáng);p2為#2旋膜式除氧器汽側(cè)壓強(qiáng);p3為#3旋膜式除氧器汽側(cè)壓強(qiáng);h1為#1旋膜式除氧器液位高度;h2為#2旋膜式除氧器液位高度;h3為#3旋膜式除氧器液位高度;ρ為水的密度;g為重力加速度。所以正常運(yùn)行中，各旋膜式除氧器之間不存在液體流動(dòng)現(xiàn)象。
反之，在旋膜式除氧器解列前，可以應(yīng)用連通器的工作原理，改變待解列旋膜式除氧器內(nèi)的工作壓力，讓待解列旋膜式除氧器與運(yùn)行旋膜式除氧器之間發(fā)生液體流動(dòng)，降低待解列旋膜式除氧器的液位高度，達(dá)到減少旋膜式除氧器內(nèi)存水量的目的。
4.2.2操作方法
以停運(yùn)#1旋膜式除氧器運(yùn)行為例，通過(guò)以下操作，降低#1旋膜式除氧器的液位高度h1。先，關(guān)閉#1旋膜式除氧器至汽平衡母管電動(dòng)門(mén)t4，使#1旋膜式除氧器汽側(cè)與#2，#3旋膜式除氧器汽側(cè)解除連通，然后緩慢增加#1旋膜式除氧器進(jìn)汽電動(dòng)閥t3開(kāi)度，增加#1旋膜式除氧器的進(jìn)汽量，使#1旋膜式除氧器汽側(cè)壓力p1升高，即p1＞p2=p3;則(p1+ρgh1)＞(p2+ρgh2)=(p3+ρgh3)。
因各旋膜式除氧器水側(cè)通過(guò)低溫低壓給水母管連通，所以#1旋膜式除氧器內(nèi)的液體就會(huì)向#2，#3旋膜式除氧器流動(dòng)，或#1旋膜式除氧器的出水量大于#2，#3旋膜式除氧器的出水量?？傊?1旋膜式除氧器的液位高度h1開(kāi)始下降，與此同時(shí)，緩慢減小#1除氧器除鹽水進(jìn)水電動(dòng)閥t2開(kāi)度，減小#1旋膜式除氧器的進(jìn)水量直至進(jìn)水量為0。當(dāng)#1旋膜式除氧器的液位高度降至低可見(jiàn)液位時(shí)，關(guān)閉#1旋膜式除氧器至低溫低壓給水母管電動(dòng)閥t5，解列#1旋膜式除氧器水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)入給水側(cè)后，迅速關(guān)閉#1旋膜式除氧器進(jìn)汽電動(dòng)閥t3，開(kāi)啟#1旋膜式除氧器泄壓閥t1，#1旋膜式除氧器泄壓冷卻。公用系統(tǒng)檢修時(shí)，可以用遙遙的方法解列#2旋膜式除氧器。當(dāng)#3除氧器單遙遙運(yùn)行時(shí)，保持低水位，遙遙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，遙遙除氧器內(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)待解列旋膜式除氧器汽側(cè)壓力高于運(yùn)行旋膜式除氧器汽側(cè)壓力的目的。增加待解列旋膜式除氧器加熱汽源的進(jìn)汽量，使待解列旋膜式除氧器內(nèi)壓力升高;減少待解列旋膜式除氧器低溫水的進(jìn)水量，使待解列旋膜式除氧器內(nèi)液體溫度升高;增加運(yùn)行旋膜式除氧器低溫水的進(jìn)水量，使運(yùn)行旋膜式除氧器內(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)，利用增加待解列旋膜式除氧器進(jìn)汽量的方法停運(yùn)3臺(tái)并聯(lián)旋膜式除氧器，旋膜式除氧器停運(yùn)后，旋膜式除氧器水箱內(nèi)基本無(wú)存水，收到了很好的遙遙。另外，該方法也可在旋膜式除氧器并聯(lián)運(yùn)行中，某臺(tái)旋膜式除氧器發(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)致旋膜式除氧器發(fā)生振動(dòng)。
(2)當(dāng)待解列旋膜式除氧器達(dá)到低可見(jiàn)液位時(shí)，應(yīng)迅速關(guān)閉待解列旋膜式除氧器至低溫低壓給水母管電動(dòng)閥泵，導(dǎo)致給水泵發(fā)生喘振事故。
實(shí)踐證明，在旋膜式除氧器解列之前，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)旋膜式除氧器停運(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。