除碳器出口CO2超标的原因分析及处理措施

赵启杰 李顺博（兰州石化公司动力厂，甘肃 兰州 730060）

除碳器出口CO2超标的原因分析及处理措施

赵启杰 李顺博（兰州石化公司动力厂，甘肃 兰州 730060）

除碳器除碳效率直接影响着一级除盐系统除盐效果的好坏。本文重点针对2015年至2016年期间，兰州石化公司动力厂第二套500t/h除盐水装置除碳器出口CO2超标的情况，重点从除碳器的结构、工作原理及设备选型等方面进行原因分析，采用排除法逐一排除，最终解决不合理因素，提高除碳效率。

除碳器；一级除盐水；CO2超标

1 除碳器的工作原理

除二氧化碳器简称除碳器。它是除去水中游离CO2的设备。在一级除盐水系统中，原水经氢离子交换（阳床）后，原水中的阳离子几乎都转变成H+，出水呈酸性，并含有大量的游离CO2气体。这时因出水pH值明显降低，有利于水中碳酸的电离平衡向生成CO2方向移动（反应方程式如下），当水中pH值低于4.3

H++HCO3-=H2CO3=CO2+H2O

时，水中的碳酸几乎全部以游离的CO2形式存在。水中游离的CO2可以看作是溶解在水中的气体，根据气体分压定律和亨利定律知，只要降低水面上CO2的分压力就可除去水中溶解的CO2气。

2 鼓风式除碳器的内部结构

我单位第二套500t/h除盐水装置使用的2台除碳器均为鼓风式除碳器，主要由本体、填料、中间水箱等组成。

中间填料底部采用的是衬胶的钢板，用于承托设备内部装载的填料，同时多孔板上面均匀分布了326个孔洞，直径基本在φ32。

布风管：垂直布置在多孔板的孔洞上，共计326个，布风管侧面均匀开孔（由上至下均匀开孔11排，每排8个，孔径φ5），用于将空气进一步均匀分散，从侧面水平流出，进一步增加扰动，分散水流，促进CO2析出。

底部水封管直接插入中间水箱液面以下，为防止空气从除碳器底部漏出。

鼓风机利用空气来带走水中CO2，从顶部排气口排出，设计按照交换器的出力确定了所需的空气流量，选定2台除碳风机。

3 除碳器出口CO2超标的原因分析

为彻底解决除碳器出口CO2超标的问题，我单位按照排除法逐一对超标原因进行排查确认。

（1）水温对除碳效果的影响

当除碳器内部结构、淋水密度、填料高度和气水比一定时，除碳效果与水温有一定关系，通过查询相关资料，在101kPa下，在各温度时，CO2在水中的溶解度（单位为：mL/L）如表：

丹酚酸B为唇形科鼠尾草属植物丹参Salvia miltiorrhiza Bge.的根或根茎中的活性成分，现代药理学研究表明，丹酚酸B具有抗脂质过氧化、抗肝纤维化、抗动脉粥样硬化、清除自由基、钙拮抗及改善记忆功能障碍等多种生物学活性［1‐2］。近年文献报道，丹酚酸 B 可改善实验动物的心肌细胞损伤［3‐4］，然机制尚未阐明。本研究拟应用心肌缺血/再灌注损伤（myocardial ischemia/reperfusion，MI/RI）大鼠模型，探讨丹酚酸B保护心肌的作用机制。

温度/℃CO2的溶解度/（mL/L）0 1713 10 1194 20 878 30 665 40 530 50 436 60 359

从上表可以看出，水温越高，二氧化碳在水中的溶解度越小，经过现场实地测量，我单位阳床出水温度为18.5±3℃，因此利用有利的条件，适当提高水温，能够有效的提高CO2除去的效果。

（2）风压和风量对除碳效果的影响

风机的风量和风压是根据水处理量、填料类型等因素决定的，用轻质的Φ50mm塑料多面空心球填料层阻力为120～140Pa/m,在工程设计中，除碳器的汽水比一般按照20～30m3/t水计算，可达到理想的解析效果。

除碳器自2015年4月开始存在超标的问题，该时间以前设备运行状况良好，因此，风压和风量的影响不是本次超标的原因。

（3）填料对除碳效果的影响

比表面积大的填料能有效的将水分散成线状、膜状或水滴状，从而增大水和空气的接触面积，也缩短了二氧化碳从水中析出的路程和降低了阻力，填料体积的多少取决于处理水量、需除去的二氧化碳量和填料的性能。

通过对除碳器的停工检查，除碳塔内的多面空心球没有明显损坏的情况，但是填装高度仅为2200mm，因此需要对填料进行补充。

（4）除碳器本身结构的影响

配水装置为支母管式，水和空气的流动工况也将影响除碳效果，如配水支管配水不均，水淋下时呈粗柱状，淋水均匀度差，填料层水与空气不能充分接触，不易形成均匀的水膜。通过检查，配水装置没有损坏的情况。

我单位除碳器的多孔板上安装有布风管，可以将空气进一步均匀分散，从侧面水平流出，进一步增加扰动，分散水流，促进CO2析出，但是在检查中发现，部分布风管由于使用时间较长，用于固定的压盘已经与布风管主体脱开，造成布风管损坏或缺失的情况较多，共计损坏缺失141个。

在本次检修中还发现，除碳器的出口滤网由于长时间未清理，同时由于其较厚（近200mm），过滤层较多，积灰严重，导致析出的CO2不能被及时带走，除碳效果逐步变差。

4 除碳器出口CO2超标的处理措施

通过上述的原因分析，本次超标问题的处理主要针对运行水温、填料填装高度、布风管和出口滤网等方面开展：

（1）由于该装置的生产用水在进入除碳器之前，没有任何的加热设施，计划先进行水源优化，尽量使用温度较高的淡水作为补充水源。

（2）按照设计的填料填装高度，补充多面空心球至2500mm。

（3）重新制作安装布风管141个，确保布风均匀。

（4）将原有的多层滤网拆除，更换为单层加厚滤网。

5 效果及后续工作

经过上述措施的实施，自2016年8月投入运行以来，使用情况较好，出口CO2的监测数据均在控制指标以内。为了做好效果的保持工作，今后必须对除碳器及配套的设备设施做好日常的维护，同时利用停工检修的机会，充分结合上述原因做好针对性检查和整改。

[1]《除碳器效率低的原因分析及改造方案》万广东大唐辽源热电厂.