一种除氧器排氧废热利用改造技术

李 庆

（山西瑞光热电有限责任公司，山西晋中 030600）

0 引言

随着能源价格的不断上涨，国内的煤炭价格也大幅攀升，节约能源、降低企业发电成本成为火力发电厂最为紧迫的任务。火电厂的电站锅炉和绝大多数的工业锅炉都配备有除氧器，除氧器在运行中会产生并向外排放大量的闪蒸汽（乏汽）和低压蒸汽，造成极大的能源损失及浪费[1-2]。若将这些乏汽进行合理的回收利用，对于提高火电厂的社会综合经济效益将起到十分重要的作用。

目前已有不少单位和相关人员进行了此方面的研究。内蒙古京泰发电有限责任公司1号、2号机组进行了除氧器排氧系统乏汽回收改造，将除氧器原来外排的乏汽回收至主机排汽装置，改造后除氧器的节能效果明显[3]。国华绥中发电有限责任公司自主研发了除氧器排汽回收系统，实现了工质的循环再利用，并解决了厂房漏汽造成的蒸汽污染问题[4]。范焕霞、刘会波等[5-6]通过对除氧器排氧系统进行改造，实现外排乏汽的回收利用，既可以避免水资源的浪费，又降低了生产成本。崔修强[7]采用当今先进的蒸汽喷射热泵技术，在自动排氧的前提下，对除氧器排汽进行自动回收，有效实现了除氧器废汽回收再利用。但以上的研究和技术改造仅仅回收了除氧的乏汽工质，乏汽工质所具有的热量却被机组的循环冷却水带走，没有得到有效的回收。

本文研究了一种除氧器排氧废热利用改造系统。该系统主要利用除氧器排氧蒸汽热源加热生活水，同时凝结疏水回收至排汽装置（或凝汽器）。利用排氧蒸汽的余热资源，有效减少了机组运行中的余热损失，从而较好地达到了回收余热和节能创效的目的。

1 除氧器排氧废热利用系统改造

1.1 系统组成及工作流程

为了排除锅炉给水中的溶解氧，受热力除氧工艺限制的除氧器在运行中不可避免地要对空排汽，浪费了较多的工质和热量。本文设计开发的排氧废热利用系统如图1所示。该系统包括蓄水箱、补水系统、循环系统、高效换热器和灌装水系统。蓄水箱选择不锈钢材质，制作2个，单个水箱容积120 m3。工作流程是：生活水通过软水器处理后补至蓄水箱，利用循环泵不断地将蓄水箱的水送至换热器，换热器利用除氧器排氧废热循环加热蓄水箱送来的水，直到蓄水箱内水被加热至80℃时，通过灌装泵送至水车，运至热用户使用，同时除氧器的排氧乏汽在放出热量后，凝结为疏水回收至排汽装置。

图1 除氧器排氧废热利用系统示意图

1.2 换热器

换热器（又称热交换器）是排氧废热利用系统的核心设备，也是使蓄热水温度达到工艺流程规定指标的重要热交换设备。正确选择换热器的类型是排氧废热利用系统运行的关键技术之一。由于换热器长期运行在氧腐蚀环境下，所以要求其运行维护成本低，使用寿命长。一般普通的板式换热器，由于其一次、二次热媒流程短，流道狭小，阻力大，流速相同，加上冲压时的机械损伤，钙镁离子等具有腐蚀性的物质非常容易附着且形成聚集，进行双向腐蚀，使用寿命一般为2～3 a，且每年都要拆洗，维修成本高。其他管壳式换热器，由于其一次、二次热媒没有分腔，流速低，结垢率高，钙镁离子等具有腐蚀性的物质也非常容易在同一位置附着，其使用寿命也只有3～4 a，且每年都要拆洗，维修成本高，浪费财力物力。

在综合考虑之后，本系统采用了一种新型的节能模块腔式换热器（如图2所示）。该换热器一次、二次热媒分腔式，多导流，全逆流，错流，旋流的换热方式，每个管程、壳程的流道不一样大，有4个大小不同的腔室和8个逐渐减少的换热管，因此每根换热管内、腔室内的流速都不一样，并且阻力非常小，即使在流速很低的情况下，换热管的周围仍然能够形成强烈的旋流，钙镁离子等具有腐蚀性的物质不容易附着，该换热器的使用寿命可达8～10 a，即使水质极差的情况下，使用寿命仍然是板式换热器及其他换热器的3～4倍，且可以排污反洗，5～7 a内免维护，节省了大量的维修保养费用。

图2 节能模块腔式换热器示意图（mm）

1.3 换热管

换热器中换热管的选择也很重要。若采用波纹管，则会使原有的管壁厚度延展拉伸，导致局部变薄，并且波纹管换热器运行时噪声大，不容易清洗，难维修，使用寿命较短。螺纹管的内部有类似于螺栓螺纹的凹纹，这种凹纹对换热管的金属膜表面进行了破坏，加工时的机械损伤更让换热管失去了膨胀收缩的能力，不仅在压力和温度较高或者流量较大时容易造成爆管，而且在凹纹处的内外表面都容易造成结垢，直接导致设备的运行阻力越来越大，换热效果逐渐下降，使换热管的使用寿命大大缩短。

综合考虑后，本系统采用了来复线管。这种换热管内壁的轴线由一定倾斜角的若干条螺旋状凹凸沟槽组成，就像是枪膛、炮膛内的来复线，换热管内壁既有凹纹也有凸纹，8根凹凸纹来复线在换热管内壁整体旋转，使得一次热媒在换热管内流动时，分解成8股离心流束，产生推动水流的动力，即使应用在流速非常低的U型管上，仍然能够形成强烈的逆流、错流。高速的旋流旋转冲刷管子的内外管壁，让所有容易结垢的晶体无法附着，换热管内永远保持洁净。来复线同样使得换热管外的二次热媒更加强烈地冲刷换热管外表面，来复线管的换热效率比波纹管提高了25%～30%，比螺纹管提高了20%～25%，强烈的冲刷也使得换热管外钙镁离子、Cl-离子、电导、氧等一系列附着物难以沉积，换热管越用越干净。来复线换热管的阻力非常小，降低了系统循环泵的电耗，使系统循环更流畅，换热管的使用寿命更长，同等厚度的来复管比波纹管的使用寿命提高了15%～25%，比螺纹管使用寿命提高了20%～25%。

通过上述对换热器性能和换热管性能的对比分析，不难发现，排氧废热利用系统选用来复线管的节能模块腔式换热器不仅换热效果好，不易腐蚀，而且维护成本低。这同时也是一次换热器结构上的创新和改进。

2 除氧器排氧废热利用系统的运行

生活水通过软水器处理后，硬度一般可降至0.03 mmol/L，保证换热器管束不结垢，将水补至冷水箱（蓄水箱），通过循环泵将水打至换热器加热后回至热水箱（蓄水箱），除氧器排氧蒸汽通过换热器凝结下的疏水回至排汽装置，其余不凝结气体通过换热器上排空门定时开启排出。由于除氧器排氧汽量较小，一次加热水温升为30℃左右，当热水箱到达规定水位时，将循环泵入口由冷水箱切至热水箱，让热水箱水通过换热器多次循环加热，使水温达到80℃。通过灌装泵将热水送至用户拉水车，热水箱下降至一定水位后，通过循环泵将冷水补至热水箱。通过这样循环加热，充分利用除氧器排氧热量，使得效益达到最大化。

3 改造效果

3.1 项目经济效益

除氧器排氧利用系统改造完成后，回收凝结水约1 t/h，回收的除盐水按成本价5元/t计算，每年回收的除盐水折合人民币约为1×5×5 000=2.5万元。每天制热水量在200 t左右，按售价20元/t计，每年可创造利润200×20×（5 000/24）=83.3万元。同时由于节能而减少了能源的消耗，也间接减少了向大气排放烟尘和硫化物的数量，并可大大降低排汽噪声，起到了环保的作用，社会综合经济效益极为可观。

3.2 项目综合效益

除氧器排氧废热利用系统投入运行后，除了能够收到可观的经济效益外，还可降低除氧器的溶解氧，大大提高了热力系统的安全性。改造后除氧器排氧系统实现了乏汽全部回收，排汽管道冒汽现象减少甚至消失。

最近几年城市雾霾严重，空气质量严重不达标，为改善空气环境质量，根据国家及山西省相关政策，将逐步关停市区小型燃煤锅炉，这样会造成大量的热水需求缺口。此次改造不仅能利用机组排出废热为用户提供热水，为公司创造盈利，还有利于改善大气环境质量，改善城乡用能结构和人居环境。建议该改造方案在同类型机组中推广应用。