导热油余热中解析除氧器在注汽锅炉水处理中的应用
提供一种白灰窑导热油余热利用装置，包括相互连接的白灰窑本体、白灰窑烟气除尘器、白灰窑烟囱、白灰窑原有烟气换热器、导热油散热器、油管路截断阀、导热油供油泵、汽轮机、凝汽器、导热油回油阀、凝结水泵、软水箱、蒸汽收集器、除氧泵、导热油余热回收器、解析除氧器、导热油旁路进油阀、除氧水分水器、增压给水泵、烟气高效水预热器、烟气取风阀、烟气回风阀、烟气取风截断阀；其优点是：除尘器布袋更换周期延长，白灰窑低温余热综合利用量增加，白灰窑生产成本低。减少冷却轴流风扇耗能；利用低温余热生产饱和蒸汽。可用于汽轮机发电或汽力拖动设备。将各独立余热回收系统所产蒸汽汇总加以利用。适合对原有白灰窑系统改造升级。
注汽锅炉的水质处理系统主要包括软化和除氧两大部分。水经过离子交换树脂处理后得到了软化,但水中的溶解氧气和二氧化碳对注汽锅炉及其给水系统有很强的腐蚀性,严重时容易发生事故,威胁人身安全。油田生产中,为防止热力设备的腐蚀,所采用的除氧方式主要有解析除氧、热力除氧、NCC化学除氧以及常温过滤式除氧4种。
解析除氧耗电多,电加热器易损坏,活性炭更换频繁。化学除氧受温度影响较大,冬季除氧效果差,药剂消耗量大,加药量不易控制,锅炉给水含盐量增加。而常规的过滤除氧需反再生,耗水量大,且除氧效果不稳定,反应产生的Fe3+对锅炉有副作用。热力除氧蒸汽消耗量大,启停困难,难以控制。
为此,2017年初大庆石油管理局井下作业三公司进行了解析除氧器用于注汽锅炉给水除氧的应用试验,取得了较好的效果。技术分析1.结构解析除氧器主要由一、二级预处理器、除氧膜组件、水环真空泵、电控箱、增压泵及仪表等部件组成。
(1)预处理器预处理器由两级过滤装置组成。软化水通过该装置除掉水中杂质,可保证膜组件长期有效运行。
(2)除氧膜组件除氧膜组件是该除氧器的核心部件。该膜组件由3层渗透率极高的微孔性聚丙烯憎水性膜组成。除氧膜表面有许多直径为0.03～0.04μm的小孔,由于其对水没有亲和力,因此只有气体能透过该膜,这样就保证了在真空工况下脱氧过程中软化水不流失。其结构见图1。图1除氧膜组件的结构示意图膜组件利用数千根直径很细的纤维管,使纤维管的表面积等于气相和液相的界面表面积,增加了水和气体的接触面积。它采用中心管布水技术,使膜纤维管围绕分布在中心管周围,充分发挥了膜表面的作用。膜体中间出水,让水流在壳程中保持湍流,水呈辐射状流动,水与膜表面充分接触,进一步提高除氧效率。
(3)水环真空泵水环真空泵为除氧系统创造真空条件,从除氧膜组件解析出来的氧气经过真空泵排放出来。系统要求真空度>0.094MPa。
(4)增压泵当解析除氧器供水压力低于0.3MPa时,通过增压泵提高水压。
2.除氧原理解析除氧器是根据微界面广谱解析技术研制的,即在理想状态下,当溶液表面的气体分压等于零,并且水的表面积足够大,水膜厚度达到分子厚度并能与真空直接接触时,水中的气体将全部逸出,浓度降到零。该除氧器核心部分———膜组件正是基于以上技术,在真空条件下使水中的氧气及其它气体从水中迅速解析出来,从而达到除氧和脱气的目的。
3.应用工艺经过处理后的软化水首先经过预处理器进行保安过滤,然后进入并联四组的除氧膜组件,在真空工况条件下,经过并联的除氧膜组件后水中大部分氧气及其它气体被解析出来。系统工艺流程如图2所示。图2真空膜法除氧工艺流程图4.性能特点：
(1)除氧效果较好该除氧器采用先进的膜式除氧技术,属于物理除氧方式,不受环境温度和水温限制,能24h持续工作。
(2)结构紧凑,操作简单,启动快设备布置上进行了空间优化设计,占地面积小;属常温和静态操作,无需反洗、再生和加热,开启真空泵即可得到除氧水。
(3)能耗低,压力损失小,安全可靠,易于维护由于无需反洗和再生,日耗水量在10m3左右,进水不需要加热,耗电量在40kW·h左右,运行成本低;膜组件运行压差一般小于0.05MPa。在常温和低压工况下运行,不接触有毒有害物质,易于维护。在设备运行时,通过观察一、二级预处理器前后的压力表以及除氧器出口压力表间的压力降,即可判断出现故障的具体部位。现场应用2017年4月12日,对解析除氧器进行了现场应用。运行参数如下:给水中氧的质量浓度13mg/L;水温20℃;预处理前压力0.53MPa;预处理后压力(保安)0.49MPa;除氧压力0.46MPa;出口压力为0.45MPa;真空度0.098MPa。应用结果表明:
②解析除氧器比较经济,日省水达90m3;
③解析除氧器能够24h为注汽锅炉提供合格的除氧水;
④解析除氧器每天可节省Na2SO328kg、催化剂0.06kg。
2017年4月15日将2套设备的除氧稳定性进行了对比,结果表明:解析除氧器除氧稳定;常温过滤式除氧器在8～10h时出现除氧空白,这主要是因为其内的海绵铁在运行几个小时后除氧效果下降,需要进行反洗、再生。技术改进1.存在问题：
(1)解析除氧器中核心部件———膜组件对来水要求很高,严禁其接触药剂,因此原有Na2SO3加药流程对膜组件的长期有效运行不利。
(2)由于水环真空泵需要一定量的冷却水,而这部分冷却水是经过处理的高成本软化水,其流速为0.4m3/h,每天耗水近10m3。虽然相对使用前耗水量已降低近90%,但这部分水耗也给现场用水带来一定压力。
2.改进措施：
(1)为延长膜组件的使用寿命,改进了加药流程,即由最初在除氧器入口加药改为在出口加药。
另外,在运行中发现由于除氧药剂反应时间缩短,使锅炉给水Na2SO3过剩量升高,这样注汽锅炉含盐量也相应增加,同样对炉管有损害。
因此,除净已停用的常温过滤式除氧器内部的海绵铁,重新装填不锈钢丝网填料,将其作为接触反应器,增加Na2SO3与水中氧气的反应时间,使Na2SO3与氧气反应充分,降低Na2SO3过剩量。
通过改进前后给水指标结果对照表(见表1)可以看出,在同等条件下,改进后的Na2SO3过剩量比改进前降低75%,说明此改进有效。表1改进前后给水指标结果对照表项目Na2SO3/kg水温/℃Na2SO3过剩量/(mg·L-1)改进前82015改进后8204
(2)为减轻用水压力,将真空泵冷却水引入一个10m3容器,每天进行一次抽吸,通过控制,可回收循环利用。
效益分析：
(1)该除氧器操作简单,降低了工人的劳动强度。
(2)通过使用该除氧器使注汽锅炉给水含氧量降低,延长了注汽锅炉及其附属给水设备的使用寿命。
(3)该设备投入使用后,加药量明显减少,可节省药剂费用2.6554万元/a。
(4)可节约水电成本5.1234万元/a。
(5)注汽锅炉给水含氧量的降低,可节约因氧腐蚀造成的设备维修和更换费用8万元。
(6)该项新工艺预计每年可以产生经济效益15.7788万元。
(1)解析除氧器除氧效果好、能耗低、安全环保、给水品质高,适用于油田注汽锅炉等热力设备的水质处理,具有推广价值。
(2)由于水中固体悬浮物含量偏高,所以预处理器滤心更换频繁,每运行800h需更换一次,成本投入较大。因此应对站内清水流程进行净化工作,降低水中悬浮物含量。