摘要: 在火力發(fā)電、供熱及其他蒸汽動力循環(huán)中,除氧器是保證給水系統(tǒng)安全經濟運行的關鍵設備。其工作過程中持續(xù)排放的蒸汽(俗稱“排汽”或“冒汽”)攜帶可觀的熱量和純凈水,直接排放不僅造成巨大的能源浪費,也產生噪聲和視覺污染。因此,對除氧器排汽進行回收利用是電廠節(jié)能降耗、提質增效的重要舉措。本文旨在系統(tǒng)分析幾種主流的除氧器排汽回收利用形式,探討其技術原理、系統(tǒng)構成、優(yōu)缺點及適用場景。
一、 除氧器排汽的特性與回收價值
除氧器排汽的主要作用是排出從水中解析出的不凝結氣體(如O?、CO?),以防止系統(tǒng)腐蝕。這部分排汽具有以下顯著特點:
品質高: 蒸汽源于鍋爐給水,純凈度高,近乎蒸餾水。
熱能豐富: 排放的是飽和蒸汽,焓值高,蘊含大量潛熱。
持續(xù)穩(wěn)定: 在機組正常運行期間,排汽是連續(xù)且流量相對穩(wěn)定的。
據(jù)估算,一臺300MW機組的除氧器,其排汽損失的熱量可達數(shù)百千瓦至上千千瓦,年折算標準煤損失可達數(shù)百噸。因此,回收這部分工質和熱能具有顯著的經濟效益和環(huán)境效益。
二、 主流回收利用形式與技術分析
目前,除氧器排汽的回收利用主要有以下三種技術路徑:
形式一:表面式冷卻回收(換熱器回收法)
這是最傳統(tǒng)、應用最廣泛的回收方式。
技術原理: 通過一臺表面式換熱器(通常為管殼式),讓溫度較低的冷卻工質(如化學補給水、凝結水)在管側流動,除氧器排汽在殼側冷凝。排汽釋放的汽化潛熱被冷卻工質吸收,使其溫度升高,而冷凝下來的純凈水(疏水)被收集并引入凝汽器熱井或低壓給水系統(tǒng)。
系統(tǒng)構成: 排汽回收換熱器、冷卻工質管路系統(tǒng)、疏水回收系統(tǒng)。
優(yōu)點:
工質與熱量分別利用: 實現(xiàn)了熱能的梯級利用,將熱量傳遞給更需要加熱的低溫工質,系統(tǒng)效率高。
不影響除氧效果: 回收系統(tǒng)與除氧器本體相對獨立,不會改變除氧器內的壓力和溫度場,對除氧效果無負面影響。
系統(tǒng)可靠,維護簡便。
缺點:
需要額外的換熱器及場地。
存在傳熱端差,熱能無法100%回收。
換熱面可能存在結垢風險,需定期維護。
形式二:混合式加熱回收(噴淋冷卻回收法)
該方法直接利用冷卻工質與排汽進行接觸換熱,實現(xiàn)質熱同收。
技術原理: 將低溫的冷卻水(通常是化學補給水或一部分凝結水)通過霧化噴嘴噴入一個專門的回收罐或混合室中,與引入的除氧器排汽直接混合。排汽迅速冷凝,同時將熱量傳遞給冷卻水,使其溫度大幅升高。升溫后的混合水由回收泵輸送至除氧器入口或凝汽器熱井。
系統(tǒng)構成: 混合式回收罐、噴淋系統(tǒng)、回收水泵、液位控制裝置。
優(yōu)點:
傳熱效率高: 直接接觸換熱,無傳熱端差,熱回收效率極高。
設備簡單,投資較低: 省去了昂貴的表面式換熱器,結構緊湊。
兼具真空脫氧作用: 在混合過程中,部分不凝結氣體可能被進一步析出并排出。
缺點:
對系統(tǒng)設計要求高: 噴淋水量和壓力的控制至關重要,若設計不當,可能影響除氧器水位和壓力的穩(wěn)定。
泵送能耗: 需要額外配置回收水泵,消耗一定電能。
可能存在汽蝕風險: 回收泵吸入的是接近飽和溫度的熱水,需精心設計泵的安裝高度和管路,防止汽蝕。
形式三:壓縮式回收(熱壓機/蒸汽壓縮機回收法)
這是一種更為先進的回收技術,將低品位的排汽提升為高品位蒸汽再利用。
技術原理: 利用高速噴射的高壓工作蒸汽(引射流),通過熱壓機(也稱蒸汽噴射壓縮機)的引射作用,將除氧器排汽(被引射流)吸入并混合壓縮,形成一股壓力和溫度均高于原排汽的中壓蒸汽。這股提升品質后的蒸汽可以被引回除氧器汽平衡管或用于其他低壓用汽點。
系統(tǒng)構成: 熱壓機、高壓工作蒸汽源、控制系統(tǒng)。
優(yōu)點:
品質提升: 將廢棄的低壓排汽“變身”為有價值的動力蒸汽,實現(xiàn)了能量的增值利用。
無需冷卻工質: 系統(tǒng)自成閉環(huán),不依賴外部冷卻水源。
設備緊湊,無轉動部件,可靠性高。
缺點:
以高品位能量換取回收: 需要消耗一部分高壓工作蒸汽,系統(tǒng)經濟性取決于高壓蒸汽的成本與產出蒸汽價值的平衡。
設備噪音較大。
對工作蒸汽參數(shù)穩(wěn)定性要求高,調節(jié)性能相對較差。
三、 不同回收形式的對比與選型建議
特性維度 | 表面冷卻回收 | 混合加熱回收 | 壓縮式回收 |
回收本質 | 回收熱量為主 | 工質與熱量同時回收 | 提升蒸汽品質 |
能效水平 | 較高 | 很高 | 取決于工作蒸汽成本 |
系統(tǒng)復雜性 | 中等 | 較低 | 較低(但控制要求高) |
初投資 | 較低 | 較低 | 較高 |
運行維護 | 維護量小 | 需防泵汽蝕、控液位 | 維護量大,噪音大 |
適用場景 | 有穩(wěn)定低溫熱阱(如補加水)的系統(tǒng),應用最廣 | 補水量大且對系統(tǒng)簡化要求高的場合 | 廠內低壓蒸汽需求穩(wěn)定,且高壓蒸汽富裕的場合 |
選型建議:
首選推薦: 對于大多數(shù)新建或改造項目,表面式冷卻回收因其技術成熟、系統(tǒng)穩(wěn)定、適應性強,仍是首選方案。
經濟性選擇: 當場地受限、投資預算緊張,且具備可靠的回收水泵安裝條件時,混合式加熱回收是一個極具性價比的選擇。
特殊工況選擇: 當廠內低壓蒸汽管網壓力不足或需求量大時,可評估采用壓縮式回收,但必須進行詳細的技術經濟論證,確保其經濟性。
四、 結論
除氧器排汽的回收利用是熱力系統(tǒng)不可或缺的節(jié)能環(huán)節(jié)。三種主流回收形式各具特色,并無絕對的優(yōu)劣之分,關鍵在于“因地制宜”。在進行技術選型時,應綜合考慮機組的實際運行參數(shù)、現(xiàn)場布置條件、投資回報預期以及運行維護水平等因素,進行全面的技術經濟比較,選擇最適合自身需求的回收方案。通過實施有效的排汽回收,企業(yè)不僅能實現(xiàn)顯著的節(jié)能效益和經濟效益,更能踐行綠色發(fā)展的社會責任,提升整體運營水平。