旋膜式除氧器热力灰水系统问题分析与改造

旋膜式除氧器热力灰水系统问题分析与改造

旋膜式除氧器热力灰水系统问题分析与改造，甲醇厂煤气化工艺采用德士古水煤浆加压气化技术，灰水处理系统中的热力旋膜式除氧器采用旋膜式热力除氧。旋膜式除氧器发生带水、超温、补水困难等问题制约着安全生产，通过技术改造消除了旋膜式除氧器对系统的影响，确保了煤气化系统的安全、稳定、高效运行。
甲醇厂煤气化工艺采用德士古水煤浆加压气化技术。灰水处理系统中的热力旋膜式除氧器采用热力除氧。
1旋膜式除氧器结构原理及主要设计参数
旋膜式除氧器采用单封头立式结构，通过马鞍形短接坐落在水箱筒体上，按水流方向自上而下分为排气区段、起膜器(由水室和汽室组成)、空间区和填料区段。旋膜式除氧器补水先进入到旋膜式除氧器起膜组的水室内，经旋膜管上的小孔射流，沿旋膜管内壁形成水膜旋转而下，因离心力的作用在管口处形成高速旋转的水膜裙。加热蒸汽由填料下部上升，经汽液网、篦条通过水膜群和旋膜管中空部分和旋膜式除氧器的补水进行热质交换，加热至旋膜式除氧器运行压力相对应的饱和蒸汽温度，溢出溶解于水中的氧气和其它气体，经封头上部的汽水分离器、排汽管排入大气。旋膜式除氧器补水在起膜器内完成一次除氧，在填料层完成二次除氧，后经水箱分水圈汇集在除氧水箱内。除氧水箱采用双封头卧式结构，由卧式筒体和两个封头焊制而成。除氧水箱内设再沸腾辅助加热管，加热蒸汽通过沸腾管上的喷管和小孔沸腾鼓泡，将补水加热升温。
旋膜式除氧器主要设计参数
规格型号DCM380;额定出力380t/h;工作温度108℃;工作介质水、蒸汽；主要材质20g;安全阀开启压力0.20MPa;工作压力0.135MPa;设计压力0.25MPa;水箱容积110m2;设计温度200℃
2旋膜式除氧器的主要作用
(1)除去灰水中的氧气及其他气体，降低灰水氧含量，防止设备、管线发生氧腐蚀；
(2)利用闪蒸汽余热加热洗涤塔补给灰水温度、提高废热综合利用；
(3)通过旋膜式除氧器水箱的液位调整，平衡洗涤塔给水泵向洗涤塔的供水量与灰水系统水量的差额，保证洗涤塔给水泵的入口压力和流量稳定。
3旋膜式除氧器处理灰水中存在的问题
(1)旋膜式除氧器传热系数高，除氧效果好，在电力系统中主要是用于脱盐水除氧，脱盐水品质较好，不存在结垢现象，应用广泛。但在化工灰水系统运行中经常出现填料环结垢，除氧和及汽水分离效果差，排气阀带水严重。特别是冬季运行，在排气管出口大量结冰，导致墙皮冻坏，高空中经常坠落大块的冰块，严重影响人身、建筑物和设备的安全。
(2)补水管线和换热管线内壁结垢，旋膜式除氧器补水阻力大，换热能力差，系统补水不足，制约气化炉的工况和负荷调节。我公司先后联系设备制造厂家两次改造，效果不理想。经对同行化工企业进行调研，灰水系统旋膜式除氧器均存在同样的问题。
4旋膜式除氧器现状分析
(1)德士古气化灰水成分较复杂，存在着高硬度、高碱度、高悬浮物等特性，在旋膜式除氧器的管道和填料中形成坚硬的垢片，堵塞管线和气流通道，旋膜式除氧器顶部的补水阻力大，不能顺利进入旋膜式除氧器，造成旋膜式除氧器补水压力升高，补水困难。
(2)对旋膜管和填料环上的垢片取样分析，主要成分是钙镁离子，旋膜管和填料环结垢后，破坏了旋膜层和蒸汽流通均匀性，换热效果下降，旋膜式除氧器的加热蒸汽压力高。
(3)旋膜式除氧器内部结垢，汽液偏流，流通截面积减小，灰水下降阻力大，加热蒸汽流速高，大量补水被蒸汽带入排汽管排入大气。在冬季遇到冷空气凝结，在建筑物顶部周围大量结冰，给建筑物自身和周围环境带来重大安全隐患。
5改造方案和措施
(1)增加低压灰水分流量。将进旋膜式除氧器筒体的8英寸灰水管线放大至10英寸，旋膜式除氧器本体法兰接口N7由8英寸扩大到10英寸。把该管线上的8英寸阀门更换为10英寸齿轮传动球阀。筒体内增加分布管，部分封闭式循环的灰水直接进入旋膜式除氧器筒体加热，提高旋膜式除氧器筒体补水量。
(2)旋膜式除氧器内旋膜管射流孔较小，对水质要求很高，灰水易结垢，堵塞给水通道。经过多方论证，把旋膜式除氧器旋膜式补水改为内喷淋式补水，增加内喷淋均布板，减小旋膜式除氧器的进水压力，提高了除氧和换热效果。
(3)将旋膜式除氧器填料层厚度由原来的1500mm减至500mm,增加除氧塔的气液分离空间。不锈钢鲍尔环填料直径由φ50mm改为①75mm,填料压板按比例下移，在保证汽液两相流均匀分布和充分接触的条件下，尽可能减小旋膜式除氧器补水通过填料层时的自由下落阻力。
6旋膜式除氧器改造效果评价
(1)旋膜式除氧器改造后，灰水系统流量由原来310t/h提高到360t/h,解决了旋膜式除氧器产能不足的问题。在不增加设备的情况下，使旋膜式除氧器满足了系统扩能后增加水量的要求。若根据系统需求，增加一台旋膜式除氧器单价40万元，设计费、管线、阀门等材料费和土建/安装费用约20万元，本次技改可直接节约费用60万元。
(2)气化炉长期因灰水流量不足无法提升负荷，旋膜式除氧器技改后消除了灰水流量影响系统负荷的瓶颈问题，单台气化炉效率提高了1%。
(3)旋膜式除氧器技改消除了因排气阀带水导致的房顶、墙体结冰，冻坏墙皮，高空坠冰块等一系列安全隐患，消除了灰水处理框架顶部冰块对周围人身、建筑物和设备的安全隐患。
(4)旋膜式除氧器改造后灰水循环利用率大幅度提高，降低了吨甲醇耗水量，灰水温度由95℃提高到105℃,提高了废热回收利用率。热能充分吸收，旋膜式除氧器排气压力降低，减少了旋膜式除氧器排气噪声污染，为同行业化工企业单位提供了很好的借鉴。