朱圆圆++易挺
DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2017.25.081
摘 要：工业锅炉给水含氧量超标会对金属表面造成氧化腐蚀，导致金属管壁鼓包出现凹槽，甚至变薄、出现沙眼直至完全损坏。因此除氧效果的好坏，对工业锅炉的使用寿命有很大的影响，也直接影响着企业的经济效益。为了提高低位热力式旋膜除氧器的除氧效果，研究其结构原理并结合企业生产实际，利用PID参数调节，提升除氧系统的自动控制策略，提高除氧效果，使工业锅炉给水含氧量达标，从而降低燃气锅炉烟火管的氧化腐蚀，延长设备使用寿命。
关键词：低位热力式旋膜除氧器 锅炉 腐蚀 PID调节 烟火管
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）09（a）-0081-02
随着除氧器在工业锅炉中的广泛应用，其重要性日趋突出。锅炉给水含氧、氮、二氧化碳等气体，在高温高压的环境下，其对锅炉给水管道、本体和其他附属设备产生氧化腐蚀，已引起诸多工业企业、热力公司等的广泛关注。含氧量超标将造成金属内壁鼓包变薄、出现沙眼直至完全损坏。因此除氧效果的好坏，对工业锅炉的使用寿命及企业的经济效益产生很大影响。锅炉用水的除氧就是工艺指标的重要环节之一[1]。电力部因此颁布了GB1576-2001《工业锅炉水质标准》和《电站除氧器安全技术监察规程》，对除氧器含氧量提出了部分标准，即低压除氧器给水含氧量应小于15μg/L，高压除氧器给水含氧量应小于7μg/L。本文主要阐述了低位热力式旋膜除氧器的结构、功能及PID控制策略。
1 旋膜除氧器结构及工作原理
1.1 旋膜除氧器结构
由除氧头外壳、起膜器、淋水篦子、蓄热填料液汽网、水箱、防排汽带水装置等组成。
（1）除氧头外壳：由筒身和冲压椭圆形封头焊接制成。筒身配备一对法兰连接下部水箱。
（2）起膜器：由水室、汽室、起膜管、凝结水接管、补充水接管和一次进汽接管组成。凝结水、化学补水经起膜管呈螺旋状按一定角度喷出，形成水膜裙，并与一次加热蒸汽接管引进来的加热蒸汽进行热交换，形成了一次除氧。给水经过水篦子上升的二次加热蒸汽接触被加热到接近除氧器工作压力下的饱和温度即低于饱和温度2℃～3℃，并进行粗除氧。一般经此起膜段可除去给水中含氧量的90%～96%。
（3）淋水篦子：是由数层交错排列的角钢制件组成，对经起膜段粗除氧的给水进行二次分配，成均匀雨雾状落到液汽网上。
（4）蓄热填料液汽网：由许多形状尺寸相同的单元组成的网孔波纹填料组成的一个组合体，该规整填料通量大、压降小、操作弹性大、分离效率高、能耗低。蓄热填料本身就是二次蒸汽的蓄热器，给水与蓄热器充分热交换，达到了深度除氧的目的。
（5）水箱：除过氧的给水汇集到除氧头的下部容器即水箱内，除氧水箱内装有最新科学设计的强力换热再沸装置，该装置具有强力换热、迅速提升水温、更深度除氧、减小水箱震动、降低噪声等优点，提高了设备的使用寿命，保证了设备运行的安全可靠性。
1.2 除氧器原理
目前常用的为热力除氧。热力除氧是利用在一定的压力下，水温越高，气体的溶解度就越小；反之，气体的溶解度就越大的原理。除氧水表面的汽水混合全压中，含有蒸汽的分压力，水温升高时，液面的水蒸气分压力就会增加，相应的液面附近其他气体的分压力就会降低。当水温升高至沸腾时，蒸汽的分压力就会接近液面上的全压力，此时液面上其他气体的分压力接近0，这些气体将完全自水中清除出去。热力除氧要求除氧器内压力应维持在0.02～0.025MPa，温度为104℃时，除氧水中溶解的氧分子几乎全部逸出，其含氧量近似为零，但温度不宜超过107℃，否则将超过水箱允许的最大压力，因此将温度的控制范围设定在（104±3）℃[2]。水在起膜器流速高、紊度大，液膜中的气体分子具有较大的动能，增大了气体克服表面张力的能力，又由于旋涡的不断卷吸，使液膜中的任何微团都能达到液面，给气体分子的离析逸出创造了条件。旋膜式除氧器在传热、传质及接触时间都比喷雾填料式除氧器好，旋膜式除氧器技术更科学更先进[3]。因此，除氧的温度一般为100℃以上，热力除氧的工作温度定为102℃，就能使液面上的气体逸出，达到除氧目的。
1.3 含氧量超标的危害
随着环保意识的增强，技术含量高、价格昂贵的燃气锅炉逐渐取代燃煤锅炉，因此其设备维护的经济效益就尤为重要。烟火管作为燃气锅炉的关键部位，其内部介质为高温的燃气火焰或高温烟气，与外表面接触的是高温炉水或蒸汽。烟火管越是靠近水沸腾的部位，腐蚀越严重，出现管壁膨化松软、变厚、鼓包，类似蜂窝网状，轻刮后，表皮便会脱落，使管壁变薄甚至出现凹坑，严重者便需更换全部烟火管。因此降低含氧量，有助于延长锅炉的使用寿命，减少企业成本，提升企业经济效益。为降低锅炉给水含氧量，给除氧器加装自动控制系统，对锅炉的连续运行和节能减排具有举足轻重的意义。
2 除氧自动控制策略
2.1 除氧系统配备
（1）控制部分：西门子ETM200从站及模拟、数字量模块，通过Profibus-DP总线与主控PLC连接。（2）蒸汽及给水调节：1台预热调节阀、1台温度调节阀、1台给水液位调节阀。（3）仪器仪表：磁翻板液位计、压力表、温度计。（4）给水控制：功能泵及配备变频器。
2.2 控制方案
控制除氧器中水的温度，主要是控制除氧器中蒸汽的压力，通过对压力的控制，可以改变蒸汽的供给量，从而控制蒸汽加热水的温度。
2.2.1 压力控制
除氧器压力控制主要是为了保证除氧的温度，该控制带自整定功能，并具有单闭环控制回路，输入参数是除氧器压力，输出参数控制除氧器进汽阀，达到稳定除氧器压力的目的。
2.2.2 液位控制
除氧器水箱液位控制对除氧影响很大。若水位过高，将导致进入除氧器的水雾化空间不够，直接影响除氧效果；水位过低，又会直接威胁除氧器的正常工作，甚至影响锅炉的正常给水[1]。本方案液位控制主要是为了保证除氧器内有足够的水提供给锅炉，设计为带自整定功能的单闭环控制回路，输入参数是除氧器水位，输出参数控制除氧器进水阀，达到保证除氧器水位的目的。
2.2.3 PID调节
通过编制控制程序，分别单独设置液位和压力控制的PID参数[4]后，即可投入运行。操作人员只需在监控室查看各项运行参数，减少人员对系统的干预，更有利于控制的精确性。
3 工厂锅炉除氧验证
通过PID程序调节，设备投入自动运行后，通过长时间各种工况的观察，除氧温度和除氧头的压力存在一定的比例关系，当通过PI（P=0.003；I=200；D=0）参数调节，除氧头压力维持在20kPa，非常平穩，除氧温度基本维持在104℃（相差不到0.5℃），对除氧水进行含氧量检测分析，含氧量为0.1mg/L，达到锅炉的用水标准[5]。
4 结语
增加锅炉除氧器自动控制系统，有利于自适应锅炉用汽量负荷的连续变化，并能延长锅炉使用寿命，降低企业生产成本，保障企业连续生产，响应国家的节能降耗策略，使企业能持续健康的发展。
参考文献
[1]杨国荣，杨煜文，苏剑云.锅炉系统中的除氧液位及压力控制[J].电工技术，2006（1）：37.
[2]张小娟.模糊PID控制在除氧系统中的应用[J].机械与电子，2009（9）：66.
[3]王杰，郭继平.旋膜式除氧器技术在喷雾式除氧器改造中的应用[J].东北电力技术，2005（4）：23-24.
[4]赵鑫，刘红军，王军，等.时滞系统模糊整定PID控制的仿真研究[J].计算机仿真，2006，23（11）：211-214.
[5]覃强.模糊PID温度控制方案的仿真优选及其实现[D].北京：中国科学院，2002.endprint
