摘要: 在火力发电、供热及其他蒸汽动力循环中,除氧器是保证给水系统安全经济运行的关键设备。其工作过程中持续排放的蒸汽(俗称“排汽”或“冒汽”)携带可观的热量和纯净水,直接排放不仅造成巨大的能源浪费,也产生噪声和视觉污染。因此,对除氧器排汽进行回收利用是电厂节能降耗、提质增效的重要举措。本文旨在系统分析几种主流的除氧器排汽回收利用形式,探讨其技术原理、系统构成、优缺点及适用场景。
一、 除氧器排汽的特性与回收价值
除氧器排汽的主要作用是排出从水中解析出的不凝结气体(如O₂、CO₂),以防止系统腐蚀。这部分排汽具有以下显著特点:
品质高: 蒸汽源于锅炉给水,纯净度高,近乎蒸馏水。
热能丰富: 排放的是饱和蒸汽,焓值高,蕴含大量潜热。
持续稳定: 在机组正常运行期间,排汽是连续且流量相对稳定的。
据估算,一台300MW机组的除氧器,其排汽损失的热量可达数百千瓦至上千千瓦,年折算标准煤损失可达数百吨。因此,回收这部分工质和热能具有显著的经济效益和环境效益。
二、 主流回收利用形式与技术分析
目前,除氧器排汽的回收利用主要有以下三种技术路径:
形式一:表面式冷却回收(换热器回收法)
这是最传统、应用最广泛的回收方式。
技术原理: 通过一台表面式换热器(通常为管壳式),让温度较低的冷却工质(如化学补给水、凝结水)在管侧流动,除氧器排汽在壳侧冷凝。排汽释放的汽化潜热被冷却工质吸收,使其温度升高,而冷凝下来的纯净水(疏水)被收集并引入凝汽器热井或低压给水系统。
系统构成: 排汽回收换热器、冷却工质管路系统、疏水回收系统。
优点:
工质与热量分别利用: 实现了热能的梯级利用,将热量传递给更需要加热的低温工质,系统效率高。
不影响除氧效果: 回收系统与除氧器本体相对独立,不会改变除氧器内的压力和温度场,对除氧效果无负面影响。
系统可靠,维护简便。
缺点:
需要额外的换热器及场地。
存在传热端差,热能无法100%回收。
换热面可能存在结垢风险,需定期维护。
形式二:混合式加热回收(喷淋冷却回收法)
该方法直接利用冷却工质与排汽进行接触换热,实现质热同收。
技术原理: 将低温的冷却水(通常是化学补给水或一部分凝结水)通过雾化喷嘴喷入一个专门的回收罐或混合室中,与引入的除氧器排汽直接混合。排汽迅速冷凝,同时将热量传递给冷却水,使其温度大幅升高。升温后的混合水由回收泵输送至除氧器入口或凝汽器热井。
系统构成: 混合式回收罐、喷淋系统、回收水泵、液位控制装置。
优点:
传热效率高: 直接接触换热,无传热端差,热回收效率极高。
设备简单,投资较低: 省去了昂贵的表面式换热器,结构紧凑。
兼具真空脱氧作用: 在混合过程中,部分不凝结气体可能被进一步析出并排出。
缺点:
对系统设计要求高: 喷淋水量和压力的控制至关重要,若设计不当,可能影响除氧器水位和压力的稳定。
泵送能耗: 需要额外配置回收水泵,消耗一定电能。
可能存在汽蚀风险: 回收泵吸入的是接近饱和温度的热水,需精心设计泵的安装高度和管路,防止汽蚀。
形式三:压缩式回收(热压机/蒸汽压缩机回收法)
这是一种更为先进的回收技术,将低品位的排汽提升为高品位蒸汽再利用。
技术原理: 利用高速喷射的高压工作蒸汽(引射流),通过热压机(也称蒸汽喷射压缩机)的引射作用,将除氧器排汽(被引射流)吸入并混合压缩,形成一股压力和温度均高于原排汽的中压蒸汽。这股提升品质后的蒸汽可以被引回除氧器汽平衡管或用于其他低压用汽点。
系统构成: 热压机、高压工作蒸汽源、控制系统。
优点:
品质提升: 将废弃的低压排汽“变身”为有价值的动力蒸汽,实现了能量的增值利用。
无需冷却工质: 系统自成闭环,不依赖外部冷却水源。
设备紧凑,无转动部件,可靠性高。
缺点:
以高品位能量换取回收: 需要消耗一部分高压工作蒸汽,系统经济性取决于高压蒸汽的成本与产出蒸汽价值的平衡。
设备噪音较大。
对工作蒸汽参数稳定性要求高,调节性能相对较差。
三、 不同回收形式的对比与选型建议
特性维度 | 表面冷却回收 | 混合加热回收 | 压缩式回收 |
回收本质 | 回收热量为主 | 工质与热量同时回收 | 提升蒸汽品质 |
能效水平 | 较高 | 很高 | 取决于工作蒸汽成本 |
系统复杂性 | 中等 | 较低 | 较低(但控制要求高) |
初投资 | 较低 | 较低 | 较高 |
运行维护 | 维护量小 | 需防泵汽蚀、控液位 | 维护量大,噪音大 |
适用场景 | 有稳定低温热阱(如补加水)的系统,应用最广 | 补水量大且对系统简化要求高的场合 | 厂内低压蒸汽需求稳定,且高压蒸汽富裕的场合 |
选型建议:
首选推荐: 对于大多数新建或改造项目,表面式冷却回收因其技术成熟、系统稳定、适应性强,仍是首选方案。
经济性选择: 当场地受限、投资预算紧张,且具备可靠的回收水泵安装条件时,混合式加热回收是一个极具性价比的选择。
特殊工况选择: 当厂内低压蒸汽管网压力不足或需求量大时,可评估采用压缩式回收,但必须进行详细的技术经济论证,确保其经济性。
四、 结论
除氧器排汽的回收利用是热力系统不可或缺的节能环节。三种主流回收形式各具特色,并无绝对的优劣之分,关键在于“因地制宜”。在进行技术选型时,应综合考虑机组的实际运行参数、现场布置条件、投资回报预期以及运行维护水平等因素,进行全面的技术经济比较,选择最适合自身需求的回收方案。通过实施有效的排汽回收,企业不仅能实现显著的节能效益和经济效益,更能践行绿色发展的社会责任,提升整体运营水平。