降低锅炉除氧器蒸汽耗用.docx
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降低锅炉除氧器蒸汽耗用
攻关型
红河集团红河卷烟厂
电气总部QC小组
一、前言
除氧器是锅炉水处理的必需设备，其功能是分离析出溶解于软化水中对设备有害的溶解氧、二氧化碳等腐蚀性气体，避免锅炉管道、锅筒的电化学腐蚀。
红河烟厂2×35吨/小时锅炉配置的除氧器为热力喷雾式除氧器，额定水处理能力为75吨/小时，额定除氧指标15ppb。
热力除氧器是利用锅炉自身的蒸汽对软水进行加热，以实现除氧功能，是锅炉系统的“内耗”设备。
由此，最大化降低除氧器蒸汽消耗，就能提高锅炉的产汽效率。
2007年1月起，红河烟厂电气总部QC小组针对除氧器的蒸汽过消耗问题，进行专项研究，经过小组群策群力的不懈努力，终在除氧器蒸汽的降耗上取得了突破和成效。
下面就我们QC小组本次活动向各位领导、评委进行汇报，请给以评审指导！
二、小组概况
小组名称
红河集团红河卷烟厂电气总部QC小组
成立日期
2006年12月
课题类型
攻关型
活动时间
2007年1～11月
课题注册编号
HHJT-HYDQ-0001
TQC受训时间
30小时
成员情况
序号
姓名
性别
文化程度
小组职务
组内分工
1
徐应平
男
本科
组长
方案设计、实施组织
2
徐北生
男
本科
副组长
调研、改造、调试
3
李海刚
男
本科
组员
调研、改造、调试
4
王东辉
男
本科
组员
原理分析、方案设计
5
杜培华
男
中专
组员
调研、改造、调试
6
黄芝林
男
本科
组员
跟踪测试、数据采集
7
王海勇
男
本科
组员
跟踪测试、数据采集
8
吴贵乾
男
本科
组员
效果检查与分析
9
张锋
男
本科
组员
资料整理
10
段义华
男
中技
组员
活动记录
三、选择课题
（一）选题背景
1、国家“十一五”社会经济发展纲要提出单位国内生产总值能耗降低20%左右的约束性指标的目标；国家局非常重视节能减排工作，要求全行业深入做好节能减排工作，积极开展以节能降耗、环境保护、成本控制为重点的“小发明、小创造、小改革”三小活动。
2、红烟一贯把建设资源节约型、环境友好型企业当作发展战略的目标之一。
在节能减排宏观指导思想下，红烟进一步推进各部深入开展“三小”活动，以降低能源资源消耗。
（二）选题理由
1、蒸汽是卷烟生产不可或缺的二次能源，红河烟厂蒸汽由燃煤锅炉产生，用煤量在企业生产综合能耗总量中占比量达67%，是企业综合能耗的重要组成部分，节煤挖潜是企业节能减排工作的重点方向。
2、红河烟厂35吨锅炉除氧器蒸汽由锅炉供给，是锅炉系统的内耗工艺环节，原除氧蒸汽用量占锅炉总产汽量的13%左右，而社会热力除氧工艺蒸汽消耗一般占锅炉产气量10%-15%，我厂除氧器蒸汽消耗在中高位，具有节能挖掘空间。
（三）课题确定
针对除氧器蒸汽耗用量过大的问题，我QC小组确定了“降低锅炉除氧器蒸汽耗用”作为本次活动的攻关课题。
四、调查分析
（一）除氧器耗用蒸汽状况调查与分析
1、除氧器蒸汽耗用状况调查
对水处理岗位人员走访及实测表明，除氧器除氧排气口蒸汽排放高度在2.0-3.2米、除氧器除氧水温度在99-105℃间波动，除氧蒸汽排放明显过量。
为进一步摸清除氧器耗用蒸汽状况，小组成员对2006年每月的除氧器除氧水量、除氧蒸汽耗用量、100吨水除氧用汽量等数据进行调查、统计：
时段
除氧水量（吨）
除氧用汽量（吨）
锅炉产汽量（吨）
除氧进水温度（℃）
100吨水用汽量（吨）
蒸汽用量占锅炉产汽量比例（%）
2006年1月
17323
1646
13767
65
9.5
12.0
2006年2月
3284
322
2572
64
9.8
12.5
2006年3月
15745
1527
12270
66
9.7
12.4
2006年4月
14791
1420
11692
66
9.6
12.1
2006年5月
13888
1319
10834
68
9.5
12.2
2006年6月
11289
1095
8620
67
9.7
12.7
2006年7月
11248
1091
8484
66
9.7
12.9
2006年8月
10154
975
7421
66
9.6
13.1
2006年9月
9897
960
7098
65
9.7
13.5
2006年10月
16985
1614
12295
68
9.5
13.1
2006年11月
19618
1923
13914
67
9.8
13.8
2006年12月
17283
1676
12301
68
9.7
13.6
平均
13459
1297
10106
66
9.6
12.8
制表：
黄芝林
2、除氧器实际蒸汽耗用与理论蒸汽耗用的比较分析
为考量除氧蒸汽耗用的合理性，根据能量守恒定律，蒸汽供给热量=进水加热吸收热量+热损失，由此关系对2006年除氧器热力除氧蒸汽耗用量进行理论计算分析。
所引用公式：
G=CM（t2-t1）/qη
G—把水从t1加热到t2所需蒸汽量（T）
C—水的比热，C=4.18kJ/（kg.℃）
M—水量（T）
t2—水的目标温度（℃）
t1—水的起始温度（℃）
q—饱和蒸汽比焓
η—除氧器换热效率
2006年除氧器实际用汽量与理论用汽量分析比较表：
时段
除氧用汽量（吨）
100吨水用汽量（吨）
除氧理论用汽量（吨）
100吨水理论用汽量（吨）
2006年1月
1646
9.5
1098
6.3
2006年2月
322
9.8
214
6.5
2006年3月
1527
9.7
970
6.2
2006年4月
1420
9.6
911
6.2
2006年5月
1319
9.5
805
5.8
2006年6月
1095
9.7
675
6.0
2006年7月
1091
9.7
693
6.2
2006年8月
975
9.6
625
6.2
2006年9月
960
9.7
628
6.3
2006年10月
1614
9.5
985
5.8
2006年11月
1923
9.8
1173
6.0
2006年12月
1676
9.7
1002
5.8
平均
1297
9.6
815
6.1
制表：
黄芝林
（二）调查分析综合结论
小组成员通过对除氧器实际蒸汽耗用量的调查，以及与除氧理论蒸汽耗用量的比较分析，得出除氧器100吨水实际蒸汽耗用量9.6吨，比理论蒸汽耗用量6.1吨多出3.5吨，除氧器存在过量蒸汽由除氧排气口排出。
五、目标确定
（一）课题目标
在保证除氧水溶氧含量低于50ppb工艺指标前提下，100吨除氧水耗用蒸汽由9.6吨降到6.8吨以下。
攻关目标对照图
（二）可行性分析
1、根据对除氧器蒸汽耗用状况的调查，除氧器客观存在蒸汽过耗用问题，只要把过量排放的蒸汽调控下来，即可实现降低锅炉除氧器蒸汽耗用的目标。
2、根据热力除氧理论蒸汽耗用量的计算分析，蒸汽耗用存在36％的下降空间，但考虑到不可能实现理想的热交换，按二八原则，一致认为可实现：
100吨除氧水耗用蒸汽由9.6吨降到6.8吨以下。
六、原因分析与确认
（一）红烟热力除氧器工艺原理
热力除氧器工艺原理结构图
工艺过程原理：
红烟热力除氧器工艺原理如上图所示，软水从除氧头上部进入，经除氧头喷嘴雾化成细滴，雾状水滴再经填料落至贮水箱。
蒸汽从除氧头底部通入，自下而上加热水滴至沸腾状态（101℃），此时水中溶解氧析出，部分蒸汽凝结为水，剩余蒸汽携带水中氧气等气体由顶部排气管排出，完成除氧过程。
（二）原因分析
小组成员根据除氧器工艺及工作原理，从“人、机、料、法、测”五个方面进行分析，找出可能导致蒸汽耗用量增大的13条末端因素，并制作如下因果图。
除氧器蒸汽过耗用因果图
（三）要因确认
根据因果图找出的13条末端因素，小组成员进行了逐一论证确认。
因素
类型
项目
论证方法
论证结果
论证时间
负责人
是否
要因
人
技能培训不足
查阅培训记录
达到上岗技能要求
2007.1
杜培华
否
未全员持证上岗
核查技术监督局下发的水处理岗位操作证
全员持证，并在有效期内
2007.1
杜培华
否
考核措施不力
查阅部门月考核记录
有专人负责按制度进行考核
2007.1
杜培华
否
机
填料损坏
打开除氧头检查
除氧头填料完好
2007.3
王东辉
否
给水雾化喷嘴失效
打开除氧头检查
给水雾化喷嘴雾化效果良好
2007.3
王东辉
否
蒸汽调节阀、截止阀性能差
现场检测认证
调节阀跟随控制指令线性度好；截止阀关断性能良好
2007.3
徐北生
否
除氧器、管道保温差
现场检测
现场测量蒸汽管道、除氧器外壁温度＜50℃，保温良好
2007.1
徐北生
否
料
除氧器进水温度低
现场检测
水温大于60℃，符合除氧器进水水温一般大于50度要求。
2007.2
徐应平
否
蒸汽供给过量
现场检测分析
进水量小于15吨/h工况时，蒸汽供给量约大于理论需求50％左右；
进水量大于15吨/h工况时，蒸汽供给量约大于理论需求40％左右。
2007.2
徐北生
是
进水流量波动频繁、幅度过大
现场检测
流量波动率平均10次/小时（按超过每小时平均流量20％幅度统计）；
日流量波动幅度在15－40吨/h之间。
2007.2
徐应平
是
法
操作、维护规程不完善
1、查阅操作、维护规程；
2、按操作、维护规程作实施验证。
规程齐全，且规程实施步序、方法准确合理。
2007.2
徐应平
否
工艺标准制定不完善
查阅标准并与国家标准比较论证
工艺标准具备及与国家标准一致。
2007.2
徐应平
否
测
计量仪表测量不准
检测、检定测量仪表
流量、压力、温度计量仪表检测精度在允差范围内
2007.2
李海刚
否
七、制订对策
根据已确定的两条要因，小组提出如下对策方案：
要因一：
蒸汽供给过量
对策：
建立蒸汽供给与进水热焓等值关联的控制
对策分析：
压力控制工艺过程原理图
如上图，除氧器蒸汽供给控制为压力控制模式。
在此模式下，因除氧头与环境大气的直接联通，要保证除氧头的压力达到20Kpa的目标值，必须有足够的汽（气）体从排气管排除，以形成除氧头与大气环境的阻隔，才能保证除氧头压力高于大气压，并达到20Kpa。
因此，当进水量小时，含氧总量少，可供排放的氧量自然就少，为稳定20Kpa的压力，必须加大蒸汽供给量才能保证目标压力，这就形成过加热而浪费能源；当进水量大时，因排氧量增大及水量增大两因素的共同作用，初期形成欠加热，除氧水温度的下降引发除氧器压力下降，为稳定压力必然加大蒸汽供给，又形成过加热。
由此可知，进水的过加热、欠加热在除氧器运行过程中成为了常态。
进一步解析亨利定律，可知：
把水加热，使其温度超过除氧器工艺压力下的沸点1度时，除氧效果为最佳。
围绕这一控制目标，在加热控制上建立蒸汽供给与进水量热焓等值关联的控制，实现蒸汽量供给实时匹配跟随进水能量变化，把进水加热至沸腾并超过1度需要多少蒸汽就供多少蒸汽，以达到最佳的除氧效果。
这就可以有效避免压力控制模式下的蒸汽过量供给，实现合理、有效节能。
要因二：
进水流量波动频繁、幅度过大。
对策：
优化除氧器液位控制，降低进水量波动频度及幅度
对策分析：
液位控制工艺过程原理图
如上图，除氧器进水流量控制为液位控制模式。
在此控制模式下，进水量的大小随液位低高被动跟随。
因液位调节控制客观上存在着滞后性，每一次液位波动，均出现进水量过跟随问题，即进水量的变化大于负荷的变化。
除氧器进水流量的频繁波动，进一步加剧了进水的过加热，同时也进一步放大了蒸汽的供给量。
由此，优化除氧器液位控制，降低进水量波动频度及幅度是进一步降低蒸汽耗用的途径之一。
为此，可在除氧器液位控制基础上，采集锅炉负荷实时变化数据，增加“液位变化趋势判断”功能，使进水量提前“调、制”，实现进水量的相对平缓与液位稳定，进而实现合理、有效节能。
（二）根据以上对策分析，小组制订如下对策表
要因
对策
目标
措施
责任人
时间
地点
蒸汽供给过量
建立蒸汽供给与进水热焓等值关联的控制
蒸汽供给量实时匹配进水量，控制精度＜2%，解决除氧进水过加热内因。
在进水管道上增装流量计，搭建进水热焓计算的检测条件。
徐应平
李海刚
2007年3-4月
除氧器
现场
建立进汽量供给与进水量热焓等值关联数学控制模型，改除氧蒸汽压力控制模式为热焓控制模式。
进水流量波动频繁、幅度大
优化除氧器液位控制，降低进水量波动频度及幅度。
解决加剧除氧进水过加热的外因，除氧器液位稳定在1500±30mm。
除氧器液位PID控制加“液位变化趋势判断”功能并优化调整PID控制参数，实现PID超调抑制。
徐北生
2007年4月
除氧器
现场
八、对策方案的实施
（一）制定对策方案实施表
按照对策表，我小组对改造现场调研后，结合组内人员专长制定如下对策方案实施表。
对策
实施项目
实施人员
责任人
完成日期
建立蒸汽供给与进水热焓等值关联控制。
选型、安装和调校除氧器进水流量计。
徐应平杜培华
机械通用部2人
徐应平
2007年3月15日
建立进汽量供给与进水量热焓等值关联数学控制模型。
李海刚徐应平
李海刚
2007年3月16日
编写蒸汽流量热焓PID控制程序。
杜培华徐北生
杜培华
2007年3月20日
运行调试、效果跟踪。
徐应平杜培华
徐北生
徐应平
2007年4月-5月
优化除氧器液位控制，降低进水量波动频度及幅度。
增加“液位变化趋势判断”功能；优化调整除氧器液位PID控制参数。
徐北生
徐北生
2007年4月5日
运行调试、效果跟踪。
杜培华
徐北生
徐北生
2007年4月-5月
（二）方案实施具体步骤
1、建立蒸汽供给与进水热焓等值关联控制。
步骤一：
加装除氧器进水流量计。
针对除氧器进水流量范围及温度、压力特性，选型适宜的RosemountDN100涡街流量计（计量精度1%），在除氧器进水管道上选择符合流量计上、下游直管段要求的安装点进行安装，组态、调试流量计，搭建进水热焓计算的检测条件；
步骤二：
除氧进水加热需求热焓检测计算。
引除氧器进水流量信号入锅炉控制系统，根据对除氧进水流量、温度的信号采集，由公式Q=CM（t2-t1）建立加热进水至工艺温度的热焓计算程序，实时计算进水加热需要热焓；
步骤三：
根据热焓等值原理计算蒸汽给定流量。
除氧蒸汽为饱和蒸汽，根据饱和蒸汽压力-比焓对应关系表，在程序中采集除氧蒸汽压力实时计算蒸汽比焓；根据热焓等值原理，由进水需求热焓计算蒸汽给定流量；
步骤四：
建立蒸汽流量PID调节程序。
简易控制框图如下：
步骤五：
热焓控制程序运行调试。
以除氧器除氧指标不大于15ppb为控制目标，调节PID参数，调试设定除氧头热交换效率为0.91；
步骤六：
热焓控制效果检测。
除氧蒸汽供给控制由压力控制改为热焓控制后，蒸汽供给量与进水热焓实时匹配，蒸汽实际供给量与蒸汽给定量累计偏离度小于1.5%。
数据检测如下：
时段
蒸汽给定量累计（吨）
蒸汽实用量累计（吨）
控制精度（%）
2007年5月11日
53.4
52.8
1.2
2007年5月12日
54.1
53.4
1.3
2007年5月13日
39.0
38.5
1.4
2007年5月14日
43.0
42.4
1.3
2007年5月15日
40.4
39.9
1.2
制表：
吴贵乾
2、优化除氧器液位控制，降低进水量波动频度及幅度。
步骤一：
在除氧器液位PID调节基础上增加“液位变化趋势判断”功能，抑制PID超调。
简易控制框图如下：
步骤二：
运行调试。
在锅炉各工况条件下调试PID参数及“液位变化趋势判断”功能，使进水流量变化趋于平滑，除氧器液位进一步稳定。
步骤三：
液位、进水量控制效果检测。
除氧器液位控制改进后，实测液位稳定在1500±30mm；进水流量波动频度得到降低，每次波动幅度下降30％左右。
九、效果检查
（一）、效果检测
1、除氧蒸汽耗用量检测
方案实施后，小组成员连续5个月对对除氧蒸汽耗用量进行跟踪检查：
月份
除氧水量（吨）
除氧用汽量（吨）
锅炉产汽量（吨）
除氧进水温度（℃）
100吨水用汽量（吨）
2007年6月
13761
922
9886
65
6.7
2007年7月
9331
635
6530
64
6.8
2007年8月
9554
631
6585
66
6.6
2007年9月
11175
738
7515
66
6.6
2007年10月
15787
1026
11389
68
6.5
平均
11922
790
8381
67
6.6
制表：
吴贵乾
效果检测表明，除氧器100吨水蒸汽耗用量由活动前的9.6吨降到了6.6吨，降低率31%，达到了活动的预期目的。
2、除氧排气口蒸汽排放情况检测
除氧排气口蒸汽排放高度由原来2.0-3.2米下降到1.5-2米之间；
除氧器除氧水温度由原来的99-105℃稳定在101±1℃。
3、除氧水溶解氧含量检测
除氧水溶氧含量小于15ppb，优于工艺指标要求。
（二）、效益分析
1、改造成本核算
改造中所使用的器材为涡街流量计一只（25000元）、120米屏蔽信号电缆（480元），控制程序改进为自主实施（不计成本），共投入成本25480元。
2、直接经济效益
按企业蒸汽核算成本为125元/吨，以2007年除氧器除氧161500吨水计算，直接节约的能源费用为：
年节约蒸汽：
161500÷100×（9.6-6.6）=4845吨
年节约能源成本费用：
4845×125=60.6万元。
3、间接经济效益
除氧器节约的蒸汽量转化为锅炉的蒸汽产品输出，有效提高了锅炉蒸汽的产供效率，使汽煤比（生产用汽量与用煤量之比）得到较大的提高：
改造前的汽煤比：
3.6
改造后的汽煤比：
3.8
原煤节约：
年节约原煤1230吨，节约率5.7%。
4、社会效益
（1）该改造有效降低了企业原煤消耗，进而减少了社会宝贵的能源消耗，是国家和行业节能减排目标、要求的积极贯彻、响应。
（2）在保证锅炉热力除氧器除氧效果的前提下，进行热焓控制以实现节能的成功应用，具有一定的创新性，可推广应用于社会上的热力除氧器改造，以获得更大的社会效益。
十、巩固措施
本次QC活动的核心为热焓控制改进，最终通过除氧蒸汽供给控制策略的改进来达到降低蒸汽耗用量，结合本次活动改进内容，修定《除氧器调试规程》、《除氧器除氧工艺参数标准》和《除氧器电气接线原理图》，修定《除氧器操作说明》对水处理操作工进行使用操作培训，作好程序备份，并将该次活动资料纳入培训档案，便于广泛学习交流。
十一、总结及今后打算
（一）总结
1、本次活动解决了设备存在的实际问题，达到了活动的目的。
2、在活动过程中，小组成员分工合作，各展所长，充分发挥了各自的主观能动性，提高了小组的团队合作精神。
3、通过活动，增强了小组成员的质量意识和创新意识，提高了成员分析问题、解决问题的能力。
（二）今后打算
本次QC活动取得了较好的效果，我们在今后的工作中将继续围绕锅炉、空压、中央空调动力设备领域进行节能减排潜力挖掘。
节能减排工作关系到各行各业的可持续发展问题，尤其在全国上下倡导节能减排的今天，只有密切关注设备的各个工艺环节，才能发现设备的隐性问题，并通过QC活动对症下药，将节能减排工作落到实处。
请各位领导、各位评委对我们本次QC活动的不足之处给予批评和指导！
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