除氧器性能简介

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1、热热 力力 式式 除除 氧氧 器器 的的 性性 能能 简简 介介连云港市立成电力节能设备有限公司1 除氧器的简介火力发电厂中锅炉给水经软化或除盐后,除去了 Ca2+、Mg2+硬度，但水中的溶解氧没有除去。未经除氧的水进入锅炉，会对锅炉设备（主要是省煤器）给水管道及汽轮机通 流部分产生氧腐蚀，缩短设备的寿命。 省煤器的氧腐蚀使得水中的含铁量增加，水冷壁管结氧化铁垢的速度与给水含铁量 成正比，氧化铁垢不但导热性能差，使水冷壁管因冷却不好而过热损坏。而且还会在氧 化铁垢下产生垢下腐蚀，加速水冷壁管的损坏，锅炉安全运行的可靠性下降，停炉次数 增加。 因此，锅炉给水必须除氧。 除氧器按其除氧方式可分为下

2、列三种： 真空除氧. 由于溶于水中的溶氧随着压力升高而增加，所以降低压力，维持较 高的真空可使水中溶氧显著减少（比如凝汽器内） 。 化学除氧. 利用某些药品与水中的氧起反应，将水中的溶氧消耗掉而达到除氧的目 的。 热力除氧. 利用水中的溶氧随着水温的升高而降低的特性来达到除氧目的，一 般都是将水加热到相应压力下的饱和温度。 由于化学除氧成本较高，锅炉给水不但需要除氧而且还需要提高水温，所以单纯的 化学除氧在电厂中很少采用，有时用来补充热力除氧的不足。电厂中绝大部分都是采用 凝汽器内的真空除氧和热力除氧，即在提高水温的同时将水中的溶氧除掉 。 热力除氧器的主要作用是除去锅炉给水中的溶氧及其它气体

3、，保证给水的品质，减 缓锅炉设备及管道的腐蚀，延长设备的使用寿命；同时除氧器本身又是给水回热、加热 系统中的一个混合式加热器，起到加热给水，提高给水温度的作用。它的性能好坏对电 厂的长远安全运行非常重要。 热力除氧器的结构主要由除氧头、水箱及诸附件组成。其除氧效果主要决定于除氧 头的设计原理和结构是否更合理、更完善。 2 热力除氧器的设计原理2.1 热力除氧器中的水是从上而下流动，加热蒸汽由下而上流动，汽与水接触后产生 混合传热，同时还进行传质，水中的溶解氧随着水温的升高迅速从水中向蒸汽空间分离 出来。 根据道尔顿定律：除氧器内的总压力等于各混合气体分压力的总和。用公式表达为P = PS +

4、PO2 + PCO2 + 水蒸汽 氧气 二氧化碳 分压力 分压力 分压力另据试验得知，某种气体在水中的溶解量与水面上该种气体的分压成正比。由此我 们也可得知水中氧的含量取决于水面上分压力及氧在水中的溶解度。氧在水中的溶解度 是随着温度的升高而降低。当除氧水被加热到饱和温度时，溶氧量趋近于 0。为什么 说趋近于 0，而不是 0，这是因为水具有一定的粘带性，产生表面张力，使水的表面形成一层薄膜，此膜的厚度约为 10-7厘米。由于这层水膜的存在，水中的微小气泡不能通 过水膜飞逸到空间去。所以静止状态下的水以及某些不良的除氧器中的水，温度虽已加 热至饱和温度，但仍然达不到电厂目前所要求的溶氧量标准。如

5、果能使水中的传热、传 质表面积足够大，表面又不断更新（产生紊流） ，则就能克服水膜阻碍微小气泡排气现 象，使饱和水中的溶解氧迅速排出，达到国颁溶解氧标准（GB/T12145-1999火力发电 机组及蒸汽动力设备水汽质量中规定，汽包炉，锅炉过热蒸汽压力 3.85.8Mpa：溶 解氧15g/L；锅炉过热蒸汽压力 5.918.3Mpa：溶解氧7g/L） 。 2.2 根据上述的道尔顿定律和实验可知： 热力除氧器必须达到下列条件才能将水中的溶氧量降低到国标要求以下： （1 1）水水必必须须加加热热到到饱饱和和状状态态。为为此此要要求求水水与与加加热热蒸蒸汽汽之之间间有有足足够够大大的的加加热热面面积积及

6、及传传热热 系系数数。 （2 2）水中分离出来的氧应能及时排出除氧器，以保证与蒸汽间有一定的浓度差，减）水中分离出来的氧应能及时排出除氧器，以保证与蒸汽间有一定的浓度差，减 小水表面的氧气分压力以免阻碍水中氧的逸出。小水表面的氧气分压力以免阻碍水中氧的逸出。 （3 3）水应该具有足够大的传质表面积，而且此表面上的水要求迅速地不断地更新，）水应该具有足够大的传质表面积，而且此表面上的水要求迅速地不断地更新， 以提高速度及除氧效率。以提高速度及除氧效率。 3 膜式除氧器的结构及工作原理 3.1 膜式除氧器是 70 年代初研制成功并推广使用的热力除氧新技术，目前全国各地已 有上千台膜式除氧器投入运行

7、。我公司经过多年来的不断努力、研究，已成为膜式除氧 器设计、生产基地，承担新的膜式除氧器设计、制造及旧除氧器的改造工作。到目前为 止，已设计生产 10t/h 至 710t/h 各种规格的膜式除氧器。 3.2 膜式除氧器是热力除氧器的一种，它的传质方式不同于老的栅盘式、泡沸式、 淋水盘式及喷雾填料式，而是用射流及旋膜方式进行传热、传质的。在性能和结构上则 充分满足了上述热力除氧的三个条件。设计特点如下： 3.2.1 膜式除氧器设有两级除氧装置，第一级是起膜器组主要的除氧部件；第二 级是填料层用作深度除氧。（1） 起膜器组是由起膜器、连通管及隔板等零部件组成，除氧器入口水首先进入由上 下隔板组成的

8、水室，再从水室通过起膜器上的小孔，进入起膜器内壁形成射流及旋转水膜。（2）水从起膜器下来后形成一个喇叭形的水膜，然后向下流到篦子部份（篦子的层数 视具体情况而定） 。 （3）水通过篦子后进入填料层，它是由液汽网及其固定框架组成。水在液汽网中作进 一步的除氧深度除氧，新型液汽网比曾采用过的 型填料的透气性好，贮热系数 大，其氧的分离效率高，是一种深度除氧的理想填料。（4）水经过液汽网后随即落到水箱里。 3.2.2 由图 1 可见，加热蒸汽从加热蒸汽管出口处扩散并上升至填料层，通过填料层、 篦子，进入起膜器内孔，然后再上升到除氧头上部封头内腔，并由此排入大气。由于蒸 汽上升过程中与水混合，加热了水

9、，因此大部份加热蒸汽均被水所吸收，排放大气的汽 量很少。热力式除氧器传热、传质效果越好，排汽量越少。 3.3 膜式除氧器的（主要元件是起膜器组，因此着重分析）工作原理 3.3.1 凝结水及补充水进入起膜器组的水室后，具有一定的压力，此压力高于除氧器 内的压力，因此两者之间有压差。水在一定的压差下从起膜器上的小孔喷向内壁，在小 孔的出口处产生射流运动，射流强化了传热传质过程，它可以在极短时间内，很小的行 程上，吸收大量的加热蒸汽，同时从水流中向空间放出大量的氧气。 射流的物理意义是，当具有一定压力 的液体，从小孔中喷出形成射流束。射流两 侧的静止气体被高速流动的射流带动，一部份气体随射流束流动带

10、走，使射流束两侧造 成局部低压区。因此远处的气体不断地流向低压区，补充被射流带走的气体，这样气体 不断地被射流束带走，又不断地从远处补充形成运动的全过程，此现象称为射流的卷吸作 用（见图 2） 。在大气中作起膜器试验时可以清楚地看到射流呈乳白色，可见射流卷吸进很多空气。 （试验是在大气中做的）由此证实射流的卷吸作用是确实存在的。在起膜器组正常工作时，水室的水经过起膜器上的小孔射入起膜器内壁。形成射流， 由于它的内孔充满了加热蒸汽，水在射流运动中便将大量的加热蒸汽卷吸进去，产生剧烈 的混合加热作用，因此射流束可以吸收大量的热量，使水温大幅度地提高，另一方面由于 水从起膜器小孔喷向其内孔过程也是一

11、个降压过程，使水的压力下降，这两个因素-水温 升高，水压下降均能使水中的溶解氧大量释放出来扩散到起膜器内孔的加热蒸汽中去，产 生传质过程。射流结束后，水沿着起膜器内孔壁旋转而下，形成一层水膜。液体在旋转流动时的临 界雷诺数Re 较液体在直管内流动的临界雷诺数Re 下降很多，也即液体在旋转流动时易产 生紊流。从起膜器的试验可观察到，工作时，起膜器内孔壁的旋转水膜不断翻滚，水的表层分 子不断被内层分子所置换，这正是紊流运动的特征。水裙部份水膜运动状态基本上与起膜器内孔之水膜运动状态相同。 由于旋转水膜处于紊流状态，其持续时间也比射流的持续时间长得多，表面积又很 大，因此它的传热，传质效果是十分理想

12、的。 另外，我们在膜式除氧器中设计了新型平衡管和汽水分离装置，使析出的氧气能及 时充分的随蒸汽流排入大气中去。 在除氧器中氧气的比重比饱和蒸汽的比重大，因此国外有的研究人员建议排汽口置于一次除氧器 装置的侧下方。 （当除氧器内压力为0.02MPa、104时氧的比重为1.23Kg/m3，饱和蒸汽比重为0.68 Kg/m3）我们认为由于存在扩散作用及蒸汽流动，因此排汽口还是设置在除氧头上方为好，我们设想： 如果没有蒸汽流动，水在起膜器中分离出的氧，将在重力及扩散作用下，向下移动，从而使水箱内水 的溶氧量升高，因此将含氧浓度高的蒸汽不断地排放到大气中去，对膜式除氧器的工作也是至关重要 的。 综前所述

13、，起膜器在工作中，其射流、旋膜、水裙三部份即可将水中的绝大部份溶 氧分离出来，这些分离出的氧随着上升蒸汽从起膜器的内孔排到上封头内腔，然后再从 排汽口排往大气，所以起膜器的内孔不仅是传热、传质的主要部位，而且是除氧器排出 氧气的主要通道，它使得水在起膜器内分离出的氧不能随意扩散，只能局限在起膜器内 孔中，强制它随着上升的蒸汽流排向大气。 总之膜式除氧器的起膜器组在工作中使水始终处于紊流状态并有足够大的表面积， 排汽性能良好。传热、传质条件十分理想。这些性能充分满足了前面提出的热力除氧器 工作必需具备的三个条件。 3.3.2 膜式除氧器的结构特点（1）起膜管：膜式除氧器的关键部件,采用国外引进技

14、术,多孔位数控定位加工成型,保 证了射流孔的定位准确性及加工精度。（2）水箅层：采用弧形管，也就是半圆管进行合理的错位布置，使水流再次分配， 形成片状薄膜水，更好地与蒸汽接触实现传热、传质。（3）填料层：采用专业编织的 形网状细丝不锈钢网，该网蓄热系数高，分离率高， 气阻小，可对给水进行深度除氧，是目前最理想的除氧填料。（4）再沸腾装置：在除氧水箱中加装了带有涡旋喷嘴结构的再沸腾装置，在投运时 减少振动和水击，并提高了加热速度，有利于残余氧的排出。 （5）由于膜式除氧器传热、传质系数大，所以允许淋水密度也比一般除氧器大，因 此它的除氧器头直径也允许较一般的除氧器小。 4 膜式除氧器的性能特点

15、4.1 由于膜式除氧器起膜器组的传热系数大，传热面积也大，因此传热效果特别好，它 的进、出口水的温升能达到90，即使进口水的溶氧量高达50008000g/L 情况下在篦子下 测得水的溶解氧仅为5-7g/L，达到了部颁标准。上述这些指标国内一般除氧器是达不到 的，国内大部份除氧器当进水温度低时就产生强烈的振动，除氧效果急剧下降。因此膜式 除氧器是最适用于补水量大、补水温低的热电厂，当然用于一般冷凝式发电厂除氧效果会 更好。 4.2 适应性强，膜式除氧器在发电机组负荷大幅度、快速变动时，在低负荷下均能正 常工作，保证除氧效果良好。因此膜式除氧器又适宜用于调峰发电机组。 4.3 膜式除氧器在任何工况下均不会产生振动，安全性能好。 4.4 排汽量小，山西漳泽电厂 200MW 机的 710t/h 膜式除氧器实测排汽量为除氧器出力 的 0.1%，比改造前的原喷雾填料式除氧器的排汽量下降了约 25%。排汽量减少能源 损失小带来的经济效益也是很可观的。 4.5 膜式除氧器除氧效果好，在十分恶劣的工况下经除氧后，水箱中水的残余溶氧量 均能达到部颁标准。 4.6 膜式除氧器可适用于滑压运行，如果采取一些特殊措施后还可适用于从机组起到带额定负荷的全滑压运行，操作简便，很受运行人员的欢迎。 4.7 维修简便，膜式除氧器无易损件，维修工作量小。