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1、内置式除氧器及安全节能分析2007-6-28 16:42:00 朱志忠供稿1概要目前国内电站大多使用传统式除氧器对给水进行除氧，各种教材、资料基本上都是介绍传统式除氧器的原理 及其使用和维护。随着传统式除氧器一些弊端的出现，研究人员开发了一种新型的内置式除氧器，并在电站中 实际应用。尽管还存在一些问题，但这种除氧器结构新颖、加热速度快、除氧效果好，只要善于使用和维护， 仍不失为一种优良的除氧器。2内置式除氧器原理2. 1传统除氧器存在的问题所谓传统式除氧器.就是我们常用的高压喷雾填料（或水膜）式除氧器，一般有立式单封头除氧器、立式双 封头除氧器和卧式双封头除氧器（见图1）。图1待统险氧器结构型
2、式示意图立式詹炯头 叫立式双相头 0卧式双封头这几种除氧器需在给水箱上开设直径一般为16002400mm的孔，为给水箱直径的40%80%，超过 GB1501998钢制压力容器中规定，削弱了给水箱强度和刚度，在除氧头和给水箱连接处产生很高的局 部应力和变形，使得给水箱内部产生裂纹，尤其在焊缝区产生大量裂纹，威胁除氧器的安全运行。虽然这些裂 纹的产生与很多因素有关，但大直径开孔是造成除氧器产生裂纹的重要原因。2. 2内置式除氧器结构特点内置式除氧器是一种新型的除氧器，它舍弃了传统式除氧器的除氧头，只保留了除氧器的水箱部分。将原传 统式除氧器的除氧塔内的除氧功能转移到除氧器的水箱中，在水箱内将除氧、
3、蓄水功能溶于体。其优点除取消了传统式立式除氧器的大直径开孔，减小了除氧器的局部应力，提高了除氧器的安全运行系数 以外，还采用了新型喷嘴，提高了除氧效果。2. 3内置式除氧器的原理内置式除氧器的除氧原理仍然采用热力除氧原理。根据亨利定律和道尔顿定律，将被除氧的水加热到其压力 对应下的饱和温度，将水中分离出来的氧气、其他气体以及部分蒸气一起从排气口排除。3内置式除氧器结构特点3. 1采用射汽型喷嘴传统式除氧器是气、水由单独喷嘴喷出，通过逆向流动加热，填料延时加热等方法，对被除氧水进行充分加 热，从而达到除氧的目的。而内置式除氧器则采用了新型的复合射气型喷嘴（见图2），从示意图中可以看出: 射气型喷
4、嘴由壳体、射汽喷管和喷头组成，水和气从同一个喷嘴中的不同位置进入，在壳体圆周壁上开设了若 干切向进水槽，进水从壳体外侧通过切向进水槽进入壳体内侧，并形成数股旋转水流。射气喷管将壳体外侧进 入蒸气的压力能转变成速度能，在射气喷管出口处的蒸气达到较高的流速，形成一股高速射气流。这股高速射 气流一方面在壳体内带动旋转水流向前流动，并在喷嘴出口处撞击旋转水流，增加了水流雾化动力；另一方面 这股高速射气流在壳体内就与旋转水流接触，提前了气水热交换时间。图2射气型喷嘴结构示意图在离开喷嘴后，这股蒸气自雾化锥体中心向四周扩散，使雾化水滴获得均匀加热。由此可见，在喷嘴中气水 进行了初步换热，而在喷出喷嘴后，气
5、、水均呈雾状进一步强化了换热效果。多组喷嘴沿水箱轴向布置，保证 了被除氧水都能够得到先分的加热。因此，这种射气型喷嘴，与传统除氧器的加热方式有着明显的区别。3. 2设置吹扫管吹扫管布置在水面上。在吹扫管中布置了许多吹扫口，它利用加热蒸气吹散聚集在水而上的氧气层，增加水 面上、下的氧气浓度差，有利于氧气的扩散。同时吹扫蒸气吹破水面，减少了水的表面张力，以便于水中的氧 气向水面扩散。同时吹扫后蒸气向上流动，加热淋水、填料层中的水膜和喷嘴喷出的雾化永，充分利用了余热。 3.3泡沫发生器（再沸腾管）在除氧器底部安装了一根沸腾母管和若干沸腾支管，在沸腾母管和沸腾支管上又安装了许多泡沫器。在泡沫 器四壁有
6、许多交错的喷射小孔，加热蒸气自喷射小孔喷出，与周围的水混合，形成许多泡沫，强化气水之间传 热和传质（见图3）。从图中可以看出，泡沫发生器的原理与传统式除氧器的再沸腾原理相似，作用相同，但 由于内部结构不同，新型除氧器的泡沫量大、加热速度快，效果较好。图3泡沫发:生器结构示意图4除氧器安全问题分析与对策4. 1轴封蒸气带水由于取消了除氧头，除氧器的一二次除氧过程均在除氧器的水箱中进行，特别是射气型喷嘴的喷射距离较远， 而轴封用气又是直接从除氧器水箱上部引出.如若射气型喷嘴布置不当，距离轴封用汽口偏近，或者除氧器在 工作中气、水配合失常，雾化不良，极易使轴封用气带水（见图4）。轴封带水给汽轮机正常
7、运行带来很大的 安全隐患，可以采取在设计安装时，喷嘴组远离轴封供气管口，以保证轴封供气管口在喷嘴射程之外；也可以 在除氧器内部轴封供气管与射气喷嘴之间加装有一定倾斜角度的挡水板（如图4所示），即使喷嘴喷出工质的 速度较大，喷射距离较远，或者水不能得到充分的雾化，水滴直径偏大，也会被挡水板的挡住，不会窜入轴封 供气管中，以避免轴封供气带水，但加挡水板必须利用机组停役之际实施。还可以采取对轴封系统加装疏水袋 的方法（见图5），对轴封用气进行不间断疏水，以确保轴封供气的止常。这样对有些机组（轴封系统隔离门 台理，并且轴封气源可切换），不需要停机即可进行操作，以确保机组的安全运行；缺点是疏水系统要长期
8、运 行，汽水损失较大。图4除取器内部始构布宣示意图除箱卷来气图5疏水袋内部结构示意图4. 2抽气管道倒气（水）由于射气型喷嘴的独特结构，当负荷偏低时，进入除氧器的抽气压力过低，而由于高加疏水以及连排作为除 氧器加热气源仍然进入，就有可能造成除氧器压力高于其抽气压力，导致冷气、冷水沿着抽气管道倒流，若抽 气逆之门不严或卡涩，气缸就极易进入冷气（水），严重威胁机组的安全运行。因此，内置式除氧器对其滑压 运行的范围有着严格的要求，一般在30%100%范内滑压运行。当机组滑压运行低为于30%额定负荷时， 必须及时对除氧器进行气源的切换，特划是机组的滑停时，对除氧器压力和轴封压力、温度的监视，显得尤为
9、重要。有条件的话，也可以在机组滑停到定负荷时，对轴封气源进行切换，同时切换除氧器相对应的气源。4.3含氧量增大喷嘴堵塞、雾化不良以及除氧器水位偏高是内置式除氧器含氧量增大的主要原因。喷嘴堵塞主要出现在机组 大修后或者凝结水系统检修后，由于检修工艺粗糙，致使金属杂质或机械杂质进入气水管道内，堵塞喷嘴。因 此在大修后启动前，应拆除喷嘴后，对系统进行冲洗。凝结水系统检修时，要严格按照检修工艺，防止杂质进 入系统内。雾化不良主要是在变工况运行时，除氧器未能及时根据负荷的变化，进行喷嘴组的停、投，或者气 源未能进行及时切换。在机组滑参数启动时，随着机组负荷的增加，要逐组投入喷嘴，而在滑停的过程中，要 根
10、据负荷逐组停用喷嘴，以保证气、水压力和配比正常，确保喷嘴雾化良好。而当除氧器水位偏高时，特别是 淹没吹扫管时，使得吹扫效率下降或失效，水面上氧气浓度增大，水中氧气逸出困难；淹没射气型喷嘴时，气、 水雾化加热失效，这些均导致水中含氧量升高。因此，内置式除氧器在运行中对水位的要求相当严格.不仅仅 是考虑到轴封带水问题，更重要的是考虑到吹扫管和喷嘴的正常运行。故内置式除氧器的水位保护应确保完好 并及时投入。4. 4给水泵气蚀由于内置式除氧器的泡沫发生器的结构发生了很大的变化，它所产生的泡沫也远远多于传统意义上的再沸 腾，当给水泵运行时，如果泡沫发生器投入运行不宜开得过大，以防止有气泡顺着下水管进入到
11、给水泵进口， 致使给水泵发生气蚀。少量的气泡进入可能不易及时查觉，但由于目前使用的给水泵普遍是高转速离心泵（20 0 MW机组在5 000 r/min左右，300 MW机组在6 000 r/mln左右），日积月累就会对给水泵的叶片造 成冲蚀，降低给水泵的效率，缩短给水泵的使用寿命。因此，当机组起动时，泡沫发生器最好在给水泵起动前 使用，以达到尽快提高水温的目的。当给水泵运行时使用泡沫发生器，要适当控制泡沫发生器的开度，防止泡 沫产生过多，并监视给水泵的运行情况是否正常。4. 5啸叫和振动由于设置了吹扫管，除氧器内部会出现啸叫声，属于正常情况。当啸叫声过大时，可能是吹扫管进气开度偏 大，应及时予
12、以调整。当除氧器在短时间内出现大量的热交换时，可能导致除氧器发生振动，应尽量避免除氧 器进水温度过低，水量过大，特别是当使用供水泵向除氧器进水时，要适当控制进水速度并加强对除氧器运行 的监视。5除氧器的节能分析1）对于大型火力电站在正常运行时，对自然循环锅炉要求的给水含氧量小于7ug/L,而对于直流锅炉给水的 品质要求更高，这就要求除氧器的除氧效果更够满足锅炉给水的要求。由于大型火力发电厂一般均采用热力除 氧，从节能的角度而言，既要减少被除氧水的加热热源的量，又要使除氧效果达最佳，进一步减少排出的蒸气 量，减少工质浪费，才能真正起到节能的作用。2）对于传统除氧器而言，由于受到传热效果的制约，一旦被除氧水含氧量增大，则一方面加大除氧器进气量， 同时开大除氧器的排气门，来保证给水品质，无形之中将大量的蒸气与被除去的气体一并排出，致使大量资源 浪费。而内置式除氧器由于传热效果好，除氧能力大幅提高。试验表明：当凝结水（被除氧水）含氧量高达70 0ug/L时，在未增加加热气量和未开大排气门的前提下，给水含氧量仍能保持在5ug/L以下，使机组在低负荷 和凝结水含氧量异常增大的情况下，仍能保证锅炉给水品质的要求，从而达到节能作用。本方案己成功应用于淮北发电厂135 MW机组。本文对运行、维护人员学习掌握内置式除氧器的原理，提 高运行水平，提高机组安全性能具有实际的意义。
