除氧器（旋膜除氧器）

一、除氧器概述

除氧器是電站鍋爐、工業(yè)鍋爐系統(tǒng)中必備的設(shè)備，其主要功能為降低鍋爐上水中的氧含量，使之達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，以保障鍋爐、汽輪機(jī)組和整個(gè)系統(tǒng)的金屬部件在高溫下不發(fā)生過渡的氧化腐蝕。熱力除氧器是目前最常用的鍋爐除氧設(shè)備。

隨著高參數(shù)大容量發(fā)電機(jī)組的發(fā)展，對(duì)熱力除氧器的技術(shù)性能和對(duì)其特殊技術(shù)功能的要求愈來愈高，為使除氧水中溶氧趨于零，拓寬熱力除氧器適應(yīng)范圍，提高其運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，許多國(guó)家都對(duì)其進(jìn)行了大量的研究工作，取得了很大成果。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)熱力除氧器研究和開發(fā)的方向，從傳熱傳質(zhì)機(jī)理上看，主要圍繞霧化、泡沸和旋轉(zhuǎn)膜；從設(shè)備形式上有立塔、臥塔和隱塔。

旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基礎(chǔ)上研究、創(chuàng)新、設(shè)計(jì)制造成功的。是國(guó)家科委公報(bào)的科研新成果，并獲得一九八八年部級(jí)科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。東北電業(yè)管理局科技開發(fā)公司承擔(dān)了繼續(xù)研制開發(fā)新型旋膜除氧器的課題，并在我公司建立了生產(chǎn)基地。雙方共同承擔(dān)新型設(shè)計(jì)、制造，拓寬其服務(wù)范圍。已有多種型號(hào)、多種功用的產(chǎn)品由適于低溫水、低溫汽源和取代中、小型機(jī)組高壓加熱器的旋膜除氧器問世。至今已在200MW機(jī)組以下電站系統(tǒng)及石油化工、機(jī)械等行業(yè)應(yīng)用百余臺(tái)，取得了很好的效果。技術(shù)水平在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，積20年研究、制造及運(yùn)行證明，旋膜除氧器優(yōu)于目前任何一種熱力除氧器，是熱力除氧設(shè)備發(fā)展的方向。1990年10月國(guó)家將其列為“八五”電力新技術(shù)推廣項(xiàng)目，1993年10月經(jīng)科技總院組織專家論證，1100t/h已被許可用于300MW機(jī)組系統(tǒng)，為超大型機(jī)組除氧系統(tǒng)使用旋膜除氧器開辟了良好的前景。

二、旋膜熱力除氧器設(shè)計(jì)的理論依據(jù)

從氣體溶解定律（亨利定律）可知，任何氣體在水中的溶解度與此氣體在氣水界面上的分壓力和水溫有關(guān)。圖1-1-A說明了在大氣壓力下，空氣、氧氣、水蒸汽的分壓力，以及氧氣的溶解度與水溫的關(guān)系，隨著水溫增高水蒸汽的分壓力也增大，而空氣和氧氣的分壓力在100℃時(shí)降低到零，水中的溶解氧也降低到零。圖1-1-B說明了在不同壓力下氧氣在水中的溶解度，當(dāng)水面上壓力小于大氣壓力（具有一定的真空度）時(shí)，氧氣的溶解度在較低水溫差（＜100℃）下即可降到零。水中含氧量與溫度、壓力的關(guān)系見表1-1。

表1-1  水中含氧量與溫度、壓力的關(guān)系

三、除氧器的工作原理

除氧器的形式簡(jiǎn)圖見圖2-1

⑴回水及軟水從頂部?jī)蓚?cè)引入管引入，經(jīng)夾層中不銹鋼（短管上的小孔）內(nèi)部形成旋膜噴出落至下部的配水裝置，再經(jīng)配水片使水分散再次產(chǎn)生水膜使水流下，經(jīng)過四周密封內(nèi)裝填料而四周固定的不銹鋼絲網(wǎng)內(nèi)下流。

⑵蒸汽由入口進(jìn)入，流經(jīng)噴射管噴出，可增加汽水接觸面積，在頂部夾層有讓水集熱的作用，以防止水溫突然變化，填料可以蓄熱以加熱水及增加汽水界面。

四、除氧器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

旋膜熱力除氧設(shè)備由膜式除氧器及除氧水箱，以及閥門、儀表組成。

旋膜除氧器是一種新型熱力除氧器，它依據(jù)亨利定律，在結(jié)構(gòu)上采用了三種不同功能的旋膜器組成的組件，建立了汽態(tài)區(qū)段傳質(zhì)方法，完善了破膜技術(shù)，具有除氧效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、穩(wěn)定性好和安全節(jié)能以及適于入口水溶氧高、水溫低和低溫汽源等優(yōu)點(diǎn)，具有滑壓?jiǎn)?dòng)、滑壓運(yùn)行、負(fù)壓運(yùn)行、定壓運(yùn)行等功能，在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行中其除氧效果均達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn)的要求。

旋膜熱力除氧器不同于其它類型熱力除氧器（如噴霧式、濺盤式或噴霧填料式等）。其關(guān)鍵之處在于其噴淋結(jié)構(gòu)造成的汽水傳熱傳質(zhì)方式。旋膜熱力除氧器入口水的噴淋方式采用起膜管裝置，起膜管是旋膜除氧器的特性部件。除氧器入口水，在起膜管中形成射流、噴濺及旋膜，并在起膜管出口形成水膜裙，其傳熱系數(shù)遠(yuǎn)比其它類型熱力除氧器大，傳熱的同時(shí)伴隨著傳質(zhì)。起膜管的設(shè)計(jì)，既考慮了液態(tài)傳熱、傳質(zhì)，又考慮了汽態(tài)傳質(zhì)。

旋膜除氧器的傳熱傳質(zhì)方式與已有的液柱式、霧化式和泡沸式不同，它是將射流、旋轉(zhuǎn)膜和懸掛式泡沸三種傳熱傳質(zhì)方式縮化為一體的傳熱傳質(zhì)方式，因此有很高的效率。

射流，旋膜和懸掛式泡沸三種傳熱傳質(zhì)方式源于石化系統(tǒng)的噴射降膜和泡沸傳熱傳質(zhì)方式，不同的是將噴射冷凝擴(kuò)散管取消，利用噴嘴的射流及飛行冷凝，它不僅具有很大的吸熱功能，而且具有很大的解析能力；將自然降膜改造為強(qiáng)力降膜，增加了液膜的更新度，使液膜沿管壁強(qiáng)力旋傳卷吸大量蒸汽，增強(qiáng)傳熱傳質(zhì)功能；將相向泡沸改造為懸掛式泡沸，提高層中蒸汽流速高時(shí)泛點(diǎn)，并能保持汽體通道將獨(dú)立的三種傳熱傳質(zhì)裝置縮化為一體在一個(gè)單元部件內(nèi)完成。由于它具有很高的效率和某些特殊功能，突破了已有除氧器的技術(shù)性能，使旋膜除氧器的除氧效果和適應(yīng)性具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

五、除氧器的分類

旋膜熱力除氧器分為高壓旋膜除氧器（GCM，運(yùn)行壓力0.1-0.98MPa）和低壓旋膜除氧器（DCM，運(yùn)行壓力0.02-0.05MPa）兩種類型，除定型產(chǎn)品外，還可依據(jù)用戶提出的技術(shù)參數(shù)，幾何尺寸，接管規(guī)格及方位進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。

六、除氧器的適用范圍

適用于各類電站鍋爐，工業(yè)鍋爐給水及熱電廠補(bǔ)給水或熱用戶用水的除氧。

七、除氧器的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)特性

膜式熱力除氧器與其它類型的除氧器比較，具有除氧效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，穩(wěn)定性好，節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。

⑴ 除氧效果好。在較短的時(shí)間內(nèi)，除氧水中溶氧量可達(dá)到我國(guó)火力發(fā)電廠水汽質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求，運(yùn)行中，高壓旋膜除氧器給水含氧量≤0.007mg/L，低壓旋膜除氧器給水含氧量≤0.015mg/L。

⑵ 適應(yīng)性強(qiáng)。適應(yīng)于入口水溶氧量高（最高可達(dá)10mg/L）；入口水溫低（最低為15℃）；壓力變化大（高壓旋膜除氧器0.02-0.98MPa；低壓旋膜除氧器0.02-0.05MPa）；補(bǔ)給水量大（最大可在100%的情況下運(yùn)行）。

⑶ 穩(wěn)定性好。當(dāng)負(fù)荷突變至約25%，瞬間補(bǔ)給水量突變至約10%時(shí)；當(dāng)改用不同參數(shù)的汽源時(shí)；當(dāng)入口水溫突降（約40℃）時(shí)；除氧水仍能保持合格標(biāo)準(zhǔn)，且除氧器不會(huì)發(fā)生震動(dòng)，給水泵入口不易出現(xiàn)汽化等情況。

⑷ 節(jié)能。膜式熱力除氧器的排汽量小于入口水量的1‰，比同出力其它類型熱力除氧器少二分之一到三分之一，不需要加排汽冷卻器，簡(jiǎn)化了設(shè)備，降低了熱耗；其淋水密度可設(shè)計(jì)得較大，因此體積較小與同出力其它類型熱力除氧器相比，可節(jié)省鋼材、降低設(shè)備費(fèi)。

本型除氧器，由于具備以上技術(shù)特性，尤為適用于熱電廠。熱電廠的補(bǔ)給水量大（補(bǔ)水率最大為100%），補(bǔ)給水溫度低（最低約為15℃），含氧量高（約為10mg/L），一般除氧器在這種條件下，難于將補(bǔ)給水溶解氧排除達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。因此，往往將熱力系統(tǒng)設(shè)計(jì)為大氣式及壓力式除氧器兩級(jí)串聯(lián)運(yùn)行方式，即補(bǔ)給水先進(jìn)入大氣式除氧器，經(jīng)一次除氧后，再送入壓力式除氧器進(jìn)行二次除氧，既增加了設(shè)備投資與運(yùn)行操作，又增加了廠房建筑面積。如果采用旋膜熱力除氧器，則可根據(jù)需要，選用一臺(tái)高壓式或低壓式旋膜除氧器，一次將補(bǔ)給水中溶解的氧排除至規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。這樣可以節(jié)省一臺(tái)除氧器及相應(yīng)的建設(shè)投資，運(yùn)行管理也方便。

旋膜熱力除氧器是國(guó)家大力推廣的新技術(shù)，具有國(guó)內(nèi)、外先進(jìn)水平。

八、除氧設(shè)備的安裝

1．安裝前按除氧器設(shè)備系統(tǒng)圖技術(shù)規(guī)定，及本說明書要求進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)收。

2．除氧器、水箱及附件的安裝，除氧器系統(tǒng)圖及其它相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

3．除氧器、水箱和吊裝，對(duì)接、焊接過程應(yīng)按GB150——1998《鋼制壓力容器》及DL5011——92《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范、汽輪機(jī)組篇》執(zhí)行。

4．除氧器安放位置，接管方位由用戶根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，自行確定，起吊時(shí)注意頂部?jī)傻醐h(huán)所用鋼絲繩夾角不得大于60度。

5．除氧器內(nèi)部部件的安裝。

（1）填料層共兩層，每層內(nèi)裝不銹同鋼汽液過濾網(wǎng)，其上下均應(yīng)墊有鋼板網(wǎng)和不銹鋼絲網(wǎng)。

（2）篦條組疊放后上下篦條應(yīng)處于平行位置，不得出現(xiàn)交叉現(xiàn)象。

（3）其它內(nèi)部部件安裝應(yīng)牢固，采用螺栓連接的螺栓應(yīng)把緊，采取防松措施。

6．除氧器和水箱連接后，應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力根據(jù)設(shè)備圖紙中規(guī)定執(zhí)行。

7．兩臺(tái)除氧器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)將其汽平衡管連接，水箱下水管采用母管制連接。

九、除氧設(shè)備的運(yùn)行

1．用戶可根據(jù)公司熱力系統(tǒng)及熱控裝置的具體情況，自行擬定運(yùn)行規(guī)程，本說明書所述，僅供參考。

2．除氧器在正式投運(yùn)前，應(yīng)調(diào)整安全閥，當(dāng)設(shè)備內(nèi)壓力達(dá)到規(guī)定值時(shí)安閥自動(dòng)開啟。

3．投運(yùn)前先將起膜器水室排污閥開啟，然后開啟入口水閥門向除氧器進(jìn)水，進(jìn)行起膜水室排污沖洗、清除管道內(nèi)污垢，雜物，沖洗干凈后關(guān)閉，以后當(dāng)需要時(shí)可作不定期操作。

4．啟動(dòng)前適當(dāng)開啟除氧器上部排氣閥，各水位計(jì)操作閥門，其它閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。

5．投入有關(guān)儀表和熱控裝置。

6．先上水，后送汽的運(yùn)行方式。

（1）開啟入口水進(jìn)水閥，將入口水逐漸送入除氧器內(nèi)。

（2）水箱上玻璃水位計(jì)見水時(shí)，開啟再沸騰汽閥門，對(duì)水箱水進(jìn)行加熱。

（3）開啟加熱蒸汽閥門，逐漸向除氧器送汽，對(duì)入口水進(jìn)行加熱除氧，調(diào)節(jié)除氧器內(nèi)部壓力，達(dá)到規(guī)定值，水箱水達(dá)到規(guī)定溫度（此時(shí)應(yīng)酌情關(guān)閉再沸騰閥門）注意水箱位保持在正常范圍內(nèi)。

（4）當(dāng)水箱出口水中溶解氧含量≤30μg/L時(shí)，即可向鍋爐供水（若出水中含氧量＞30μg/L可開啟水箱下部放水閥排水，直至出口水中含氧量達(dá)到30μg/L以下，供水后進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)，在此過程中，酌情投入高加疏水等裝置。

（5）調(diào)整兩水箱水位，使之保持相同水位。

7．運(yùn)行中注意事項(xiàng)

（1）按用戶制定的運(yùn)行規(guī)程，進(jìn)行正常操作，投入有關(guān)熱控裝置及儀表。

（2）正常運(yùn)行時(shí)，必須投入加熱蒸汽自動(dòng)調(diào)節(jié)閥，保持除氧器內(nèi)部工作穩(wěn)定（手動(dòng)加熱蒸汽入口閥門關(guān)閉）。

（3）根據(jù)運(yùn)行情況，適當(dāng)調(diào)整除氧器頂部排汽閥的開度，并予以固定，排汽量一般為入口水量的1~3‰。

（4）運(yùn)行時(shí)除氧壓力如超過規(guī)定范圍，應(yīng)檢查壓力自動(dòng)調(diào)整器是否發(fā)生故障，調(diào)節(jié)閥動(dòng)作是否靈活，查找出原因并予以排除。

（5）高水位排水應(yīng)采用電動(dòng)閘閥，當(dāng)水位高時(shí)自動(dòng)打開放水，水位低時(shí)應(yīng)自動(dòng)關(guān)閉，運(yùn)行時(shí)應(yīng)經(jīng)常檢查電動(dòng)水位調(diào)節(jié)系統(tǒng)動(dòng)作是否靈活。

8．按運(yùn)行規(guī)程規(guī)定，定時(shí)檢測(cè)并記錄除氧器的運(yùn)行壓力、溫度、出口水含氧量，出力等數(shù)據(jù)。

9．除氧器在任何情況下，，不得超過設(shè)計(jì)壓力，設(shè)計(jì)溫度。

10．除氧器停運(yùn)時(shí)間在一星期以內(nèi)時(shí)，可以稍開加熱蒸汽閥門和頂部排氣閥關(guān)閉其它閥門，保持除氧器內(nèi)部壓力0.01Mpa、作熱態(tài)保護(hù)。

停運(yùn)時(shí)間超過一星期時(shí)，應(yīng)放凈內(nèi)部積水，采取適當(dāng)措施防腐。

十、除氧設(shè)備的檢驗(yàn)

1．定期檢查筒體和封頭，進(jìn)行壁厚則量、計(jì)算年腐蝕率、估算設(shè)備壽命。

2．定期檢查筒體、封頭過渡區(qū)和其他應(yīng)力集中部位所有焊縫區(qū)域是否有裂紋，如發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)裂紋時(shí)，應(yīng)認(rèn)真分析其原因，采取適當(dāng)措施、徹底消除，經(jīng)探傷檢查合格后，才能再投入使用。

3．定期檢查除氧器內(nèi)汽液過濾網(wǎng)是否完整，起膜管出口水膜工作狀況是否良好，內(nèi)部部件是否松動(dòng)。

十一、除氧器耗量的計(jì)算

旋膜熱力除氧器耗汽量Dg（單位為Kg/h）按式（9-1）計(jì)算。

Dg=+DF                           

(9-1)式中   G- 待除氧最大水量（Kg/h）

h₁-除氧器進(jìn)口水焓（KJ/Kg）

h₂-除氧器出口水焓（KJ/Kg）

h-進(jìn)入除氧器蒸汽的焓（KJ/Kg）

Df-排汽中蒸汽的耗量（設(shè)有排汽冷卻器時(shí)為耗汽量的5%-10%，不設(shè)排汽冷卻器時(shí)不超過耗汽量的1%～2%（Kg/h）。

十二、旋膜熱力除氧器工藝流程圖

⑴ 控制原理：見圖

⑵ 控制內(nèi)容：

主要對(duì)除氧器的蒸汽壓力，進(jìn)水溫度，水箱水位進(jìn)行自動(dòng)控制調(diào)節(jié)。對(duì)于進(jìn)入除氧器內(nèi)的蒸汽壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，使除氧器內(nèi)壓力維持在設(shè)定的范圍內(nèi)。對(duì)進(jìn)水溫度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，保證除氧器內(nèi)的溫度達(dá)到設(shè)定的溫度，實(shí)現(xiàn)除氧的目的。除氧水箱自動(dòng)水位調(diào)節(jié)它的任務(wù)是保證除氧水箱水位在允許的范圍內(nèi)波動(dòng)。水位太低，會(huì)由于儲(chǔ)水量不足危及鍋爐安全運(yùn)行，并可能給水泵入口汽化；水位過高，防礙除氧器除氧。

十三．附表

⑴ 表11-1低壓旋膜除氧器技術(shù)性能表

⑵ 表11-2高壓旋膜除氧器技術(shù)性能

表11-1  低壓旋膜除氧器技術(shù)性能表

續(xù)表11-1  低壓旋膜除氧器技術(shù)性能表

  表11-2  高壓旋膜除氧器技術(shù)參數(shù)表