【文章內(nèi)容簡介】 直流式除氧器的發(fā)展已引起各國注意 ， 許多國家已對開發(fā)無除氧器的熱力系統(tǒng)投入很大力量 ， 相信必將會有更大的發(fā)展與成就適應(yīng)大型機(jī)組的需要。 本文的主要工作內(nèi)容 由于給水除氧在電力生產(chǎn)中的重要性 ， 本文將介紹熱力除氧的基本原理 ， 及電廠中常用的幾種熱力除氧器的結(jié)構(gòu)、工作過程和除氧效果 ， 并在此基礎(chǔ)上 對 300MW機(jī)組的噴霧 — 填料式除氧器進(jìn)行熱力校核 ， 分析其在霧化區(qū)的傳熱是否符合要求。隨后對熱力除氧器的運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行分析 ， 通過幾種熱力除氧器的傳熱、傳質(zhì)的分析比較 ， 得出其除氧效果的優(yōu)劣；分析運(yùn)行方式對熱力除氧器除氧效果的影響和對整個機(jī)組熱經(jīng)濟(jì)性的影響 ； 分析運(yùn)行中引起除氧器除氧惡化的因素 ， 提出改善措施 ，以達(dá)到提高除氧效果的目的。 合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 8 第二章 熱力除氧器 火力發(fā)電廠中應(yīng)用最普遍的是熱力除氧器 ， 其運(yùn)行費(fèi)用低 ， 同時除氧器作為回?zé)嵯到y(tǒng)中的一個混合加熱器 而 使機(jī)組的熱經(jīng)濟(jì)性有所提高 。所以在熱力發(fā)電廠中 ，熱力除氧器 是最常用的一種。 熱力除氧器的工作原理 氣體的溶解與解析 [17] 當(dāng)水和任何氣體或氣體混 合物接觸時 ， 就會有一部分氣體溶解于水中。氣體的溶解度和氣體的種類、它在水面上的分壓力以及水的溫度有 關(guān)。天然水中常含有大量的氧氣、氮?dú)?、二氧化碳以及空氣中的其它成?， 汽輪機(jī)的凝結(jié)水中也可能溶有這些氣體 ， 因?yàn)閺哪Y(jié)水泵的軸封處、 低壓加熱器以及其它處于真空狀態(tài)下的工作設(shè)備及其管道、法蘭、閥門、閥 桿等不嚴(yán)密的地方容易漏入空氣。此外 ， 敞口的水箱和疏 水系統(tǒng)、熱電廠供熱用戶的返回水中 ， 也都有滲入空氣的可能性。 熱力除氧原理是建立在亨利定律和道爾頓定律的基礎(chǔ)上的。 亨利定律指出在一定溫度條件下 ， 氣體溶于水中和氣體自水中溢出是動態(tài)過程 ， 當(dāng)處于動態(tài)平衡時 ，單位體積溶解的氣體量 b與水面上該氣體的分壓力 pb成正比。其關(guān)系式為 b0pb pK＝ mg/L （ 2－ 1） 式中 K— 該氣體的重量溶解系數(shù) ， mg/L， 它的大小隨氣體種類、溫度和壓力而定 ； Pb— 平衡狀態(tài)下水面上該氣體的分壓力 ， MPa； P0— 水面上混合氣體的全壓力 ， MPa。 當(dāng)某一瞬間平衡狀態(tài)被破壞 ， 即水面上該氣體的分壓力 p 不等于水中溶解氣體所對應(yīng)的 平衡壓力 pb時 ， 原來的動態(tài)平衡被打破 ， 若 ppb， 則水面上該氣體將更多的溶入水中 ， 反之則有更多的氣體自水中逸出 ， 直至新的平衡建立為止。如此 ， 要想除去水中溶解的某種氣體 ， 只須將水面上該氣體的分壓力降為零即可 ， 在不平衡壓差 Δp=p bp 的作用下 ， 該氣體就會從水中完全除掉 ， 這就是物理除氧的基本原理。 道爾頓定律則指出 ， 混合氣體的全壓力等于各組成氣體分壓力之和。對于水面而言 ， 混合式 加熱器（除氧器）中的全壓力等于溶于水中各氣體分壓力 ΣP j與水蒸汽壓力 Ps之和 ， 即 P= ΣP j + Ps MPa （ 2－ 2） 合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 9 對除氧器中的 給水進(jìn)行定壓加熱時 ， 隨著溫度上升 ， 水蒸發(fā)過程不斷加深 ， 水面上水 蒸 汽 的分壓力逐漸加大 ， 溶于水中的其它氣體的分壓力逐漸減少。當(dāng)水被加熱到除氧器工作壓力下的飽和溫度時 ， 水蒸 汽 的 分壓力 ps接近或等于水面上氣體的全壓力 p 時 ， 則水面上其它氣體的分壓力 ΣP j趨向于零 ， 水中也就不含有 其它氣體。因此除氧器實(shí)際也是除 氣器 ， 不僅出去了氧氣 ， 也出去了其它氣體。 熱力除氧的基本條件 [17] 熱力 除氧不僅是傳熱過程 ， 而且還是傳質(zhì)過程 ， 必須同時滿足傳熱和傳質(zhì)兩方面的條件。保證熱力除氧效果的基本條件是： （ 1）水應(yīng)被加熱到除氧器對應(yīng)工作壓力下的飽和溫度 ， 即使有少量加熱不足（幾分之一攝氏度） ， 都會引起除氧效果的惡化 ， 使水中殘余溶解氧量增高 ， 達(dá)不到給水除氧的要求 。 （ 2）必須 把 水 中逸出的氣體及時排走 ， 以保證液面上氧氣及其它氣體分壓力維持為零或最小。 （ 3）被除氧的水與加熱蒸汽應(yīng)有足夠的接觸面積 ， 蒸汽與水逆向流動 ， 保證有足夠大的不平衡壓差。 熱力除氧器的作用 [6] 熱力除氧器的作用歸納起來有以下幾點(diǎn) : （ 1） 除去水中的溶氧 ， 防止熱力設(shè)備的腐蝕 ， 確保機(jī)組的安全運(yùn)行 ， 這是除氧器的主要作用 ； （ 2） 由于在除氧過程中 ， 水中 溶解 的各種 氣體亦被除去了 ， 這就提高了各種表面式熱交換器的傳熱效果 （ 在熱交換器中 ， 若有氣體的積聚 ， 就會影響其熱量的傳導(dǎo) ） ，收到節(jié)省燃料的效益 ； （ 3） 除氧時必須對給水進(jìn)行加熱 ， 因此 ， 除氧器本身是給水回?zé)嵯到y(tǒng)中的混合式加熱器 ； （ 4） 由于除氧器可以匯集整個熱力系統(tǒng)的疏水、補(bǔ)充水、排 汽及回水等 ， 因此 ，除氧器還可以減少熱力系統(tǒng)的汽、水損失 ， 并使余熱得到充分利用。 熱力除氧器的分類 [1][6] 熱力除氧器的類型較多 ， 可以按照其熱力工作的過程、除氧器的工作參數(shù)或結(jié)構(gòu)型式等進(jìn)行分類。 合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 10 一 、 按熱力過程分 按照工作過程 ， 除氧器可分為混合式和過熱式兩類： （ 1） 混合式除氧器 混合式除氧器 ， 是將被除氧的水與加熱用的蒸汽直接接觸 進(jìn)行除氧。水被加熱到一定壓力下的飽和溫度 ， 使溶解于水中的氣體解析出來 ， 并隨著加熱蒸汽的余汽一起排出 除氧器外。電廠中使用的除 氧器多為此種類型。 （ 2） 過熱式除氧 器 過熱式除氧器 ， 是先將要除氧的水加熱至超過除氧器工作壓力下的飽和溫度 ，然后再引入除氧器內(nèi)進(jìn)行除氧。此 時 ， 過熱水由于減壓 而一部分汽化 ， 其余的水則處于沸騰狀態(tài) ， 從 水中解析出來的氧則被汽化了的蒸汽帶走。 二 、 按工作壓力分 按照工作壓力 ， 除氧器可分 為真空式、大氣式和高壓式三類： （ 1） 真空式 除氧器 真空式除氧器 ， 是在低于大氣壓力下進(jìn)行除氧的 ， 通常 工作 壓力小于 。這種除氧器目前在電廠中用得較少 ， 在小型工業(yè)鍋爐上用得多些。 汽輪機(jī)的凝汽器具有很高的真空度 ， 類似真空式除氧器。如將補(bǔ)充水先送入凝汽器 ， 水中的溶氧可以大部分除去 ， 因此 ， 凝汽器也可兼作除氧設(shè)備。目前 ， 我國新安裝的機(jī)組 ， 大都采用補(bǔ)充水送入凝汽器進(jìn)行預(yù)除氧的方式。 （ 2） 大氣式除氧器 大氣式除氧器 ， 是 除氧器內(nèi)的工作壓力比大氣壓稍高一些（約 ） ， 以便離析出的氣體能在該壓力差的作用下自動排出除氧器。 這種除氧器一般 用于中溫中壓電廠 ， 在高溫高壓及高參數(shù)的電廠中 ， 一般用大氣式除氧器對補(bǔ)充水進(jìn)行預(yù)除氧。 （ 3） 高壓式除氧器 除氧器工作壓力大于 時稱為高壓除 氧器 ， 一般用于 高參數(shù) 的電廠中。這是因?yàn)椴捎酶邏撼跗骱?， 汽輪機(jī)相應(yīng)抽 汽 口位置隨壓力提高向前 推移 ， 可以減少造價昂貴、運(yùn)行時條件苛刻的高壓加熱器臺數(shù) ， 并 且在高壓 加熱器 事故旁路時 ，仍然 可 以使 給水有較高的溫度 ， 還容易避免除氧器的自生沸騰現(xiàn)象。提高壓力也就提高 相應(yīng)的飽和水溫度 ， 使氣體在水中的溶解度降低 ， 對提高除氧效果更有利。 當(dāng)然 ， 除氧器工作壓力提高后 ， 其本身的造 價也要 增加 ， 同 時 為確保與除氧器相近的給 水泵運(yùn)行安全 ， 需 增加入口的靜水頭 ， 因而給水泵造價和土建投資都有 一合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 11 定的上 升 。 混合式高壓除氧器和混合式大氣除氧器在結(jié)構(gòu)上并沒有太大的區(qū)別 。 三 、 按結(jié)構(gòu)形式分 按照結(jié)構(gòu)形式 ， 除氧器可分為淋水盤式、噴霧式、填料式、噴霧 填料式、 旋膜 式等幾種。 （ 1） 淋 水盤式除氧器 淋水盤式除氧器 ， 是使要除氧的水通過多層淋水盤 ， 形成大量細(xì)水流 ， 在此水流被蒸汽加熱的同時除去溶氧。 （ 2） 噴霧式除氧器 噴霧式除氧器 ， 是使要除氧的水通過噴嘴霧化成很細(xì)小的水滴因而被迅速地加熱而除去溶氧。 （ 3） 填料式除氧器 填料 式除氧器 ， 是使要除氧的水經(jīng)水流分配裝置后 ， 進(jìn)入填料層 (填料是一種由比表面積較大的固體物質(zhì)所組成 )， 水流在填料層內(nèi)被分散呈水膜狀態(tài) ， 而 后 被蒸汽加熱 除去溶 氧。 （ 4） 噴霧－ 填料式除氧器 噴霧－ 填料式除氧器 ， 是噴霧和填料兩種除氧形式的組合。由于水經(jīng)噴霧除氧后 ， 又通過填料層得到再 次除氧 。 因此 ， 這 種除氧器的除氧效果較好。 （ 5） 旋膜 式除氧器 旋膜 式除氧器 ， 是使要除氧的水 在起膜 管 中高速旋轉(zhuǎn) 并被加熱后 ， 在起膜管末端以裙?fàn)钜耗姵?,并在填料層 又被蒸汽再次加熱進(jìn)行 深度 除氧。由于水經(jīng)兩次加熱、播散 ， 因此 ， 除氧效果也較好。 典型 的熱力除氧器 除氧器一般是由除氧頭和貯水箱兩部 分組成。各種類型除氧器的區(qū)別主要在于除氧頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同。 淋水盤式除氧器 [6] 淋水盤式除氧器的 結(jié)構(gòu)和工作過程 ： 淋水盤式除氧器的結(jié)構(gòu)如圖 21所示。 此類除氧器 ， 在除氧頭內(nèi) 設(shè) 有 多層平行的淋水盤 ， 淋水盤的數(shù)目一般 為 5～ 8 層 ， 每層淋水盤上都鉆有許多孔徑為 5～ 8 毫米的小孔。淋水盤又分大盤 和小盤 ， 兩種盤交錯布置。小盤沒有中央通汽孔 ， 而且盤中間部分通常沒有鉆孔 ， 鉆孔集中在離中心約 100～ 300 毫米處到水盤的邊緣。合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 12 每層淋水盤的邊緣都有高度為 100～ 150 毫米的圍緣；大盤有中央通汽孔 ， 孔的邊緣也有 100～ 150 毫米高的圍緣 ， 并且從通汽孔到水盤邊緣都鉆有小孔。 圖 21 淋水盤式除氧器結(jié)構(gòu)簡圖 水通過淋水盤上的小孔時 ， 就被分散成密布的細(xì)水流 ， 并為下 層淋水盤所盛接 ，然后又從這層淋水盤的小孔下落 ， 如此依次通過數(shù)層淋水盤后 ， 最后落至除氧頭下部的貯水箱內(nèi)。 合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 13 加熱蒸汽由除氧頭的下部進(jìn)入配汽室 ， 由最下層淋水盤 的中央通汽孔上升 ， 穿過下落的細(xì)水流 ， 然后從小盤圍緣 和除氧頭外殼間的環(huán)形通道穿過而繼續(xù)上升。在汽流上升的同時 ， 通過熱量的傳遞把水加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度 ， 這 時水中的溶解氣體不斷解析出來 ， 并被汽流攜帶上 升 ， 最后 同過剩的加熱蒸汽一起自頂部的排汽管 排出 除 氧 器外 。 由于加熱蒸汽在向上流動不斷加熱細(xì)水流的同時 ， 本身 部分被凝結(jié) 使得通過淋水盤的汽量自下而上 逐層減少 ， 而 水量卻自上而下逐層增加 ， 因此 ， 大盤的中央通汽孔 直徑和 淋水盤上的小孔數(shù)目都 自上而下逐層增加 ， 以保證除氧頭內(nèi)蒸汽流速相差不致太大 ， 在最大設(shè)計(jì)負(fù)荷時 ， 淋水盤上的水也不致溢流。 淋水盤式除氧器對淋水盤的安裝要求較高 ， 稍有傾斜或小孔被堵都會影響除氧效果。 由于淋水盤式除氧器對于運(yùn)行工況變化的適應(yīng)性較差 ， 除氧效率較低 。 因此從六十年代后期開始 有不少電廠對它的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造 ， 以提高其出力和效率。 噴霧 — 填料式除氧器 [8] 噴霧 — 填料式除氧器的除氧頭 ， 包括霧化區(qū)和填料層兩部分。水的霧化靠噴嘴來實(shí)現(xiàn) ， 深度除氧靠填料層中的填料來完成。填料一般由不易腐蝕且不會污染水質(zhì)的材料制成 ， 形式有 Ω 形填圈 ， 拉 西環(huán) 、角鋼、扁鋼等?，F(xiàn)以 噴霧 Ω 填料式除氧器為例 ， 說明這類除氧器的基本結(jié)構(gòu)及其工作過程。 圖 22是噴霧－ Ω 填料式除氧器的結(jié)構(gòu)示意 圖 。除氧頭上部是進(jìn)水噴霧裝置及加熱蒸汽 (二次蒸汽 )進(jìn)汽管 ， 在一般情 況下 ， 約有三分之一左右的加熱蒸汽從這里引入 ； 除氧頭下部為填料層 ， 填料為不銹鋼制成的 Ω 形填圈 ， 一次加熱蒸汽 (約占加熱蒸汽量的三分之二 )由填料層下面的蒸汽管引入。在填料層上面裝有配水淋水盤 ， 使從霧化區(qū)流下的水均勻分布在填料層中。 給水進(jìn)入除氧頭后 ， 通過噴嘴霧化成細(xì)小的水滴 ， 并被二次蒸汽及從填料層上升的蒸汽加熱 ， 同時獲得初步除氧。經(jīng)初步除氧的水經(jīng)過配水淋水盤繼續(xù)往下流入填料層 ， 并在填料的表面形成了水膜 ， 又被下面的一次蒸汽再一次加熱深度除氧 ，最后流入貯水箱。 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明 ， 對于噴 霧 — 填料式除氧器 ， 只要加熱汽源充足 ， 水的霧化程度又 較好 ， 在霧化區(qū)內(nèi)就能較快地把水加熱到相應(yīng)壓力下的飽和溫度 ， 90%左右的溶氧可以除去。當(dāng)進(jìn)水全部為溫度較低的補(bǔ)充水時 ， 噴霧除氧后水中的溶氧通?？山档偷?100～ 1000μ g/L； 經(jīng)過填料層再次除氧， 又能除去殘余溶氧的 95%以上 ， 因此 ，合 肥 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè) 論文 14 可使除氧器的出水溶氧降低到 5～ 10μ g/L 以下。