【文章內容簡介】 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)展與成就適應大型機組的需要。 本文的主要工作內容 由于給水除氧在電力生產中的重要性 ， 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構、工作過程和除氧效果 ， 并在此基礎上 對 300MW機組的噴霧 — 填料式除氧器進行熱力校核 ， 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行現狀進行分析 ， 通過幾種熱力除氧器的傳熱、傳質的分析比較 ， 得出其除氧效果的優(yōu)劣；分析運行方式對熱力除氧器除氧效果的影響和對整個機組熱經濟性的影響 ； 分析運行中引起除氧器除氧惡化的因素 ， 提出改善措施 ，以達到提高除氧效果的目的。 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 8 第二章 熱力除氧器 火力發(fā)電廠中應用最普遍的是熱力除氧器 ， 其運行費用低 ， 同時除氧器作為回熱系統(tǒng)中的一個混合加熱器 而 使機組的熱經濟性有所提高 。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。天然水中常含有大量的氧氣、氮氣、二氧化碳以及空氣中的其它成分 ， 汽輪機的凝結水中也可能溶有這些氣體 ， 因為從凝結水泵的軸封處、 低壓加熱器以及其它處于真空狀態(tài)下的工作設備及其管道、法蘭、閥門、閥 桿等不嚴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。其關系式為 b0pb pK＝ mg/L （ 2－ 1） 式中 K— 該氣體的重量溶解系數 ， 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)大學本科畢業(yè) 論文 9 對除氧器中的 給水進行定壓加熱時 ， 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 ， 而且還是傳質過程 ， 必須同時滿足傳熱和傳質兩方面的條件。保證熱力除氧效果的基本條件是： （ 1）水應被加熱到除氧器對應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 : （ 1） 除去水中的溶氧 ， 防止熱力設備的腐蝕 ， 確保機組的安全運行 ， 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 ） ，收到節(jié)省燃料的效益 ； （ 3） 除氧時必須對給水進行加熱 ， 因此 ， 除氧器本身是給水回熱系統(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、除氧器的工作參數或結構型式等進行分類。 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(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進行除氧。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。 汽輪機的凝汽器具有很高的真空度 ， 類似真空式除氧器。如將補充水先送入凝汽器 ， 水中的溶氧可以大部分除去 ， 因此 ， 凝汽器也可兼作除氧設備。目前 ， 我國新安裝的機組 ， 大都采用補充水送入凝汽器進行預除氧的方式。 （ 2） 大氣式除氧器 大氣式除氧器 ， 是 除氧器內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的電廠中 ， 一般用大氣式除氧器對補充水進行預除氧。 （ 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 的電廠中。這是因為采用高壓除氧器后 ， 汽輪機相應抽 汽 口位置隨壓力提高向前 推移 ， 可以減少造價昂貴、運行時條件苛刻的高壓加熱器臺數 ， 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象。提高壓力也就提高 相應的飽和水溫度 ， 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構上并沒有太大的區(qū)別 。 三 、 按結構形式分 按照結構形式 ， 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 ， 是使要除氧的水經水流分配裝置后 ， 進入填料層 (填料是一種由比表面積較大的固體物質所組成 )， 水流在填料層內被分散呈水膜狀態(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 并被加熱后 ， 在起膜管末端以裙狀液膜噴出 ,并在填料層 又被蒸汽再次加熱進行 深度 除氧。由于水經兩次加熱、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部結構不同。 淋水盤式除氧器 [6] 淋水盤式除氧器的 結構和工作過程 ： 淋水盤式除氧器的結構如圖 21所示。 此類除氧器 ， 在除氧頭內 設 有 多層平行的淋水盤 ， 淋水盤的數目一般 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 淋水盤式除氧器結構簡圖 水通過淋水盤上的小孔時 ， 就被分散成密布的細水流 ， 并為下 層淋水盤所盛接 ，然后又從這層淋水盤的小孔下落 ， 如此依次通過數層淋水盤后 ， 最后落至除氧頭下部的貯水箱內。 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 13 加熱蒸汽由除氧頭的下部進入配汽室 ， 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水流的同時 ， 本身 部分被凝結 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 淋水盤上的小孔數目都 自上而下逐層增加 ， 以保證除氧頭內蒸汽流速相差不致太大 ， 在最大設計負荷時 ， 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行工況變化的適應性較差 ， 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構進行了改造 ， 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現 ， 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的材料制成 ， 形式有 Ω 形填圈 ， 拉 西環(huán) 、角鋼、扁鋼等。現以 噴霧 Ω 填料式除氧器為例 ， 說明這類除氧器的基本結構及其工作過程。 圖 22是噴霧－ Ω 填料式除氧器的結構示意 圖 。除氧頭上部是進水噴霧裝置及加熱蒸汽 (二次蒸汽 )進汽管 ， 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。 給水進入除氧頭后 ， 通過噴嘴霧化成細小的水滴 ， 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。經初步除氧的水經過配水淋水盤繼續(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。 實際經驗證明 ， 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)內就能較快地把水加熱到相應壓力下的飽和溫度 ， 90%左右的溶氧可以除去。當進水全部為溫度較低的補充水時 ， 噴霧除氧后水中的溶氧通?？山档偷?100～ 1000μ g/L； 經過填料層再次除氧， 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。