【導讀】系統(tǒng)的安全、可靠運行形成了重大威脅。作為除氧的主要設備，熱力除氧器起著提。高系統(tǒng)安全性、可靠性及運行壽命的作用。是一項十分有意義的工作。霧化區(qū)傳熱過程進行熱力校核。從傳熱、傳質(zhì)過程出發(fā)，對噴霧—填料式除氧器和。分析了定壓運行、滑壓運行對熱力除氧器除。氧效果及對整個機組熱經(jīng)濟性的影響。通過校核、比較和分析得出，在加熱蒸汽充。足的情況下，噴霧—填料式除氧器能瞬間將水加熱到對應壓力下的飽和溫度。

　　

【正文】 混D = 噸 /時 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 22 汽D =1200－ = 噸 /時 凝D =－ = 噸 /時 即： 混h =疏凝補疏疏凝凝補補 DDD hDhDhD ?? ?? = 1 3 1 .9 8 2 2 .9 6 1 0 0 8 .5 7 5 6 3 1 .4 1 61 0 0 8 .5 7 5 1 3 1 .9? ? ??= 千焦 /千克 所以 ， 除氧器的總交換熱量 (Q )為： Q ＝ ）（ 混除混 hhD ? = 310 （ － ） = 610 千焦 /時 = 610 大卡 /時 表 3－ 2 噴嘴參數(shù) 噴口 直徑 d （ mm） 進水面積 F 入（ cm2） 噴口面積F(cm2) r 噴 / r 旋 比例常數(shù) K 水壓 （公斤 /厘米） 出水量 （ t/h） 霧化角 ? 霧化水滴直徑（ mm） 出流系數(shù) 21 65? ～ 高壓加熱器的疏水一般不經(jīng)噴嘴進入除氧器 ， 根據(jù)表 3－ 2 知 ， 噴嘴出水量為 D 噴＝ ， 因此噴嘴的個數(shù) (n )為： n ＝噴凝DD = ≈84 個 取 n＝ 86 個 單只噴嘴的噴霧加熱面積 (F )， 按式（ 3— 3）計算： 其中 ： S =2cos?h =)265cos(?= 米 ， 這里取 h＝ 米 1r = ）（ 2?tgh? = ）（ 265?tg = 米 2r = 噴r = 米 所以 ， ）（ 21 rrSF ??? = （ ＋ ） = 2米 噴嘴噴霧的理論加熱面積 ( 理F )， 按式（ 3— 9）計算： 理F =n F =86 = 2米 因噴嘴方向是自下向上的 ， 實際噴 霧形成的加熱面積要比上述數(shù)字大。 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 23 蒸汽至水的傳熱系數(shù) (? )， 按式（ 3— 4）計算。 其中： ?gPc ? =0. 64 202102 ??= 米 /秒 平c = 2 2200 ghcc ?? = 21 3 . 2 3 1 3 . 2 3 2 9 . 8 1 . 32? ? ? ?（ ）= 米 /秒 d =2 = 米； 平d = 米 （一般 平d 取 ～ 毫米） 根據(jù) G t G ttGG?? ? 疏 疏凝 凝平 疏凝= 1 0 0 8 . 5 7 5 1 4 9 . 8 1 3 1 . 9 1 9 3 . 4 51 0 0 8 . 5 7 5 1 3 1 . 9????＝ 155 C? ， 從有關手冊中查得水的導熱系數(shù) ? = 大卡 /米時 C? ； 查得水的溫 度傳導系數(shù) a =410? 時米 /2 。將上述數(shù)值代入式（ 3— 4）中可得： ）（）（）（ 平平平ddgdca dch?? ? =166 3 21( 28 10??? ） ?（ ） ）（ = 大卡 / 2米 時 C? 除氧器進、出口的平均對數(shù)溫差（ mt? ） ， 按式（ 3— 7）計算（此處 混t 不包括高加疏水） ， 式中 t? 一般為 ～ C? ， 高壓除氧器一般取低值 ， 這里取 t? = C? ： mt? =ttttttt???????混除混除lo = 182 .212 149 .8182 .212 149 . l og ?????= C? 除氧器所需的總加熱面積 ( 總F )， 按式 (3— 8)計算： 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 24 總F =mtQ?? = 6?? =294 2米 由于設計的除氧器的實際傳熱面積（ 總F ）要小于理論的傳熱面積 ， 所以可以保證除氧器霧化區(qū)的加熱。 霧化區(qū)內(nèi)霧化水滴的實際加熱面積 ( 霧F )， 按式（ 3— 10）計算： 霧F =平平 dcHD36006 ＝ 6 1 0 0 8 .5 7 5 2 1 .33 6 0 0 1 2 .7 3 0 .0 0 0 8? ? ???＝ 米 2 從以上計算中可見 ， 當噴嘴能將水 霧化到水滴平均粒徑為 0. 8 毫米 時 ， 僅在霧化區(qū)內(nèi)就能將全部補充水和凝結(jié)水加熱到相應的飽和溫度。 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 25 第四章 熱力除氧器運行現(xiàn)狀分析 除氧效果的 對比 分析 [5] 隨著高參數(shù)大容量機組的發(fā)展 ， 對熱力除氧器的技術(shù)要求愈來愈高。 傳統(tǒng) 淋水盤式熱力除氧器 已不能很好的適應除氧要求 ， 多半在淘汰或技術(shù)改造之列。噴霧－填料式除氧器是目前比 較成熟的熱力除氧設備 ， 在我國 火力 電廠中使用較為廣泛。近年來出現(xiàn)了一種新型的熱力除氧器 — 旋膜式除氧器 ， 但由于其技術(shù)不太成熟 ， 只在少數(shù)電廠中應用。下面就噴霧－ 填料式除氧器 和旋膜式除氧器 的除氧效果進行分析比較。 噴霧式除氧器的除氧效果 [8] （ 1） 噴霧式除氧器的傳熱過程 我國目前使用最多的是噴霧式除氧器。在該除氧器中 ， 噴嘴以霧的形式將水噴出 ， 液相霧滴與加熱蒸汽接觸 ， 因此汽、液相接觸面積很大。蒸汽加熱霧滴時 ， 屬高強度凝結(jié)換熱 ， 換熱系數(shù)為 104～ 104W/(m2℃ )， 瞬間可將霧滴加熱到飽和溫度。此時霧滴中 80%～ 90%的溶解氣體被離析。 （ 2） 噴霧式除氧器內(nèi)動量與質(zhì)量的傳遞 [1] 由于霧滴顆粒小、表面張力大 ， 加之氣體在霧滴內(nèi)、外的不平衡壓差變小 ， 使霧滴中的剩余氣體 逸出受阻 ， 不利于深度除氧。為此 ， 所有噴霧式除氧器的下部都加了 1層固體填料層、網(wǎng)柵或淋水盤等 ， 使水再分散成極薄的水膜 ， 減小了表面張力 ， 完成深度除氧。但實際效果往往不理想 ， 如珠江電廠 4 300MW 機組的除氧器 ，溶解氧的合格率平均在 80%左右 ， 出水溶氧量波動較大 ， 一般為 12～ 78μ g/L， 長期運行對機組危害很大。在噴霧式除氧器中 ， 由于所噴霧滴很小 ， 表面張力大 ， 只能完成初期除氧的任務。殘存在霧滴中的少量氣體 ， 因不平衡壓差很小 ， 雖然霧滴在除氧器的容積空間內(nèi)不停地運動 ， 但氣體分子在霧滴中是相對靜止的 ， 只能靠分子擴散 的方式漸漸逸出 ， 傳 動 、傳質(zhì)效果差 ， 給深度除氧造成困 難 .據(jù)威爾克提出的非電介質(zhì)在稀溶 液中的擴散關系式 ， 其擴散系數(shù) DAB與 水溫的關系如圖 4－ 1所示。雖然 DAB隨 T的升高而增大 ， 但其絕對值很小 ， 如 圖 4－ 1 擴散系數(shù)隨溫度變化的曲線 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 26 空氣在 100℃的水中 ， 其 DAB為 105cm2/s。分子擴散通量如 (4— 1)式所示 : AJ ＝ ddrAC? （ 4— 1） 式中 JA— 擴 散摩爾通量 ， kmol/(m2 s)； dCA/dr— 摩爾濃度梯度 ； CA— 擴散組分的摩爾濃度。 由于擴散系數(shù) DAB很小 ， 霧滴中空氣的濃度梯度 DcA/dr 很小 ， 且越來越小 ， 所以擴散通量小 ， 即通過擴散逸出的氣體越來越少。這是影響深度除氧的關鍵。因此 ，具有較好的傳熱效果并不是除凈溶氧的充分條件。 （ 3） 噴霧式除氧器的深度除氧層 在噴霧除氧器下部往往加 1層固體填料、網(wǎng)柵或淋水盤作為給水深度除氧的區(qū)段 ， 固體填料層可使 比表面積 (單位體積的表面積 )達到 200m2/m3左右 ， 有利于進一步除氧。噴霧除氧器中的深度除氧層起強化 傳動 、傳質(zhì)作用 ， 被除氧的水流經(jīng)不規(guī)則填料層時 ， 處于紊流狀態(tài) ， 液膜表面不斷變換更新 ， 使水中的部分氣體分子有機會沖破液膜表面張力而逸出 。 旋膜式除氧器的除氧效果 [10][13] 一、 旋膜式除氧器的傳熱過程 在壓差的作用下 ， 水以很高的流速 (在 10kPa～ 60kPa 不同的壓差下 ， 水的入 口流速在 )進入 起膜管 ， 并且緊接著作離心旋轉(zhuǎn)運動 ， 起膜管內(nèi)壁的旋轉(zhuǎn)水膜很容易達到紊流狀態(tài)。 處于紊流狀態(tài) 的 水膜 ， 水的表面不斷翻滾 ， 水的表層分子不斷被內(nèi)層分子所置換 ， 形成不規(guī)則的表面 ， 這種效果可以使蒸汽凝結(jié)的 水 與旋轉(zhuǎn)水流迅速混合 ， 使冷卻界面不斷變化 ， 換熱熱阻大為減小 ， 能夠有效地加強傳熱傳質(zhì)效果。 在起膜管出口 ， 旋轉(zhuǎn)水流形成中空水膜裙 ， 這種結(jié)構(gòu)非常有利于強化傳熱 :首先運行時水膜裙內(nèi)外兩側(cè)同時與蒸汽接觸 ， 大大增加了汽、水接觸面積 ； 其次由于水膜裙水流不斷向下運動 ， 而加熱蒸汽是向上流動 ， 這種相對運動強化了凝結(jié)液膜的波動 ， 凝結(jié)液膜的流動容易進人紊流狀態(tài) ； 最后水膜裙是往下張開的 ， 越往下水膜面積越大 ， 使凝結(jié)液膜變 薄 ， 減少了凝結(jié)液膜熱阻。 水在 起膜管 中 非常容易成膜 ， 且水膜裙的面積可隨負荷變化 ， 增強了它的負荷適應性。只要有水就有膜 ， 且水量越大即負荷越大 ， 成膜面積就越大。 水流在起膜器中的行程非常長 ， 延長了汽水在一級除氧裝置中的接觸時間 ， 使合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 27 凝結(jié)水得到充分加熱。 由于起膜 器中的水流按一定角度 (下傾角 a)作旋流運動 ， 因此其行程 是直線距離的數(shù)倍。 由于起膜管在傳熱方面的如上特性 ， 在實踐中經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)它的傳熱系數(shù)可以達到 30000w/(m2 K)左右。 二、 傳質(zhì)特性分析 結(jié) 氣體的析出條件 （ 1） 旋轉(zhuǎn)水流在起膜管中處于紊流狀態(tài) ， 因此水流的液面不斷翻騰 ， 使得水流中任何部分都有機會到達表面 ， 為不凝 結(jié) 氣體的析出創(chuàng)造了良好的條件。 （ 2） 管下水膜裙不斷張開變薄 ， 使液膜表面張力降低 ， 遠小于水滴的表面張力 ， 因此盡管大部分不凝 結(jié) 氣體已在起膜 管中析出 ， 傳質(zhì)動力減少 ， 仍能使水中少量不凝 結(jié) 氣體 克服表面張力析出 ， 從而大大提高了除氧效果。 結(jié) 氣體的輸 運條件 除氧器設計時如果僅僅關注傳熱傳質(zhì)的熱力設計 ， 而忽視結(jié)構(gòu)設計 ， 就有可能形成氣體流動死區(qū) ， 例如彈簧噴嘴形成的錐形水膜其頂部是封閉的 ， 不凝結(jié)氣體需要穿透數(shù)層水 膜才能到達排氣區(qū) ， 無法及時排走 ， 不僅加大了傳熱熱阻 ， 甚至形成“返氧”現(xiàn)象。這就是一些除氧器設計時傳熱傳質(zhì)計算都沒問題 ， 而實際運行時除氧效果卻不好的原因。 起膜管中由于高速的旋轉(zhuǎn)水流具有卷吸作用 ， 運行時大量蒸汽被卷吸至近壁面 ， 在近壁面處凝結(jié)并和凝結(jié)水混和 ， 從而在噴管中間形成一中空的低壓通道。水在起膜管內(nèi)和水膜裙下分離出的不凝 結(jié) 氣體不能隨意擴散 ， 只能局限在起膜管內(nèi)孔 ， 同時在壓差的作用下 ， 強制它隨著上升蒸汽從起膜管的中空低壓通道排到排氣口 ， 為排出不凝 結(jié) 氣體創(chuàng)造了良好 條件 ， 防止了返氧現(xiàn)象的發(fā)生 ， 這也是旋膜式除氧器除氧效果優(yōu)于老式除氧器的一個重要 原因。 綜上述 ， 旋膜 式 除氧 與噴霧式除氧相比 ， 傳熱的增強不明顯。因為在同樣出力的條件下 ， 兩者都能瞬間將水加熱到飽和溫度 ， 其傳熱能力都很強。 但 旋膜 式除氧器的結(jié)構(gòu)有利于深度除氧。 在旋膜管中 ， 由于流 速高、紊流度大、傳動效果強 ， 溶于液膜中的氣體分子有較大的動能 ， 增大了克服表面張力而逸出的能力 ； 由于旋渦不斷地卷吸、擾動 ， 使液膜中任何微團有機會到達液面 ， 有利氣體分子的離析 ；而旋膜管 又 是良好的氣體通道 ， 有利于逸出氣體的排除 ， 因而總傳質(zhì)阻力減小 ， 傳質(zhì)系數(shù)增大 ， 故旋膜式 除氧 器 的除氧 效率 較噴霧式的 高。 合 肥 工業(yè)大學本科畢業(yè) 論文 28 熱力除氧器運行方式 對除氧效果及機組經(jīng)濟性的影響 除 氧器有定壓和滑壓兩種運行方式。定壓運行除氧器是保持除氧器工作壓力為— 定值 ， 為此需在進汽 管上安裝一 壓力調(diào)節(jié)閥 ， 將壓力較高的回熱抽汽降低至定值 ，造成抽汽節(jié)流損失；而且為確保所有工況下除氧器都能在定壓下工作 ， 在低負荷時 ，還必須切換到更高壓力的回熱抽汽上 ， 節(jié)流損失則會更大。 定壓運行方式在不同工況下基本能保持除氧效果 ， 但因其經(jīng)濟性不高 ， 故 多應用在中小型機組上 [9][17] 滑壓運行 除 氧器是指在滑壓范圍內(nèi)運行時除氧器內(nèi) 壓力隨主機負荷與抽汽壓力的變動而變化 (滑壓 )， 啟動時除 氧器保持最低恒定壓力 ， 抽汽管上只有 一逆止閥防止蒸汽倒流入汽輪機 ， 沒有壓力調(diào)節(jié)閥及其引起的額外的節(jié)流損失。與定壓運行除氧器相比 ， 其熱經(jīng)濟件要高