熱力除氧器改變，旋射膜式除氧器技術(shù)的應(yīng)用
摘 要：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)性能和特殊功能的要求愈來(lái)愈高，為使除氧水中溶氧趨于零，除氧器適應(yīng)范圍更寬，提高運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性和安全性，我國(guó)的科研人員進(jìn)行了大量的研究工作，取得了很多成果，得到了良好的效益和較為成功的經(jīng)驗(yàn)，以下是詳細(xì)的情況介紹。
關(guān)鍵詞：旋膜除氧器；淋水密度；淋水篦子；規(guī)整填料液汽網(wǎng)；旋射起膜器
概 述：以回?zé)岢槠麃?lái)加熱除去鍋爐給水中溶解汽體的混合式加熱器，一般稱為除氧器，它既是回?zé)嵯到y(tǒng)的一級(jí)，又用以匯集主凝結(jié)水、補(bǔ)充水、疏水、生產(chǎn)返回水、鍋爐連排擴(kuò)容蒸汽、汽輪機(jī)門桿漏汽等各項(xiàng)汽水流量成為鍋爐給水，并要保證給水品質(zhì)和給水泵的安全運(yùn)行，是影響熱力發(fā)電廠安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一個(gè)重要的熱力輔助設(shè)備。
1、給水中帶入氣體的危害：當(dāng)水與空氣接觸時(shí)，就會(huì)有一部分溶解到水中，溶解于水中的氣體主要來(lái)源有兩個(gè)：一是補(bǔ)水帶入；二是處于真空狀態(tài)下的熱力設(shè)備及管道附件不嚴(yán)密進(jìn)入。給水帶入氣體的主要有以下危害：
（1）腐蝕熱力設(shè)備及其管道，降低其其工作可靠性與使用壽命，給水中溶解氣體危害最大的是氧氣，他會(huì)對(duì)熱力設(shè)備及管道材料產(chǎn)生腐蝕，所容二氧化碳會(huì)加快氧的腐蝕，而在高溫條件下，及水的堿性較弱是氧腐蝕將加快。
（2）阻礙傳熱，影響傳熱效果，降低熱力設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性，不凝結(jié)氣體附著在傳熱面上，以氧化物沉積形成的鹽垢，會(huì)增大傳熱熱阻，使熱力設(shè)備傳熱惡化。同時(shí)，氧化物沉積在汽輪機(jī)葉片上，會(huì)導(dǎo)致汽輪機(jī)出力下降和軸承推動(dòng)力增加。
2、熱除氧的機(jī)理分壓定律（道爾頓定律）指出：混合氣體的全壓力等于各組分氣體分壓力之和，即除氧器內(nèi)水面上混合氣體的全壓力，應(yīng)等于溶解水中各氣體（N2、O2、CO2、水蒸氣等）的分壓力之和。如定壓下加熱水至沸騰并使水蒸氣分壓力趨近于全壓力，則水面上所有其他氣體的分壓力趨近于零，就可降低氧氣的分壓力，為除氧創(chuàng)造條件。亨利定律指出，氣體在水中的溶解度，與該氣體在水面上的餓分壓力成正比，即單位體積水中溶解某氣體量與水面上該氣體分壓力成正比。當(dāng)水溫升高時(shí)，水的蒸發(fā)量增大，水面上水蒸汽的分壓力升高，其它氣體分壓力相對(duì)下降，導(dǎo)致水中的氣體不斷析出，達(dá)到新的動(dòng)平衡狀態(tài)，除氧器就是利用這種原理進(jìn)行除氧的。
3、旋膜除氧器的特點(diǎn)
當(dāng)前熱力除氧器從傳熱傳質(zhì)的機(jī)理上可分為霧化、泡沸和旋轉(zhuǎn)膜3種，從形式上可分為立塔、臥塔和隱塔（亦稱無(wú)塔）3種。
旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基礎(chǔ)上制造的。旋膜除氧器、霧化除氧器和泡沸除氧器主要參數(shù)比較見(jiàn)表1。由表1可知，與霧化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器具有淋水密度大、提升溫度高、出入口氧濃度差大、排汽量小和全滑壓的特點(diǎn)，適于補(bǔ)水率大、入口水溶氧高、入口水溫低、負(fù)荷變化大的調(diào)峰機(jī)組和熱電廠。
表1 3種除氧器性能比較
項(xiàng)目 霧化除氧器 泡沸除氧器 旋膜除氧器
淋水密度 68—87 85—159 133—177
提升溫度/℃ 40 40 97
濃度差/ｕg*L-1 (50—200)/7 2200/7 7600/7
排汽量/ ‰ <3 <1 <1
滑壓率 30%負(fù)荷以上 — 全滑壓
4、旋膜除氧器的原理
旋膜除氧器是將旋膜管垂直放置，內(nèi)外壁用隔板隔開(kāi)，將一定壓力的水引至噴管外壁，在壓差的作用下，水自小孔噴射入管內(nèi)，形成短暫的射流，由于管內(nèi)充滿了加熱蒸汽，射流的水便卷吸了大量的蒸汽，產(chǎn)生混合加熱作用。
射流結(jié)束后，旋轉(zhuǎn)水流往往很快進(jìn)入紊流狀態(tài)，加熱蒸汽迅速加熱旋轉(zhuǎn)水流，析出大量不凝結(jié)氣體，由于旋轉(zhuǎn)水流基本上是緊貼管壁旋轉(zhuǎn)而下，在旋膜管中間形成汽—?dú)馔ǖ溃淮嬖跉怏w流動(dòng)死區(qū)，析出的不凝結(jié)氣體被訊速排出。在離心力和重力的作用下，旋轉(zhuǎn)水流于旋膜管的出口形成張開(kāi)的水膜裙。由于水膜裙自上而 下運(yùn)動(dòng)，加熱蒸汽自下而上運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了水膜裙的波動(dòng)，使水膜裙迅速進(jìn)入紊流狀態(tài)，增強(qiáng)了加熱蒸汽的凝結(jié)放熱。旋膜管的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程如圖：
射流、旋膜和懸掛式泡沸3種傳熱傳質(zhì)方式源于石化系統(tǒng)設(shè)備的噴射、降膜、泡沸傳熱傳質(zhì)方式。旋膜除氧器將射流、旋轉(zhuǎn)膜和懸掛式泡沸3種傳熱、傳質(zhì)方式縮為一體，在一個(gè)單元的部件內(nèi)完成，提高了除氧效率。與霧化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器在技術(shù)上是一種創(chuàng)新。
5、MCY-、MCYG-系列新型旋射膜式除氧器的構(gòu)造
除氧器的結(jié)構(gòu)型式主要由外殼、汽水分離器、新型旋射起膜器、淋水篦子、規(guī)整液汽網(wǎng)、水箱組成。
1、外殼：是由筒身和沖壓橢圓形封頭焊制成。
2、汽水分離器：該種裝置取代了原老式除氧器內(nèi)草帽錐式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使除氧器消除了排汽帶水現(xiàn)象。
3、新型旋射起膜器：由水室、汽室、起膜管、凝結(jié)水接管、補(bǔ)充水管、疏水接管和一次進(jìn)汽接管組成。新型旋射起膜器的旋射膜管內(nèi)增加了水膜導(dǎo)向裝置，即使低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)也能強(qiáng)力降膜，保持旋射膜裙。
凝結(jié)水、化學(xué)補(bǔ)水、經(jīng)起膜管呈螺旋狀按一定的角度噴出，形成水膜裙，并與一次加熱蒸汽接管引進(jìn)的加熱蒸汽和由水箱經(jīng)液汽網(wǎng)，水篦子上升的二次加熱蒸汽接觸被加熱到接近除氧器工作壓力下的飽和溫度（即低于飽和溫度2-3℃）并進(jìn)行粗除氧。一般經(jīng)此起膜段可除去給水中含氧量的90-95%左右。
4、淋水篦子：是由數(shù)層交錯(cuò)排列的角形鋼制件組成，經(jīng)起膜段粗除氧的給水及由高加疏水在這里混合時(shí)行二次分配，呈均勻淋雨?duì)盥涞窖b在其下的液汽網(wǎng)上。
5、規(guī)整填料液汽網(wǎng)：是由許多開(kāi)狀尺寸相同的單元組成的SW型網(wǎng)孔波紋填料，組成的一個(gè)圓筒體，該規(guī)整填料保持絲網(wǎng)波紋填料和孔板波紋填料的優(yōu)點(diǎn)外，而且比表面積大，壓降小，操作彈性大，分離效率高、能耗低，永遠(yuǎn)不脫落等特點(diǎn)。給水在這里與二次蒸汽充分接觸，加熱到飽和溫度并時(shí)行深度除氧，低壓大氣式除氧器≤10PPb，高壓除氧器≤5PPb。
6、水箱：除過(guò)氧的給水匯集到除氧頭的下部容器的給水箱內(nèi)，除氧水箱內(nèi)裝有新科學(xué)設(shè)計(jì)的強(qiáng)力換熱再沸騰裝置，該裝置具有強(qiáng)力換熱，迅速提升水溫，更深度除氧，減小水箱振動(dòng)，降低噪音等優(yōu)點(diǎn)，提高了設(shè)備的使用壽命，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全可靠性。
6、旋膜除氧器在我廠的應(yīng)用
由于我廠今年沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)線，冬季承擔(dān)著供暖任務(wù)，由于沒(méi)有汽源，現(xiàn)階段臨時(shí)接在熱網(wǎng)蒸汽母管上加一根蒸汽管道溫度150℃，壓力0.2MPa，對(duì)鍋爐給水進(jìn)行加熱除氧，如果除氧效果不好將會(huì)腐蝕熱力設(shè)備及其管道并且阻礙傳熱，影響傳熱效果，降低熱力設(shè)備的熱經(jīng)濟(jì)性。
我廠與原熱電廠除氧器的參數(shù)比較見(jiàn)表2：
表2
項(xiàng)目 霧化除氧器 泡沸除氧器 旋膜除氧器
除氧頭壓力/ MPa 0.06 0.06 0.06
水箱溫度/℃ 104 104 104
含氧量/ｕg*L-1 960 1500 1.58
由此可見(jiàn)：在同等溫度、壓力情況下霧化除氧器和泡沸除氧器含氧量將達(dá)到1000ｕg/L，無(wú)法滿足需要，高壓除氧器含氧量達(dá)到7ｕg/L已經(jīng)合格，低壓除氧器含氧量達(dá)到15ｕg/L已經(jīng)合格，而我廠高壓除氧器當(dāng)?shù)蛪撼跗魇褂茫躅^僅有0.06MPa，水箱溫度為104℃，含氧量就達(dá)到了1.58ｕg/L，達(dá)到了良好的除氧效果，旋膜除氧器在我廠得到了很好的應(yīng)用。
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