3-2-给水除氧系统

给水除氧和发电厂的辅助汽水系统除氧器是特殊的混合式回热加热器，兼有除氧，汇集各项汽水流量的作用，并与给水泵的安全运行有密切关系。本节围绕除氧器讲述与之有关的内容，重点讨论热除氧机理及其原则性热力系统和除氧器的安全运行。化学除氧•给水中溶解氧的影响：1.腐蚀热力设备及其管道；2.造成传热恶化，降低机组的热经济性；3.通过汽轮机通流部分，会在叶片上沉积，不仅降低汽轮机的出力，还会使轴向推力增加，危及机组安全运行。一、给水除氧方法：1.化学除氧2.物理(热力)除氧化学除氧与物理除氧的特点及应用：化学除氧：利用一些易和氧发生化学反应的药剂（亚硫酸钠和联胺），使之与水中溶解的氧发生化学反应生成另一种物质。特点：能彻底除去水中的氧；不能除去其他气体，生成的氧化物还会增加给水中可溶性盐类的含量，药剂价格昂贵，中小型电厂采用。物理法：热除氧法特点：价格便宜，既能除氧又能除去给水中的其他气体，使给水中不存在任何其他残留物质。用于亚临界和超临界参数电厂。主要方法：热力除氧法辅助方法：化学除氧常用的化学除氧方法有：1.亚硫酸钠Na2SO3处理优点：Na2SO3易溶于水，无毒价廉，装置简单缺点：Na2SO3与O2化合成Na2SO4会增加给水含盐量，在温度大于280℃后会分解成H2S和SO2等有害气体；适用：用于中压(6.18MPa)以下的锅炉，不能用于高压以上的电站锅炉。2.联胺N2H4处理优点：N2H4除氧，生成N2和H2O，不会增加水中含盐量，且能钝化钢铜表面；温度高于200℃的水中能还原铁和铜的氧化物，有利于减缓锅炉水冷壁管生成铁垢和铜垢。缺点：N2H4有毒、无色油状液体，有刺激性氨臭,有挥发性、易燃烧，在保管、运输和使用时应遵守有关安全规定。N2H4还被怀疑为是致癌物质，使用时要有相应安全措施；适用：广泛用于高压及以上锅炉，也用于直流锅炉。3.加氧处理(中性水处理NWT)优点：使金属表面形成稳定氧化膜，促进钢表面进入钝化区，达到防腐效果；缺点：对给水水质要求很严，中性纯水的缓冲性低；适用：已在国外各类直流锅炉、空冷机组和核电机组上应用。4.加氧加氨联合水处理CWT二、凝结水的化学处理•火电厂的凝结水包括汽轮机的主凝结水、各种疏水、补入凝汽器的软化水，热电厂还有生产返回水。凝结水是锅炉给水的主要组成部分，其质量关系锅炉给水的质量。影响凝结水质量的主要因素：①因凝汽器泄漏混入的冷却水中的杂质，这项影响最大；②补入软化水带入的悬浮物和溶解盐；③机组启停及负荷变动，导致给水、凝结水溶解氧升高，使热力系统中腐蚀物增加。凝结水精处理装置有两种连接方式：①低压系统，即除盐装置DE位于凝结水泵与凝结水升压泵之间，我国采用者多，在设备条件具备时，宜采用与凝结水泵同轴的凝结水升压泵。低压系统常因两级凝结水泵不同步及压缩空气阀门不严，导致空气漏入凝结水精处理系统，使凝结水中溶解氧含量大增。②中压系统，无凝结水升压泵而直接串联在中压凝结水泵出口，中压系统设备少、阀门少、凝结水管道短，简化了系统，便于操作，几乎无空气漏入凝结水系统，运行中未发生过问题。DECPDECPFP热除氧器及其原则性热力系统一、给水除氧的任务和除氧器的作用1.给水除氧的任务溶解于水中的气体来源：补充水带入；处于真空状态下的热力设备（凝汽器和部分低压加热器等）及管道附件不严密漏进了空气。给水中溶解气体的危害：1）腐蚀热力设备及管道，降低其工作可靠性与使用寿命；2）阻碍传热，降低热力设备的热经济性；3）水中溶氧会造成腐蚀穿孔引起泄漏爆管；4）高参数蒸汽溶解物质能力强，通过汽轮机通流部分会在叶片上沉积，降低汽轮机的出力，使轴向推力增加，危及机组安全运行。给水除氧的任务：除去水中的氧气和其它不凝结气体，防止热力设备腐蚀和传热恶化，保证热力设备的安全经济运行。2.除氧器的作用1）以回热抽汽来加热除去锅炉给水中溶解气体的混合式加热器，是回热系统的一级。2）用以汇集主凝结水、补充水、疏水、生产返回水、锅炉连排扩容蒸汽、汽轮机门杆漏汽等各项汽水流量成为锅炉给水。3）保证给水品质和给水泵的安全运行，是影响火电厂安全经济运行的一个重要热力辅助设备。（一）亨利定律——反应气体在水中溶解的规律气体在水中的溶解度，与该气体在水面上的分压力成正比。即单位体积水中溶解某气体量b与水面上该气体的分压力Pb成正比，其表达式为：在除氧器中，某种气体在水中的溶解与离析处于动态平衡时的分压力称为平衡压力。除氧措施：创造不平衡压差，使除氧器空间气体分压力不断降低。二、热力除氧的原理0bdpbkp（二）分压定律(道尔顿定律)——反映混合气体全压力与各组成压力之间的关系混合气体全压力p0等于其组成各气体分压力之和，即除氧器内水面上混合气体全压力P0，应等于溶解水中各气体(N2、O2、CO2水蒸汽等)分压力、之和：二、热力除氧的原理定压下，氧气及二氧化碳在水中的溶解度随着温度的提高而下降。除氧措施：将水面上气体的分压力降为零。将水加热到除氧器压力下的饱和温度。222220NOCOHOjHOppppppp单位：MPa根据工质传热传质特性可得到以下结论：•定压下一般气体(O2、CO2、空气等)在水中的溶解量与水温成反比；•根据传热特性，必须严格控制将水温加热至该压力下的饱和温度，这是热除氧的必要条件；•根据传质特性，要有足够的不平衡压差p，这是热除氧的充分条件。•除氧初期靠不平衡压差p，除氧后期须靠加大汽水接触面（形成水膜，水膜的表面张力小）或水紊流的扩散作用，使气体从水中离析出来。图气体在水中的溶解量与水温的关系曲线(a)水中O2的溶解度；(b)水中CO2的溶解度设计除氧温度，t,℃5℃1℃图水中溶解氧量与水温加热不足的关系曲线热力除氧是个传热传质过程，要保证理想的除氧效果，必须满足的条件：（1）一定要把水加热到除氧器压力下的饱和温度，以保证水面上水蒸气的压力接近于水面上的全压力。（2）必须将水中逸出的气体及时排出，使水面上各种气体的分压力减至零或最小。（3）被除氧的水与加热蒸汽应有足够的接触面积，且两者逆向流动，这样不仅强化传热，而且保证有较大的不平衡压差，使气体易于从水中离析出来。气体自水中离析出来的过程基本上可分为两个阶段：第一阶段为初期除氧阶段。此时由于水中溶解的气体较多，不平衡压差较大，气体以小气泡的形式克服水的粘滞力和表面张力逸出。此阶段可以除去水中约80%~90%的气体。第二阶段为深度除氧阶段。这时，水中还残留着少量的气体，相应的不平衡压差很小，气体已没有足够的动力克服水的粘滞力和表面张力逸出，只能依靠单个分子的扩散作用慢慢离析出来。这时可以用加大汽水的接触面积，使水形成水膜，减少其表面张力，从而使气体容易扩散出来。也可用制造蒸汽在水中的鼓泡作用，使气体分子附着在汽泡上从水中逸出。（一）对热除氧器构造的要求根据热除氧的机理，对热除氧器构造的要求为：1.为满足传热要求，需有足够的汽水接触面积，水应在除氧器内均匀喷散成雾状水滴或细小水柱，将水加热至除氧器工作压力下的饱和温度，差几分之一度也不行，故定压除氧器要装压力自动调节器。2.为满足传质要求，初期水应喷成水滴，后期要形成水膜，而且汽水应逆向流动，以保证有最大可能的p。3.要有足够空间，使汽水接触时间充分。据试验在0.1MPa压力下，其它条件一定时，汽水接触时间分别为10、20、30min时，水中溶氧量分别达0.056、0.017、0.006mg/l。为符合允许的给水含氧量，可见应有20~30min的持续时间，即除氧塔要有足够大的空间。三、热除氧器的类型和构造4.应及时将离析的气体排除，以减少水面上该气体分压力，否则，要发生“返氧”现象，故应设有排气口并有足够余气量。可通过除氧器的化学试验来确定排气口开度。5.贮水箱设再沸腾管，以免水箱的水温因散热降温低于除氧器压力下的饱和温度，产生返氧。•另外，除氧器、贮水箱还要满足强度、刚度、防腐等要求，并在除氧器和贮水箱上部装有弹簧安全门，水箱上装有水封等，是保护除氧器不会超压损坏的措施，再配以相应管道及附件和测试表计等。（二）热除氧器的类型分类方法名称按工作压力分1.真空式除氧器，pd0.0588MPa——凝汽器2.大气压力式除氧器，pd=0.1177MPa3.高压除氧器，pd0.343MPa按除氧头结构分1.淋水盘式2.喷雾式3.填料式4.喷雾填料式5.膜式6.无除氧头式按除氧头布置形式分1.立式除氧器2.卧式除氧器按运行方式分1.定压除氧器2.滑压除氧器在高参数大容量机组上，广泛采用高压除氧器，额定负荷下的工作压力约为0.58MPa，给水温度可加热至158~160℃，含氧量小于7ug/L。优点是：1）节省投资。作为混合式加热器，减少高加的数目。2）提高锅炉的安全可靠性。高加故障时，可供锅炉较高温度的给水，对锅炉的正常运行影响较小。3）除氧效果好。除氧器压力高，对应的饱和水温度高，使气体在水中的溶解度降低。4）可防止除氧器内“自生沸腾”现象。自生沸腾的产生及危害：除氧器作用：除气，混合式加热器，汇集发电厂各处来的疏水和蒸汽。物质平衡：锅炉的给水量=汽轮机主凝结水量+补充水量+低压加热器疏水量+高压加热器疏水量+排污扩容器来的扩容蒸汽量+除氧器加热蒸汽量+其他进入工质量-除氧器的排汽量主热源：按汽轮机的抽汽来设计。辅助热源：一些汽水工质进入除氧器放出的热量（高压加热器的疏水，锅炉连续排污扩容器的扩容蒸汽，回收的轴封汽等）除氧器内被加热、需除氧的水源：主凝结水、补充水、低压加热器疏水。自生沸腾的产生及危害：自生沸腾：过量的辅助热源介质进入除氧器或系统连接不合理时，辅助热源汽化产生的蒸汽量已经满足或超过除氧器的用汽需要，使除氧器内的给水不需要回热抽汽加热就能沸腾。危害：1）除氧器内压力不受控制的升高；2）该级回热抽汽逆止门关闭，除氧器的排汽量加大，带来较大的工质损失和热损失；3）使原来设计的除氧器内的汽水逆向流动受到破坏，在除氧器底部形成一个不动的蒸汽层，妨碍逸出的气体排走，造成除氧效果恶化。自生沸腾的防止防止办法①可将一些辅助汽水流量如轴封漏汽、门杆漏汽或某些疏水改为引至其它较合适的加热器；②也可设高加疏水冷却器，降低其焓值后再引入除氧器；③还可提高除氧器的工作压力来减少高压加热器的数目，使其疏水量、疏水比焓降低。注意：高参数以上的汽轮机组，必须配用高压除氧器，由于压力较高，可防止发生自生沸腾现象。（三）典型热除氧器结构特点1.高压喷雾填料式除氧器主要特点：①除氧头上部为喷雾除氧段，迅速将水加热至工作压力下的饱和温度，完成初期除氧。主凝结水→中心管→环形配水管→喷管→雾状。加热蒸汽→喷雾层。②除氧头下部Ω形不锈钢片、小瓷环、塑料波纹板、不锈钢车花等作为深度除氧段，完成深度除氧。2.喷雾淋水盘填料式除氧器主凝结水→水室→恒速喷管雾化→喷雾除氧段加热蒸汽→进汽管→布汽孔板→栅架底部进入深度除氧段→喷雾除氧段→将凝结水加热到除氧器压力下的饱和水温。3.无除氧头除氧器（内置式除氧器）主凝结水→自调试喷水雾化→高速通过蒸汽空间→主蒸汽加热装置送往水空间→鼓泡蒸汽加热深度除氧水空间装隔板，延长流动时间，辅助加热装置补充除氧。特点：1.除氧效果好，可靠性高，可采用定、滑压运行方式，负荷适应范围广，除氧效果好。2.给水加热温升达64℃（常规40），汽水直接接触，无蒸汽跑漏，效率高。3.热蒸汽自上而下送入，除氧器工作温度低，金属寿命长。4.除氧器水箱开孔，降低集中载荷，防止爆破，安全可靠。5.单容器结构，结构紧凑焊口少，便于运输、安装、检修。6.质量轻，价格低，启动时无振动。4.除氧器水箱除氧器下部的给水箱是凝结水泵与给水泵之间的缓冲容器。有效容量为5~10min的锅炉最大给水消耗量。除氧器水箱内设有启动加热装置，避免采用除氧循环泵增加设备和系统投资，同时利用蒸汽的鼓泡作用辅助除去给水中的不凝结气体。启动防水，溢流装置。（一）除氧器汽源的连接方式定压连接方式和滑压连接方式。定压连接方式中又分为单独定压连接和前置定压连接两种方式。四、除氧器在热力系统中的连接方式1.除氧器汽源定压连接方式1）单独定压连接定压除