一體化除氧器性能研究

王 強(qiáng)，朱紀(jì)慶

（上海電氣電站設(shè)備有限公司上海電站輔機(jī)廠，上海200090）

一體化除氧器性能研究

王 強(qiáng)，朱紀(jì)慶

（上海電氣電站設(shè)備有限公司上海電站輔機(jī)廠，上海200090）

目前，市場上主流的除氧器型式是一體化除氧器。通過試驗(yàn)，模擬了一體化除氧器的除氧過程，研究水下加熱裝置、給水含氧量、給水過冷度、給水流量對(duì)一體化除氧器除氧性能的影響。

除氧器；一體化；含氧量；加熱；裝置；給水；過冷度；流量

1 概 述

一體化除氧器集除氧與儲(chǔ)水于一身，是火電和核電機(jī)組中處理給水的關(guān)鍵設(shè)備，其除氧效果的優(yōu)劣，直接影響著機(jī)組的安全運(yùn)行?，F(xiàn)以一體化除氧器為研究對(duì)象，對(duì)一體化除氧器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以及影響其除氧性能的主要因素進(jìn)行了分析，通過一體化除氧器試驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)影響除氧性能的各項(xiàng)因素進(jìn)行了研究。

2 試驗(yàn)過程

一體化除氧器的除氧效果，主要與除氧器霧化噴嘴、給水溫度、工作壓力、負(fù)荷、給水含氧量、水下加熱方式等因素有關(guān)。

通過試驗(yàn)，模擬了一體化除氧器的除氧過程。在試驗(yàn)過程中，給水從除氧器頂部的彈簧噴嘴噴入，并被霧化。加熱蒸汽通過水下加熱裝置，從除氧器的水空間送入，對(duì)給水進(jìn)行加熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)給水的除氧。試驗(yàn)中，利用蒸汽作為水下加熱熱源，在給定的給水流量下，通過2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置，試驗(yàn)研究了給水過冷度、給水含氧量等參數(shù)的變化，尋找影響一體化除氧器除氧性能的規(guī)律。

3 試驗(yàn)裝置

除氧器筒體為臥式圓筒形容器，如圖1所示。筒體的直段長度為3 000 mm，直徑為2 400 mm。在除氧器頂部布置有給水入口、蒸汽與熱水入口、排氣孔、壓力測量孔及溫度測量孔。取樣口編號(hào)為1～4，T1～T4分別代表1～4號(hào)取樣口水艙內(nèi)除氧水含氧量及溫度測點(diǎn)，T5代表噴嘴霧化空間內(nèi)的溫度測點(diǎn)。

圖1 除氧器筒體及取樣口布置

除氧器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2所示。除氧器的頂部為水室，水室底部安裝有額定流量為13.5 t/h的彈簧噴嘴，給水通過噴嘴霧化后進(jìn)行初步除氧。噴嘴下方為霧化空間，霧化空間之下是除氧器的水空間，水空間內(nèi)安裝了水下加熱裝置。為了研究除氧器中除氧水沿流程的含氧量及與溫度變化，結(jié)合試驗(yàn)實(shí)際情況，在水空間內(nèi)，設(shè)置了3塊隔板，將水空間分割為4個(gè)水艙，如圖3所示。除氧器的除氧水出口，位于除氧器內(nèi)除氧水流程的末端，即4號(hào)水艙。

圖2 除氧器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 除氧器內(nèi)部水艙的布置圖

在水下加熱裝置中，試驗(yàn)時(shí)選用了2種不同結(jié)構(gòu)的噴管。噴管的管徑、孔徑與孔間距等參數(shù)，如表1所示。噴管的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。

表1 噴管結(jié)構(gòu)參數(shù)表

圖4 噴管的結(jié)構(gòu)示意圖

4 試驗(yàn)工況

進(jìn)行水下蒸汽加熱除氧試驗(yàn)時(shí)，設(shè)定了各項(xiàng)參數(shù)及試驗(yàn)裝置。

（1）除氧器內(nèi)參數(shù)：壓力約0.4 MPa（飽和溫度約為143.6℃）；水位0.8 m。

（2）給水參數(shù)：霧化裝置為2個(gè)彈簧噴嘴，流量約27 t/h；給水過冷度分別為30℃、50℃；給水含氧量分別為50μg/L、200μg/L、760μg/L。

（3）加熱蒸汽參數(shù)：壓力約為0.7 MPa；溫度約170℃。

（4）水下加熱裝置噴管：1號(hào)噴管、2號(hào)噴管。

為使試驗(yàn)結(jié)果更好地反映一體化除氧器的實(shí)際運(yùn)行情況，試驗(yàn)中，給水經(jīng)噴嘴噴入除氧器經(jīng)除氧后排出除氧器所需時(shí)間，應(yīng)與除氧器實(shí)際運(yùn)行所需時(shí)間一致?；诖嗽瓌t，并結(jié)合試驗(yàn)實(shí)際情況，經(jīng)計(jì)算后，確定試驗(yàn)過程中除氧器筒內(nèi)水位維持在0.8 m左右較為合適。

5 調(diào)節(jié)試驗(yàn)參數(shù)的方法

（1）水下加熱蒸汽的參數(shù)

在試驗(yàn)中，通過調(diào)節(jié)鍋爐分汽缸出口處的閥門，控制蒸汽的壓力，采用調(diào)節(jié)閥自動(dòng)或手動(dòng)控制蒸汽的流量。當(dāng)加熱蒸汽經(jīng)噴管進(jìn)入除氧器水空間時(shí)，加熱蒸汽與除氧水進(jìn)行熱交換，加熱蒸汽會(huì)發(fā)生凝結(jié)和放熱現(xiàn)象。除氧水吸收熱后，部分除氧水產(chǎn)生汽化，汽化后蒸汽穿過水層進(jìn)入除氧器的汽空間，繼續(xù)對(duì)給水進(jìn)行加熱。當(dāng)加熱蒸汽流量較大時(shí)，可能有部分加熱蒸汽直接穿過水層進(jìn)入汽空間。

確定水下蒸汽的流量，計(jì)算方法為：

式（1）中：Qw為給水吸收的總熱量，kJ；Qv為水下加熱蒸汽放出的熱量，kJ；hd為除氧水的比焓，kJ/kg；hv為蒸汽的比焓，kJ/kg；hw為給水的比焓，kJ/kg；Gv為蒸汽流量，t/h；Gw為給水的流量，t/h。

Gw可由流量計(jì)測得，hw、hd、hv可根據(jù)其溫度查水蒸氣熱力性質(zhì)表得到，由此可算出水下蒸汽加熱所需的流量Gv。

（2）給水含氧量

試驗(yàn)中，采用除氧水回水與自來水以不同比例混合的方法，調(diào)節(jié)給水的含氧量，根據(jù)質(zhì)量守恒原理，計(jì)算所需自來水的混入量，計(jì)算方法為：

式（5）～式（7）中：Ow為給水含氧量，μg/L；Obw為除氧水含氧量，μg/L；Otw為自來水含氧量，μg/L；Gbw為除氧水回水流量，t/h；Gtw為自來水流量，t/h。

Gw、Obw、Otw可由儀表測量得到，在給水流量不變的條件下，調(diào)節(jié)除氧水回水和自來水的流量，使其比例發(fā)生變化，達(dá)到對(duì)給水含氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。

（3）給水溫度

將除氧水的回水通過冷卻器降溫后，再與自來水混合。通過調(diào)節(jié)冷卻器流量的大小，控制給水的溫度，達(dá)到試驗(yàn)工況的要求。除氧水回水與自來水混合前溫度Gw計(jì)算方法：

由式（8）可得：

式（8）中：hbc為除氧水回水被冷卻后的比焓，kJ/kg；htw為自來水的比焓，kJ/kg；

Gw、Obc、Otw等參數(shù)，在確定給水的含氧量后，即可獲得；htw、hw可根據(jù)給水溫度，查水的熱力性質(zhì)表得到，由此，可以算出hbc。再依據(jù)水的熱力性質(zhì)表，就可得出除氧水回水冷卻后的溫度，通過調(diào)節(jié)冷卻水量，實(shí)現(xiàn)除氧水回水溫度的調(diào)節(jié)，使得給水溫度達(dá)到試驗(yàn)工況的要求。

6 試驗(yàn)結(jié)果與分析

6.1 加熱給水的性能分析

除氧器運(yùn)行時(shí)，對(duì)于不同的給水過冷度，需有足夠的性能將其加熱至飽和狀態(tài)，才有利于給水的除氧。為研究一體化除氧器對(duì)給水加熱的能力，當(dāng)給水流量一定時(shí)，通過試驗(yàn)，研究一體化除氧器對(duì)于不同給水過冷度的加熱能力。當(dāng)水下蒸汽加熱裝置分別采用1號(hào)、2號(hào)噴管，給水流量約為27t/h，給水過冷度為30℃與50℃時(shí)，一體化除氧器筒內(nèi)溫度分布情況，如表2所示。

從表2可知，該一體化除氧器對(duì)給水的加熱性能良好。對(duì)于2種不同的水下蒸汽加熱裝置，當(dāng)給水流量為27 t/h、給水過冷度分別為30℃與50℃時(shí)，給水均能被除氧器內(nèi)蒸汽加熱至除氧器內(nèi)壓力相應(yīng)的飽和溫度。除氧器的給水被彈簧噴嘴霧化后，給水的受熱表面積增加，隨后被霧化空間內(nèi)的蒸汽充分加熱，達(dá)到了飽和溫度，滿足初步的除氧要求。除氧器內(nèi)各水艙的除氧水溫度，均達(dá)到了飽和溫度，在水下加熱蒸汽的擾動(dòng)下，進(jìn)行了深度除氧。

6.2 給水含氧量對(duì)除氧性能的影響

對(duì)于2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置，當(dāng)給水流量為27 t/h、給水過冷度30℃與50℃時(shí)，不同給水含氧量對(duì)一體化除氧器除氧性能影響曲線，如圖5所示。

表2 除氧器筒內(nèi)溫度分布情況

圖5 除氧性能的影響曲線

通過試驗(yàn)，從幾個(gè)方面分析了試驗(yàn)結(jié)果。

（1）當(dāng)利用水下蒸汽進(jìn)行加熱時(shí)，在相同的給水過冷度、給水流量下，除氧水的含氧量隨著除氧器給水含氧量的增加而增加。盡管給水的流量不變，但進(jìn)入除氧器內(nèi)的氧氣總量在增加，使得除氧器內(nèi)傳質(zhì)的負(fù)荷增大。當(dāng)給水含氧量增大時(shí)，除氧器內(nèi)蒸汽與除氧水之間的氧傳遞的平衡被破壞，此時(shí)進(jìn)入除氧器內(nèi)的氧量大于排氣的排出氧量，使得除氧器內(nèi)蒸汽中氧氣濃度上升，蒸汽中氧氣的分壓力上升，會(huì)直接導(dǎo)致除氧水中氧濃度的上升。隨著除氧器的持續(xù)運(yùn)行，進(jìn)入除氧器的氧量將與排氣的排出氧量達(dá)到新的平衡，將除氧水向汽空間產(chǎn)生氧傳遞的平衡濃度，保持在一個(gè)較高的水平。此時(shí)，蒸汽中的氧濃度將維持在一個(gè)較高水平，也使除氧水的氧濃度維持在較高的水平。

（2）試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，除氧器1號(hào)水艙內(nèi)的除氧水含氧量較高，沿除氧水流程（依次流經(jīng)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)水艙），除氧水的含氧量依次遞減，在4號(hào)水艙內(nèi)除氧水的含氧量達(dá)到最小值。這是因?yàn)槌跗鞯慕o水，經(jīng)彈簧噴嘴霧化并初步除氧后，首先落入1號(hào)水艙，1號(hào)水艙的除氧負(fù)荷較大，且除氧時(shí)間不夠充分，但隨著除氧水依次經(jīng)過2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)水艙，傳熱及傳質(zhì)不斷加深，除氧水中剩余的溶氧不斷被析出，使得除氧水的含氧量不斷下降，完成了對(duì)給水的深度除氧。

（3）當(dāng)除氧器的給水含氧量從50μg/L升至760μg/L，4號(hào)水艙內(nèi)除氧水的含氧量增至7μg/L以上。當(dāng)給水含氧量約為200μg/L時(shí)，分別采用了2種不同結(jié)構(gòu)的水下加熱裝置，4號(hào)水艙內(nèi)除氧水的含氧量仍低于7μg/L。此時(shí)，除氧器的出水滿足《火力發(fā)電廠及蒸汽動(dòng)力設(shè)備水汽質(zhì)量》（GB/ T12145-2008）對(duì)鍋爐給水含氧量的要求。

6.3 給水過冷度對(duì)除氧性能的影響

分別采用2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置、給水流量為27 t/h，在不同的給水含氧量條件下，分析給水過冷度對(duì)一體化除氧器除氧性能的影響，給水過冷度對(duì)除氧性能的影響曲線，如圖6所示。

圖6 給水過冷度對(duì)除氧性能的影響曲線

分析試驗(yàn)結(jié)果可知，在給水含氧量、給水流量、水下加熱裝置一定時(shí)，給水過冷度較大，除氧器內(nèi)除氧水的含氧量較低。當(dāng)給水含氧量較小時(shí)，給水過冷度對(duì)除氧水含氧量的影響并不明顯，但隨著給水含氧量不斷增大，給水過冷度對(duì)除氧水含氧量的影響就越大。這是因?yàn)楫?dāng)給水過冷度較大時(shí)，加熱給水所需的蒸汽量也較大，大量蒸汽從噴管噴入除氧器水空間時(shí)，對(duì)除氧水?dāng)_動(dòng)更加劇烈，使傳熱傳質(zhì)更加強(qiáng)烈，有利于除氧水中溶氧的析出。

6.4 給水流量對(duì)除氧性能的影響

當(dāng)進(jìn)行水下蒸汽加熱、給水過冷度為30℃、給水含氧量不同時(shí)，給水流量分別為13.5 t/h（單噴嘴）和27 t/h（2個(gè)噴嘴），分析給水流量對(duì)除氧器性能的影響，給水流量對(duì)除氧器性能的影響曲線，如圖7所示。

圖7 給水流量對(duì)除氧器性能的影響曲線

由試驗(yàn)結(jié)果可知，利用相同的水下加熱裝置，在給水過冷度、給水含氧量給定的情況下，當(dāng)給水流量為13.5 t/h時(shí)，艙內(nèi)除氧水的含氧量比給水流量為27 t/h時(shí)的含氧量低，當(dāng)給水流量增大，而除氧器內(nèi)的水位不變，除氧水在除氧器內(nèi)停留的時(shí)間為給水流量為27 t/h時(shí)的兩倍，除氧水在除氧器筒體內(nèi)停留的時(shí)間更長，使除氧水中溶氧的析出更加徹底，提高了除氧效果。單噴嘴的霧化效果要優(yōu)于2個(gè)噴嘴的霧化效果，會(huì)略微影響除氧的效果。

7 結(jié) 語

（1）本項(xiàng)目研究的一體化除氧器對(duì)給水的加熱性能良好。利用2種水下加熱裝置，在給水流量為27 t/h、給水過冷度為30℃與50℃的工況下，給水均能被蒸汽加熱至與除氧器壓力相對(duì)應(yīng)的飽和溫度。除氧器的給水被彈簧噴嘴霧化后，給水的受熱表面積增加，隨后被霧化空間內(nèi)的蒸汽充分加熱，達(dá)到了飽和溫度，滿足了初步除氧的要求。

（2）本項(xiàng)目研究的一體化除氧器除氧性能良好。采用2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置，當(dāng)加熱方式為水下蒸汽加熱、給水流量為27 t/h、給水過冷度為30℃與50℃時(shí)，給水的含氧量約為200μg/L，經(jīng)除氧器處理后，出水的含氧量低于7μg/L。給水過冷度較大時(shí)，除氧的效果更好，但過冷度的差異對(duì)除氧效果的影響并不明顯。

（3）當(dāng)減小給水流量時(shí)，除氧器內(nèi)除氧水的含氧量比給水流量大時(shí)要更低，這是因?yàn)槌跛诔跗鲀?nèi)停留的時(shí)間比較長，使水中溶氧被充分析出，除氧的效果更好。

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Performance Research of Integral&Integrated Deaerator

WANG Qiang，ZHU Ji-qing
（Shanghai Power Station Auxiliary Equipment Plant，Shanghai Electric Power Generation Equip.Co.，Ltd.，Shanghai，200090，China）

The integral&integrated deaerator is the mainstream type on theexisting market.This article describes the analogue of the deaerating process by the experiment.It also studies how the bubbling tubes，feed-water oxygen content，feed-water supercooling degree and feed-water flow affects the properties of oxygen removal.

deaerator；integration；oxygen content；heating；device；feed-water；supercooling degree；flow

TK264.1+1

：A

1672-0210（2015）01-0017-06

2014-12-12

王強(qiáng)（1981-），男，本科，工程師，畢業(yè)于上海工程技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)從事壓力容器的設(shè)計(jì)工作。