試論旋膜除氧器研究及應(yīng)用

周明立（內(nèi)蒙古大唐國(guó)際克什克騰煤制天然氣有限責(zé)任公司,內(nèi)蒙古 赤峰 025350）

1 旋膜除氧器綜述

對(duì)于大多數(shù)熱力設(shè)備而言，鍋爐給水過(guò)程中最重要的事情就是除氧，這是因?yàn)樗械娜芙庋踹M(jìn)入管道，不僅會(huì)對(duì)水管道和相應(yīng)的熱力設(shè)備造成腐蝕作用，還會(huì)將腐蝕之后的殘?jiān)任镔|(zhì)帶入到鍋爐內(nèi)部。經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間之后，鍋爐蒸發(fā)面上的金屬腐蝕殘?jiān)粩喑恋?，增加鍋爐受熱面內(nèi)壁厚度，不僅會(huì)影響加溫效果，也會(huì)造成鍋爐管損壞。

因此，除氧處理主要是防止，或者說(shuō)為了減輕對(duì)熱力設(shè)備的“氧腐蝕”，但除了溶解氧之外，還會(huì)因?yàn)闊崃υO(shè)備所處的環(huán)境不同，融入一些其他的氣體。例如，發(fā)電企業(yè)和化工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境不同，那么二氧化碳和二氧化硫的進(jìn)入量和幾率都是不同的。除氧器可以通過(guò)水回?zé)嵯到y(tǒng)的加熱和疏水回收器，減少這種腐蝕作用，并確保余熱得到利用。

需要說(shuō)明的是，除氧器并不是什么新鮮技術(shù)或事物，早在上世紀(jì)50、60年代之間，我國(guó)就已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)并投入市場(chǎng)。但早期的除氧器較為落后，大多為淋水盤(pán)式除氧器，除氧效果有限；在發(fā)展過(guò)程中，除氧器的設(shè)計(jì)科學(xué)性、制造質(zhì)量都有所提升，大體上劃分成兩種類型，即，物理除氧和化學(xué)除氧裝置。

在已經(jīng)投產(chǎn)的十多種除氧器中，除氧深度和達(dá)到指標(biāo)基本是相同的，不同的是適應(yīng)性和穩(wěn)定性，例如，能否滑壓?jiǎn)?dòng)、能否滑壓運(yùn)行，對(duì)入水口溶氧、入水口水溫的適應(yīng)性，以及其他等參數(shù)。綜合評(píng)定之后，數(shù)據(jù)顯示，旋膜式除氧器的性能是最優(yōu)的，無(wú)論是在淋水密度、提升溫度等方面，以良好的品質(zhì)在電力系統(tǒng)、石油化工、冶金等領(lǐng)域大量應(yīng)用，同時(shí)，旋膜除氧器與其他類型的除氧器，在同一環(huán)境下進(jìn)行對(duì)比，表現(xiàn)出運(yùn)行穩(wěn)定、除氧徹底等優(yōu)點(diǎn)。

2 旋膜除氧器工作原理和特點(diǎn)

2.1 旋膜除氧器的工作原理

旋膜除氧器（標(biāo)準(zhǔn)型）所包括的部分有：旋膜器、水箱、加熱蒸汽導(dǎo)管、起膜管、防旋板以及其他的輔助部分（如：液位計(jì)、安全閥、壓力表、水封、溫度計(jì)、平衡容器）。

要阻止管道和其他熱力設(shè)備腐蝕，除去水中的溶解氧是必要步驟，所用到的原理包括亨利定律（Henry's law）和道爾頓定律（Dalton’slaw）。在等溫等壓的前提下，氧氣在水中的溶解度和液體表面上氧氣的平衡壓力成功正比，而混合在鍋爐給水中的其他氣體，只要不和氧氣發(fā)生反映，這種空氣混合物都是均勻分布在熱力設(shè)備以內(nèi)的。

旋膜式除氧器包括成兩級(jí)除氧結(jié)構(gòu)：

第一級(jí)，由起膜裝置和淋水箅子完成，當(dāng)汽輪機(jī)的凝結(jié)水以及化學(xué)補(bǔ)充水和其它低于飽和溫度下的疏水進(jìn)入起膜裝置的水室之后，讓其充分混合，混合的水再次經(jīng)過(guò)固定的管板上的第二層起膜噴管，膜噴管的作用在于，它的噴孔以射流方式在起膜噴管的內(nèi)壁上，形成高速旋轉(zhuǎn)、向下流動(dòng)的水膜；向下流動(dòng)的水膜與上升的加熱蒸汽接觸后，在容器內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱交換作用，一直到旋轉(zhuǎn)的水膜流出起膜管，水溫基本上接近了環(huán)境溫度，也就完成了第一級(jí)的溶解氧去處過(guò)程，這一操作估計(jì)可以除掉90%到95%的溶解氧。

第二級(jí)，由液汽網(wǎng)填料層完成。作為旋膜除氧器的第二級(jí)除氧裝置，液汽網(wǎng)填料層分成雙層或者單層兩種，液汽網(wǎng)本身是一種不銹鋼的扁絲編制或填料層組成的，然后按照自然的狀態(tài)形成圓盤(pán)狀，一般設(shè)定圓盤(pán)的內(nèi)直徑與框架內(nèi)徑相同，但為了方便固定，通常會(huì)加入扁鋼和Φ14鋼筋，在第一級(jí)已經(jīng)除過(guò)氧的水，經(jīng)過(guò)液汽網(wǎng)層之后便可以與汽水更加充分混合，在此過(guò)程中，水被充分加熱至飽和溫度，水中溶解的氧氣也可以最大限度地釋放出來(lái)，這一除氧過(guò)程保證了除氧器在變工況運(yùn)行時(shí)的適應(yīng)性能和穩(wěn)定性能。

3 旋膜除氧器的結(jié)構(gòu)

標(biāo)準(zhǔn)型旋膜除氧器的結(jié)構(gòu)一般為臥式雙封頭，但是除氧塔為立式單封頭，用來(lái)匹配旋膜器和再熱沸騰管結(jié)構(gòu)等部分。

相關(guān)的規(guī)格參數(shù)如下：標(biāo)準(zhǔn)型旋膜除氧器的外直徑約為2500毫米，總長(zhǎng)約12000毫米，總高約為6000毫米；水箱外殼體壁厚為15毫米、而除氧塔壁厚為12毫米，材質(zhì)根據(jù)具體需求設(shè)定。除氧水箱頂部設(shè)有安全閥、壓力表、備用蒸汽、氣相平衡管及泵回流管等接口；除氧水箱體還設(shè)有人孔、液位計(jì)、溫度計(jì)、水相平衡管、排水管及泵進(jìn)水口等接口；除此之外，除氧頭主要由外殼、旋膜器、淋水箅子、液汽網(wǎng)及蒸汽分配盤(pán)等組成。

4 旋膜除氧器的應(yīng)用

從改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的工業(yè)逐步擺脫了依靠進(jìn)口和局面落后的狀態(tài)，科技的進(jìn)步提升了各行各業(yè)的生產(chǎn)能力，設(shè)備更新也是勢(shì)在必行。由此分析，早起投入運(yùn)行的除氧器裝置要么老化，要么無(wú)法滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)需要，亟待改進(jìn)。

東北電力科研究所（簡(jiǎn)稱東電科研所）、西安熱工研究院都是我國(guó)著名的除氧器研究機(jī)構(gòu)，僅在20世紀(jì)90年代，從東電科研所研制或改進(jìn)的工業(yè)級(jí)旋膜除氧器就有100多臺(tái)，包括高壓和低壓不同的規(guī)格，在全國(guó)范圍內(nèi)，也有幾百臺(tái)各種型號(hào)和樣式的旋膜除氧器設(shè)備在運(yùn)行。以下通過(guò)具體的例子來(lái)闡述旋膜除氧器在不同情況下的應(yīng)用：

案例一：

1974年，東電科研院和撫順石油二廠下屬熱電廠合作，共同開(kāi)發(fā)了25MW功率的供熱機(jī)組，包括配套的G-225型淋水盤(pán)式低壓除氧器改造工程，改造的目的是將原有的淋水盤(pán)式除氧器變?yōu)榈蛪盒な匠跗?，可以說(shuō)這是我國(guó)最早的一個(gè)旋膜除氧設(shè)備。

案例二，1983年，東電科研院和渾江電廠合作，共同完成了升級(jí)配套工程，工程項(xiàng)目為旋膜除氧器技術(shù)推廣，將原有的100MW機(jī)組配套的GC-420型噴霧填料式高壓除氧器進(jìn)行了改造。

案例三，1987年，東電科研院和朝陽(yáng)電廠聯(lián)合，共同改進(jìn)1臺(tái)200MW機(jī)組，完成配套配裝備的淋式GC-670型噴霧填料式高壓除氧器，將其改進(jìn)為為旋膜式除氧器，大大提升了除氧。

案例四，1983年，東電科研院和西安熱工研究所共同聯(lián)合，對(duì)位于長(zhǎng)江流域的壩橋熱電廠3號(hào)機(jī)的除氧器設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，改造過(guò)程中將原C-150型除氧器升級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)旋膜除氧器。

案例四，1988年，東電科研院和西安熱工研究再次針對(duì)壩橋熱電廠八號(hào)機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造，同樣涉及到除氧器進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)改造前后的對(duì)比，改造后的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改造前的性能。

近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者提出了將中壓旋膜除氧器應(yīng)用到中小型熱電廠的熱力系統(tǒng)中的方案，這一方案的實(shí)行，目的是取代原系統(tǒng)中的高壓加熱器及低壓除氧器，從而起到簡(jiǎn)化熱力系統(tǒng)、保證鍋爐給水溫度、提高熱力系統(tǒng)循環(huán)效率的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化的持續(xù)發(fā)展，國(guó)家對(duì)于工業(yè)設(shè)備管理、生產(chǎn)安全問(wèn)題會(huì)越來(lái)越重視，因此也要求現(xiàn)代企業(yè)在不同的生產(chǎn)細(xì)節(jié)上進(jìn)行優(yōu)化。溶解氧腐蝕對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)而言，是一個(gè)常規(guī)性技術(shù)問(wèn)題，在解決過(guò)程中已經(jīng)積累了大量的經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)，這對(duì)旋膜除氧器的改進(jìn)和研究是利好條件。

可以預(yù)計(jì)，旋膜除氧器這種具有良好傳熱性、傳動(dòng)性的除氧裝置，將會(huì)越來(lái)越普及，同時(shí)在技術(shù)的科學(xué)性、合理性方面也更先進(jìn)。如何進(jìn)一步提高旋膜除氧器的性能，優(yōu)化整體結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)不同行業(yè)或模塊的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，是下一步有待深入研究的問(wèn)題；截至目前，旋膜除氧器的理論研究還存在瑕疵，尤其是針對(duì)于民用或中小型熱力設(shè)備而言，應(yīng)用還存在一些障礙，這也需要從實(shí)踐中去尋求解決方法。

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