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无头除氧器


除氧器的工作原理
亨利定律 ~ (在一定的温度下当液体和气体处于平衡状态时,对应一定温度,单 位体积水,中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比) 。 道尔顿定律~混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和, 当水达到饱和温度 时,水蒸汽的压力就接近水面上的全压力,这样其余气体的溶解度为 零。

P=Pj+Ps P 指液体表面全压力 Ps 指液体表

面水蒸汽的压力 Pj 指液体表面其他气体压力和

根据亨利定律可知, 任何气体同时存在于水面上, 则气体的溶解度与其自己的分压力成正比, 而且气体的溶解度仅与其本身的分压力有关。在一定压力下,随着水温升高,水蒸汽的分压力增大, 而空气和氧气的分压力越来越小。在 100℃时,氧气的分压力降低到零,水中的溶解氧也降低到零。 当水面上压力小于大气压力时,氧气的溶解度在较低水温时也可达到零。这样,随着水温的升高,减 小其中氧的溶解度,就可使水中氧气逸出。另外,水面上空间氧气分子被排出,或转变成其它气体, 从而氧的分压力为零,水中氧气就不断地逸出。采用物理方法除氧,是利用物理的方法将水中的氧气 析出,常用的有热力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。
化学除氧联氨(N2H4) 随着大容量机组和高压锅炉的出现,亚硫酸钠逐渐被联氨所取代,联氨与氧的反应式为: N2H4 十 O2 → N 2 十 2H 2O 联氨与氧反应生成氮和水,且过量的联氨不产生可溶性固形物,氨可以增加炉水的 PH 值,有利于锅炉的保护; 联氨具有缓蚀功能,联氨和铁及铜腐蚀产物反应生成具有钝化保护作用的 Fe3O4 和 Cu2O 层。 4Fe3O4 十 O2 → 6Fe2O3 十(N2H4)→ 4Fe3O4 十 2H2O 十 N2? 2Cu2O 十 O2 → 4CuO 十(N2H4)→ 2Cu2O 十 2H2O 十 N2 联氨与氧及金属氧化物反应的最终产物是水、氮气,它们不会增加锅炉水中的溶解固形物量。联氨的分解产物 是挥发性气体,见下式:

3N2H4 → 4NH3 十 N2

凝结水从盘式恒速喷嘴喷入除氧器汽空间,进行初步除氧,进入水空间后流向出水口;加热 蒸汽排管沿除氧器筒体轴向均布,加热蒸汽通过排管从水下送入除氧器,加热蒸汽与水混合加热,同 时对水流进行扰动, 将水中的溶解氧及其它不凝结气体从水中带出水面, 达到对凝结水进行深度除氧 的目的;水在除氧器中的流程越长,则对水进行深度除氧的效果越好。 未凝结的加热蒸汽(此时为饱和蒸汽)携带不凝结气体逸出水面流向喷嘴的排汽区域(喷嘴周围排汽 区域为未饱和水喷雾区),在此区域未凝结的加热蒸汽凝结为水、不凝结气体则从排气口排出。 不凝结气体在流向排气口的流程中, 除氧器筒体直径越大在水容积一定的情况下, 则汽空间不凝结气 体分压力越小,这样就能有效控制不凝结气体在液面的扩散,避免二次溶氧的发生,因此,除氧器筒 体 采 用 大 直 径 为 佳 。

上图为#7 机组将要安装的除氧器

除氧器内部结构介绍。

内部结构介绍如图:(详细介绍见笔记本) 无头除氧器与常规有头式除氧器比较报告 1、基本结构和基本数据的比较 序号 1 比较类别 除氧形式 无头除氧器 喷雾型 在水箱中完成两步除氧: 常规有头式除氧器 喷雾淋水盘或其他型式 在除氧头中完成两步除氧:

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除氧原理

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结构

( 1 )初级除氧阶段:凝结水通过 ( 1 )初级除氧阶段:通过喷嘴雾 Stork 公司的原装喷嘴进行充分雾 化,去除大部分氧气。 化,进行初步除氧; ( 2 )深度除氧阶段:凝结水一层 ( 2 )深度除氧阶段:蒸汽从液面 层交错向下流动,蒸汽从下部进入 下的蒸汽分配管喷出,完成最终除 淋水箱。 氧。 单容器结构, 双容器机构

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材料 净重量(有效容积假 定 300MW 为 150m 3 ; 600MW 为 235 m 3 )

除氧喷嘴内置于水箱内 除氧头 + 水箱 喷嘴及鼓泡管采用不锈钢材料,壳 除氧头采用不锈钢复合板,水箱采 体采用碳钢 用碳钢 总重量: 水箱 + 除氧头,总重量: 300MW 机组单台约 80 吨; 300MW 机组单台约 90 吨;

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喷嘴型式及容量

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最大容量

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寿命比较

600MW 机组单台约 120 吨。 600MW 机组单台约 140 吨。 ( 1 )盘式恒速喷雾喷嘴— Stork ( 1 )弹簧喷嘴; 公司原装进口; ( 2 )配多个小流量喷嘴,单喷嘴 ( 2 ) 300MW 机组配一个 最大流量 25 吨 / 小时。 1200t/h 喷嘴; 600MW 机组配两个 1200t/h 喷嘴 可高达 6000 吨 / 小时( 1300MW 2400 吨 / 小时 机组) ( 600MW 机组) 由于没有了除氧头,从而避免了水 由于有除氧头,水箱上部有比较大 箱上部大的集中载荷,筒体应力大 的集中载荷,筒体应力大大增加, 大减小,降低了产生应力裂纹的可 在运行中将大量产生应力裂纹,从 能性。 而降低除氧器设备使用寿命。

2、机组安装布置的比较
序号 1 2 3 4 5 常规有头式除氧器 至少需要两个平台 除氧头和水箱之间, 需要接平衡管, 管路系统 最少的管路系统 管路较长。 保温材料 需用较少 相对较多 安装 简单容易 相对较复杂 由于除氧时被带走的蒸汽量很大, 由于除氧时被带走的蒸汽量很小, 是否需要排汽凝汽器 需要安装排汽凝汽器进行再回收利 不需要排汽凝汽器。 用或防止冬天结冰。 300MW 机组约 4 — 5 米; 300MW 机组约 7 — 8 米; 总高度 600MW 机组约 5 — 6 米。 600MW 机组约 8 — 9 米。 (总高度降低了 3 — 4 米) 由于除氧头焊接在水箱的上部,总 由于单容器结构,因此显然具有极 体高度较高,并且在除氧头和水箱 抗震性能 佳的抗震能力。 之间存在应力,因此抗震效果相对 较差。 比较类别 检修维护平台 无头除氧器 只需沿水箱布置一个平台

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基础荷载

由于重量较轻, 对基础的荷载较小, 300MW 机组两支座, 600MW 机组三 相对较重,基础荷载较大。 支座。 300MW 机组: 300MW 机组: —约¢ 3.8/4.0 × 20/21 米 —除氧头:¢ 2.5 × 8.6 米 —水箱:¢ 3.5 × 19.4 米 600MW 机组: —除氧头:¢ 2.5 × 15 米

外形尺寸 9

600 MW 机组:

(有效容积假定 —约¢ 3.8 × 29 米 300MW 为 150m 3 ; 600MW 为 235 m 3 ) —或其他直径及对应长度

有效容积 10 百分比

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系统复杂性

除氧器直径完全根据用户要求和具 —水箱:¢ 3.86 × 26 米 体的运输条件灵活设计。 有效容积占总容积的 70 — 72% 。 (由于将除氧头和水箱合二为一, 因此总体积大于常规形式除氧器的 有效容积占总容积的 75 — 80% 。 水箱,但远远小于常规形式除氧器 的除氧头和水箱的总体积之和)。 系统设计简单,符合最小最优化原 则,已成为国内和国际市场受欢迎 系统相对复杂。 的主流产品。

3、机组运行及性能比较
序号 1 比较类别 运行压力范围 无头除氧器 1 、 0.02 — 2MPa ; 常规有头式除氧器

0.049 — 0.83MPa 或 0.147 — 2 、适合于真空、大气、过压运行; 1.202MPa 定滑压运行。 可选择: ( 1 )过热蒸汽; ( 2 )饱和蒸汽;

2

除氧介质

( 3 )湿蒸汽( 90% ); ( 4 ) 蒸汽 / 水混合物 1% 蒸汽) ( ; ( 5 )热水。 可使用单一介质,也可混合使用,取

主要使用汽机低压抽汽。

决于用户选择。 ( 1 )凝结水 / 给水; 3

( 1 )凝结水 / 给水;

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被除氧水种类及除氧 ( 2 )补充水 / 化学除盐水。 ( 2 )补充水 / 化学除盐水。 器进口温度要求 能够将较低温度的给水加热到除氧器 在将低温给水加热到除氧器饱和 饱和温度。 温度时会遇到一些困难。 在 10% — 110% 范围内,均保证出口 在 35% — 105% 范围内出水含氧 含氧值小于 5ppb 。 负荷变化范围 值≤ 7ppb 。 (即最低负荷可达 10% ) 300MW 平均 300 — 400 千克 / 排汽损失(即排除氧 300MW 平均 80 千克 / 小时; 小时; 气时所带走的蒸汽损 600MW 平均 160 千克 / 小时。 失) 600MW 平均 600 千克 / 小时。 水箱加热由标准的蒸汽分配管完成, 水箱加热 即在除氧过程中保持水箱加热,不需 需额外的水箱加热装置。 额外的水箱加热装置。 正常运行 符合国内工业标准 不超过 63.5dB ( A )。 时的噪音 85dB ( A )。 当除氧器入口蒸汽在 15m/s — 80m/s 机组运行 时,除氧器几乎没有振动或振动很小。 有些设计,振动较大。 (低振动是无头内置式除氧器显著的 时的振动 优点) 性能保证值≤ 5ppb , 正常运行时 2ppb 左右。

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出水含氧量

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压力差 压力升高

11 12 的影响 启动再循环

5ppb~7ppb (国电石嘴山电厂 2 × 300MW 机组, 正常运行时≤ 3ppb ;内蒙准格尔电 厂 2 × 300MW 机组,正常运行时只 有 2ppb ) 在高负荷情况下, 在蒸汽区域没有压力差 水箱和除氧头存在压力差。 随着压力升高,水仍能保持饱和状态。 随着压力升高,水可能出现过冷 状态。 不需要启动再循环泵。 需要启动再循环泵。

4、机组可靠性比较

序号 1

比较类别 关键部件— 喷嘴的可靠性

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应力集中 热疲劳寿命 低负荷 / 或

4 5 过负荷运行 使用寿命

无头除氧器 常规有头式除氧器 除氧器喷嘴是 Stork 公司的专利设 除氧头内部存在转动部件, 使机组 计,无转动部件,免维护,并具有自身 故障率提高。 过滤功能,以防堵塞,高度可靠。 由于单容器结构取消了除氧头, 避免了 除氧头和水箱之间采用焊接连接, 水箱与除氧头处的应力裂纹。 因此不可避免的存在着应力裂纹。 加热蒸汽从水下送入, 使除氧器整体工 加热蒸汽直接与筒体接触, 除氧器 作温度水平降低, 金属热疲劳寿命大大 整体工作温度高, 金属热疲劳寿命 提高。 较短。 10% — 110% 的运行范围,保证机组在 在低于 30% 负荷的恶劣工况下, 恶劣工况下可靠运行。 难以保证出口含氧量。 大于 30 年 不超过 20 年
2005 年 6 月 12 日


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