除氧器知识解析

一、概述凝结水在流经负压系统时，从密闭不严密处会有空气漏入凝结水中，加之凝补水中也含有一定量的空气，这部分气体在满足一定条件下，不仅会腐蚀系统中的设备，而且使加热器及锅炉的换热能力下降，降低机组的经济性。为了减少给水系统和省煤器、水冷壁管的腐蚀,主要的方法是减少给水中的溶解氧，或在一定条件下适当增加溶解氧，缓解氧腐蚀，并适当提高给水PH值，消除CO2腐蚀。除氧方法分为化学除氧和热力除氧两种，电厂常用以热力除氧为主，化学除氧为辅的方法进行除氧。化学除氧法时利用某些易与氧发生化学反应的互学药剂，使之与水中溶解的氧发生化学反应，生成对金属不产生腐蚀的物质而达到除氧的目的。化学除氧只能彻底除去水中的氧，而不能除去其它气体，同时生成的氧化物将增加给水中可溶性盐类的含量，且药剂价格昂贵，故化学除氧只作为辅助除氧手段。除氧器是利用热力除氧原理进行工作的混合式加热器，既能解析除去给水中的溶解气体；又能储存一定量给水，缓解凝结水与给水的流量不平衡；还能利用回热抽汽加热给水，提高机组热效率。在热力系统设计时，也用除氧器回收高品质的疏水和门杆漏汽。机组正常运行时，采用加氨、加氧联合水处理方式（即CWT工况），这时除氧器完成加热器的作用，并除去其它水融性气体；而在启动阶段或水质异常的情况下，采用给水加氨、加联胺处理（即AVT工况），降低水中的氧含量，减缓氧腐蚀，这时除氧器既完成加热给水的功能，又起到除氧的作用。我公司采用无头喷雾式除氧器（见下图）。除氧器的设计应满足以下几点要求：除氧能力满足锅炉最大负荷的要求，水容积足够大且有一定裕量，设有防止超压和水位过高的措施。除氧器的加热汽源设计由除氧器系统的运行方式决定。当除氧器以带基本负荷为主时，多采用定压运行方式，供汽汽源管路上设有压力调节阀，要求汽源的压力略高于定压运行压力值，并设有更高一级压力的汽源作为备用。这种方式节流损失大，效率较低。而以滑压运行为主的除氧器，供汽管路上不设调节阀，除氧器的压力随机组负荷而改变。此种运行方式因不发生节流，其效率较高。我公司除氧器采用定-滑-定压运行方式，设有两路汽源：本机四段抽汽和辅汽。在四抽管路上只设防止汽轮机进水的截止阀和逆止门，不设调节阀，实现滑压运行。而辅汽供汽管路上设压力调节阀，用于除氧器定压运行时的压力调节。二、 除氧器工作原理1、热力除氧原理是根据道尔顿定律和亨利定律为理论基础的。1.1亨利定律在一定温度下，当溶于水中的气体与水中离析的其它处于平衡状态时，单位体积水中溶解的气体量和水面上该气体的分压力成正比。某气体在平衡状态时的分压力称为平衡压力。如果水面上某气体的世纪分压力小于水中溶解气体所对应的平衡压力，则该气体就会在不平衡压差的作用下，自水中离析出来，直至达到新的平衡为止。如果能从水面上完全清除气体，使气体的实际分压力为零，就可以把气体从水中完全除去。这就是热力除氧的基本原理。1.2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。在除氧器中，水面上的蒸汽量不断增加，蒸汽的分压力逐渐升高，及时排出气体，相应地水面上各种气体的分压力不断降低。当水被加热到除氧器压力下的饱和温度时，水大量蒸发，水蒸汽的分压力就会接近水面上的全压力，随着气体的不断排出，水面上各种气体的分压力将趋近于零，于是水中的气体会从水中逸出而被除去。1.3热力除氧是一个传热、传质过程，要保证理想的除氧效果，必须满足以下条件：（1）一定要把水加热到除氧器压力下的饱和温度，以保证水面上水蒸汽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，使气体分离出来。2、气体从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8090的气体。第二阶段为深度除氧阶段。此时，由于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，只靠单个分子的扩散作用慢慢离析出来。这时可用加大汽水接触表面积，使水形成水膜，减小其表面张力，从而使气体容易扩散出来。也可以用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。三、 除氧器介绍1、除氧器结构SSD-2010/235单筒式除氧器结构见下图，除氧器主要部件有壳体、支座、进水装置、弹簧喷嘴、受水箱装置、散水桶装置、除氧盘、内部平台、排汽装置、加热蒸汽装置、高加疏水装置、再循环管及再沸腾装置等。1.1壳体壳体是由筒身和两端两个标准的椭圆形封头焊制而成， 卧式放置，材料为16MnR；壳体上焊有不同规格的对外接管，供各种不同汽、水进出除氧器连接用。两端封头上各装有一个安装、检修时用的DN600人孔.1.2支座除氧器设有鞍式支座三个，装在除氧器底部，中间支座为固定支座，两端支座为滑动支座， 除氧器在受热膨胀后，可自由滑动。1.3进水装置是由1根48014的给水母管和在母管全长范围内均匀布置的16个1089的管接头焊制而成。凝结水经给水母管被分配到各接管， 然后流入到弹簧喷嘴。1.4弹簧喷嘴除氧器顶部均匀布置16个100t/h出力的喷嘴。喷嘴与进水装置采用焊接连接。喷嘴部件采用不锈钢材料制成。喷嘴在额定流量(100t/h)时的压差为0.05MPa左右，喷嘴的流量是随压差增加而增加。喷嘴用弹簧调节使水在各种负荷情况下都能保证水成膜良好，以适应除氧设备变工况的需要。同时喷嘴也是一个逆止阀，它能防止蒸汽倒流入凝结水中，因此本喷嘴能防止水锤现象，通常也称作喷雾阀。凝结水经给水母管分配进入各个喷雾阀，喷雾阀将水以膜状喷出，与除氧盘底部上升来的加热蒸汽接触，被加热至或接近除氧器工作压力下的饱和温度。1.5受水箱装置（除氧器内件）受水箱是由不锈钢薄板压制而成，用螺栓螺母固定在侧挡板和前后围板上，用于收集喷雾阀喷出的水，使水按规定的方向流动，同时将水分配到受水箱下面的散水桶中。1.6散水桶装置（除氧器内件）散水桶装置是由不锈钢薄板制成的桶状结构，用螺栓螺母固定在挡板上，用于收集受水箱分配下来的水，一组散水桶装置其底部共开有300个14.5的孔，使水能够均匀地以细水流状落在其下开有锯齿状的装置上，给水被撕碎、打破，并以雨淋状落入下面的除氧盘。1.7除氧盘装置（除氧器内件）除氧盘是一种高效的除氧元件，本设备共设有除氧盘数为128个，材料为SA-240TP316L。每个除氧盘是由若干个不锈钢板条压制成的V型板条组装而成，每个V型板条的两边缘开有很多光滑的锯齿状槽口，水在这里被再次破碎、剖析，形成膜状一层层向下流动，同时水在除氧盘中还做横向流动。除氧盘固定在由角钢制成的框架内，每个除氧盘之间的联接是用槽口相互嵌接，最后一块除氧盘装入后，应根据实际情况用调整板将其固定住，调整板的具体装配，按装配总图（F0032560010751）。1.8内部平台在除氧器内部装设有三个小的平台及三个扶梯，用于在现场水压试验完成后，装配除氧盘用，同时也可用于检修其它内部零部件。1.9排汽装置本除氧设备的排汽系统分为启动排汽和连续运行排汽。在设备的左右两部分各设有一个1084的启动排汽管，在管路上装设有电动排气阀和减压阀，用于在启动时通畅地排出设备内的不凝结气体和氧气。连续运行排汽装置是由均布在设备上的16个抽汽管和抽汽管上的节流孔板组成。在设备连续运行时由16只抽汽管及节流孔板连续不断地抽出氧气及其它不凝结气体，以保证除氧过程中被析出的氧气和其它不凝结气体及时地排出。1.10加热蒸汽装置加热蒸汽装置是由48014的管子及套管和防冲装置组成，防冲装置用来防止蒸汽进入壳体后对器壁和内部零部件的冲蚀。套管是为了防止高温蒸汽与筒壁直接接触，产生过大的局部温差应力。1.11高加疏水装置高加疏水装置是由一根42611的管子及固定装置组成，在管子上开有20个40240的腰形孔，用于高加疏水通畅地进入除氧器中，进行闪蒸。管子材质：20.1.12给水泵再循环管再循环接管共3根，其中2根规格为27311，另1根规格为2199，管子插入水箱正常液位以下，在其上均开有232个18的孔。其作用一是机组在启动或低负荷时给水经再循环接管返回除氧器，维持给水泵流量，以避免给水泵汽蚀、振动；二是机组启动时，给水含氧量未达到标准，不能向锅炉供水，除氧水通过再循环管返回除氧器。1.13再沸腾装置除氧器设有两个对外连接的再沸腾接管，再沸腾装置是由两根2737的进口管和2737的布汽母管及均匀分布的18个支管组成。蒸汽通过在每一个支管上的12个10的小孔喷出，水被均匀地加热，此种结构可以减小振动和噪音。再沸腾装置的作用一是机组启动时，尽快把冷水加热到除氧设备工作压力下的饱和温度，加快给水除氧速度;二是在正常运行时如果出现给水含氧量不合格，则可以从此管通入辅助蒸汽，使除氧器中的水再沸腾，起到辅助除去给水中的氧气及其他不凝结气体的作用。2、本除氧器除氧过程凝结水通过给水母管进入到弹簧喷嘴中，因凝结水的压力高于除氧器内的工作压力，两侧的压差作用使喷嘴打开，凝结水以膜状喷至第一受水箱和第二受水箱中，存于受水箱中的水流经下面的散水桶上的锯齿时被撕碎和破裂，然后均匀流到下面的除氧盘上。在此过程中，蒸汽自下而上向上流动，与凝结水充分接触，将凝结水加热至接近除氧器工作压力下的饱和温度，去除凝结水中大部分的氧量。被加热除氧的凝结水均匀地洒在下面的除氧盘上，在这里水再次被不断地破碎、剖析，形成膜状一层层向下流动，同时水在除氧盘中还做横向流动，增加了汽水接触的面积，保证了传质传热的时间，使凝结水与自下而上的蒸汽充分接触，为溶氧的逸出提供足够长的时间和动力。从而达到深度除氧，使锅炉给水含氧量达到标准要求值。在除氧过程中不断析出的氧气和其它不凝结气体通过上部的16个排汽管经节流孔板、排汽母管不断地排出。达到标准值的除氧水储存于下部的储水空间中，以满足对锅炉供水的要求。3、除氧器性能正常运行时，除氧器的储水量能维持BMCR工况运行510分钟；我公司水箱贮水量为锅炉最大连续蒸发量（BMCR）时6.5min的给水消耗量。水箱贮水量是指水箱正常水位至水箱出水管顶部水位之间的贮水量。除氧器在正常运行情况下（滑压运行），除氧器出口含氧5PPb（g/l）。当锅炉冷态启动时，除氧器能在指定的压力、流量下运行，且水温能满足锅炉启动的要求。低压加热器停用等异常工况，除氧器能满足此时的给水温度和流量要求。除氧器具有较高的效率，能将排汽损失降至最低值。4、安全保护系统4.1安全阀为防止除氧器超压，配有A48Y-25弹簧全启式安全阀2只，开启压力1.4MPa， 2只安全阀总排汽量约126.876t/h。当除氧设备内的工作压力达到1.4MPa(g)时安全阀自动开启泄压，起到安全保护作用。4.2溢流、紧急放水管除氧器水位过高可能引起除氧器超压，当除氧器水位失控甚至满水时可能使汽轮机进水，造成恶性事故。因此除氧器内设有除氧器溢流与放水口，并在顺序控制中设有高水位限制。2个放水口均在正常水位以上。当水位上升至较高值时，先打开溢流阀放掉部分给水；在除氧器水位上升至高高值时，紧急放水阀打开。2路均放水至凝汽器。4.3停机放水管当除氧器停运需要放水时，可开启最底部的停机放水门，放水至有压放水母管。5、除氧器供汽方式本设备运行方式：定-滑-定压运行。除氧器启动时采用辅助蒸汽定压运行；当机组带到一定负荷后，加热蒸汽切换到再热冷段,然后切换到汽轮机4段抽汽，滑压运行；机组负荷降至一定值后，4段抽汽不能满足除氧器运行要求时，再次切换到再热冷段或辅助蒸汽，定压运行。滑压运行时其压力跟随机组的负荷而变化，其抽汽管路上只有防止汽轮机进水进汽的电动关断阀与逆止阀，不设调节阀。滑压运行范围为：0.147MPa-1.314MPa (a)，辅助蒸汽：压力0.8MPa，温度250；除盐水：压力3.0MPa，温度20 。6、除氧器测量装置1）除氧器装设单室平衡容器3套，分别装在除氧器的两侧。用它来取除氧器高、低水位信号。当除氧器水位高或低于正常水位一定值时，平衡容器发出的水位信号经过压差变送器变成电信号送到自动水位调节装置，进行调节。2）磁翻板式液位计2套，安装在除氧器左右两侧各一套，就地监督除氧器内水位的高低。3）2只压力表安装在除氧器左右两侧，用于就地监督容器内压力。4）2只双金属温度计安装在除氧器左右两侧，就地监督除氧器内的介质温度。7除氧器布置为防止给水泵汽蚀，给水前置泵布置在零米，除氧器布置在24.0m，增大给水泵的有效汽蚀余量。8、除氧器水位保护8.1除氧器高水位保护分为三档：第一档高水位：报警（操作人员认为有必要时开启溢流阀）；第二档高高水位：打开紧急放水门，危急放水；第三档危险高水位：强行关闭抽汽止回阀和抽汽电动阀。当水位达到正常值时，可以联关紧急放水门、溢流放水门。8.2除氧器低水位保护应分为两档：除氧器水位保护设置图见下图。第一档低水位：报警；第二档危险低水位：停给水泵等保护装置。四、除氧器技术规范1、除氧器结构参数除氧器结构型式表：序号项目参数1除氧器型式卧式、无头、喷雾式2除氧器型号SSD-2010/2353除氧器总容积357 m34除氧器有效容积235 m35除氧器最大出力2010t/h6内径3800mm7长度32668mm8壁厚28mm9净重124215kg2、除氧器技术参数除氧器技术参数表：序号项 目参数值1设计压力1.48MPa2设计温度3813最高工作压力1.314MPa（a）4最高工作温度400.55单个喷嘴额定出力100t/h6安全阀起座压力1.4MPa7安全阀通流量126.876t/h8出口凝结水含氧量5g/l9进口处凝结水温度140.810出口处凝结水温度187.93、水质要求除氧器的给水品质要求表：序号项目参数值1阳离子导电率（25）0.15s/cm2PH值893硬度 0 mmol4Fe铁离子 10 g/l5Cu离子 3 g/l6SiO2 15 g/l7溶解氧30200g/l五、 除氧器运行1、概述1.1在机组启停过程中负荷小于15BMCR时，除氧器定压运行，借助辅汽将除氧器压力维持在0.147 MPa。1.2当四抽压力满足要求时，切换至四抽供除氧器汽源，进入滑压运行阶段。1.3正常运行时用主机四段抽汽维持除氧器滑压运行，滑压运行范围是0.147MPa至1.314MPa。1.4在事故或停机情况下，负荷下降至20BMCR时，汽源由四抽切为辅汽带，维持0.147MPa定压运行。1.5除氧器水位的调节主要通过两路除氧器上水调阀（并有电动旁路）来完成，并设有水位联锁和保护装置。2、除氧器启动2.1启动前检查与准备（1）检查并确认凝结水系统运行正常，凝结水水质合格，辅汽压力和温度等满足要求，除氧器的水位变送器和就地水位计已正常投入，水位连锁保护试验正常。（2）检查关闭以下所有阀门：放水阀、给水前置泵进水阀、高加排气阀、充氮阀、高加疏水阀、四抽至除氧器的电动隔离阀、辅汽至除氧器的电动隔离阀、两路除氧器的水位调节阀和旁路阀；（3）检查开启以下阀门：两路除氧器上水调阀前后手动阀、辅汽供除氧器电动阀手动阀、除氧器放水电动阀手动阀、除氧器的启动排空阀、连续排空阀。（4）辅汽及四抽供汽管暖管，疏水。2.2上水加热当凝结水系统冲洗合格后方开始除氧器上水。除氧器冲洗可与给水系统的冲洗同时进行，除氧器出口给水含铁量50g/l，悬浮物含量10g/l时，冲洗合格。开启除氧器上水调阀向除氧器上水至正常水位，然后将除氧器上水调阀投入自动，除氧器上水调阀自动维持除氧器水位在设定值。上水完毕后缓慢开启辅汽至除氧器的供汽调阀，除氧器升温升压。除氧器加热过程中，注意控制升温升压速度，防止除氧器振动。温升率控制在3040时左右，升压速率小于2Kpa/min，将除氧器水温加热到锅炉对上水水温的要求。当除氧器压力接近0.147 MPa时，将除氧器的压力调节阀投入自动，除氧器压力调阀自动维持除氧器定压运行。当除氧器水温达到111，根据给水的溶氧量可关闭除氧器的启动排气门，调整连续排气门的开度，减少汽水损失。当锅炉上水时，除氧器处理的水量增多，这时特别注意除氧器的振动，进水量不可突然增加过多。3、除氧器运行3.1除氧器的汽源切换当四抽压力高于除氧器的压力时，开启四抽电动隔离阀，维持略高于0.147MPa的压力运行，将除氧器的汽源切换为四抽带。在辅助汽源退出运行后，供汽管上的疏水门应开启，使辅汽供汽管道始终处于热备用状态。当切换完毕后除氧器进入滑压运行阶段，当机组负荷大于20时，四抽抽汽供除氧器电动隔离阀开启后，确认四抽管道上的疏水阀关闭。3.2除氧器的“返氧”和“再生沸腾”无论采用定压还是滑压运行的除氧器，在负荷发生变化时，均有可能产生“返氧”或“再沸腾”现象，尤其滑压运行的除氧器发生的可能性更大。当负荷上升时，除氧器内压力随之上升，而除氧器内的水温变化滞后于压力的变化，不能立即升高，而变成欠饱和水。由于气体在不饱和水中的溶解度大于在饱和水中的溶解度，于是已经析出的气体又重新返回到给水中，使除氧效率下降，此即“返氧”现象。“返氧”现象的发生不会造成给水泵发生汽蚀。在运行中除氧器的压力激增的可能性较小，而压力突降则经常发生，这时易发生除氧器的“再沸腾”现象。除氧器的再沸腾的机理在于不同压力下水的饱和温度不同，较高的压力对应较高的饱和温度。当除氧器的压力突降时，给水温度大于给水在该压力下的饱和温度，使给水发生汽化，即“再沸腾”。根据热力除氧原理，给水发生再沸腾时，其除氧效果更好，但此时给水泵发生汽蚀的可能性增大，故滑压运行的除氧器应特别注意避免压力突降。3.3除氧器排汽量的调节除氧器排汽量的多少直接与除氧效果和经济性相关，其排氧门的开度过大，排汽损失加大；过小则降低除氧能力，其开度必须经过现场运行调整后确定。我厂除氧器只有在机组启动阶段，对给水进行除氧，较高负荷时排氧门全关，进行连续排气至凝汽器。4、异常和事故处理除氧器运行中的典型事故主要有压力、水位异常、除氧器振动等。4.1除氧器压力异常除氧器压力异常表现为压力的突升和突降。压力突升的原因，可能是除氧器的进水量突降、机组超负荷运行、高加疏水量大、除氧器的压力调节阀失灵等。发生压力突升时，应立即检查原因，并作相应处理，必要时可手动调节除氧器压力，避免除氧器超压运行持续。当除氧器压力突降时，应立即检查除氧器的进水量、压力与负荷是否适应；若加热汽源是辅汽，注意监视辅汽压力调节阀的动作是否正常，必要时可手动调节。4.2除氧器水位异常除氧器水位异常变化主要是由进、出水失去平衡和除氧器内部压力突变引起的；这时应找出主要因素并针对处理，不可盲目调节，防止除氧器满水。4.3除氧器停运正常停机时，随着机组负荷的降低，除氧器的压力、温度和进水量逐渐下降，当负荷降到20%时，除氧器汽源切至辅汽，维持除氧器定压0.147MPa运行。并监视除氧器水位、压力和温度与机组负荷相适应，根据需要减少除氧器的上水量至零，并退出除氧器加热装置。六、 除氧器停运保养停运在一周以内者，可以稍开备用汽源，并关闭其它各种汽、水进出阀，进行热态保护，内部压力可维持在0.02MPa。较长时间停运（一周以上）应放净内部积水作充氮保护，维护充氮压力0.02MPa或用其它保护措施（将器内吹干放防腐剂等）。以防除氧器内壁受氧气或其它有害气体的侵蚀。