火力发电厂中锅炉给水经软化或除盐后,除去了Ca2+、Mg2+硬度,但水中的溶解氧没有除去。未经除氧的水进入锅炉,会对锅炉设备(主要是省煤器)给水管道及汽轮机通流部分产生氧腐蚀,缩短设备的寿命。
省煤器的氧腐蚀使得水中的含铁量增加,水冷壁管结氧化铁垢的速度与给水含铁量成���比,氧化铁垢不但导热性能差,使水冷壁管因冷却不好而过热损坏。而且还会在氧化铁垢下产生垢下腐蚀,加速水冷壁管的损坏,锅炉安全运行的可靠性下降,停炉次数增加。
因此,锅炉给水必须除氧。
热力除氧器的设计原理
热力除氧器中的水是从上而下流动,加热蒸汽由下而上流动,汽与水接触后产生混合传热,同时还进行传质,水中的溶解氧随着水温的升高迅速从水中向蒸汽空间分离出来。
根据道尔顿定律:除氧器内的总压力等于各混合气体分压力的总和。用公式表达为
P= PS + PO2 + PCO2 + ……
水蒸汽 氧气 二氧化碳
分压力 分压力 分压力
另据试验得知,某种气体在水中的溶解量与水面上该种气体的分压成正比。由此我们也可得知水中氧的含量取决于水面上分压力及氧在水中的溶解度。氧在水中的溶解度是随着温度的升高而降低。当除氧水被加热到饱和温度时,溶氧量→趋近于0。为什么说趋近于0,而不是0,这是因为水具有一定的粘带性,产生表面张力,使水的表面形成一层薄膜,此膜的厚度约为10-7厘米。由于这层水膜的存在,水中的微小气泡不能通过水膜飞逸到空间去。所以静止状态下的水以及某些不良的除氧器中的水,温度虽已加热至饱和温度,但仍然达不到电厂目前所要求的溶氧量标准。如果能使水中的传热、传质表面积足够大,表面又不断更新(产生紊流),则就能克服水膜阻碍微小气泡排气现象,使饱和水中的溶解氧迅速排出,达到国颁溶解氧标准(GB/T12145-1999《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》中规定,汽包炉,锅炉过热蒸汽压力3.8~5.8Mpa:溶解氧≤15μg/L;锅炉过热蒸汽压力5.9~18.3Mpa:溶解氧≤7μg/L)。
根据上述的道尔顿定律和实验可知:
热力除氧器必须达到下列条件才能将水中的溶氧量降低到国标要求以下:
(1)水必须加热到饱和状态。为此要求水与加热蒸汽之间有足够大的加热面积及传热系数。
(2)水中分离出来的氧应能及时排出除氧器,以保证与蒸汽间有一定的浓度差,减小水表面的氧气分压力以免阻碍水中氧的逸出。
(3)水应该具有足够大的传质表面积,而且此表面上的水要求迅速地不断地更新,以提高速度及除氧效率。
膜式除氧器的结构及工作原理
膜式除氧器是70年代初研制成功并推广使用的热力除氧新技术,目前全国各地已有上千台膜式除氧器投入运行。我公司经过多年来的不断努力、研究,已成为膜式除氧器设计、生产基地,承担新的膜式除氧器设计、制造及旧除氧器的改造工作。到目前为止,已设计生产10t/h至710t/h各种规格的膜式除氧器。
膜式除氧器是热力除氧器的一种,它的传质方式不同于老的栅盘式、泡沸式、淋水盘式及喷雾填料式,而是用射流及旋膜方式进行传热、传质的。在性能和结构上则充分满足了上述热力除氧的三个条件。设计特点如下:
膜式除氧器设有两级除氧装置,级是起膜器组——主要的除氧部件;第二级是填料层——用作深度除氧。
(1) 起膜器组是由起膜器、连通管及隔板等零部件组成,除氧器入口水首先进入由上下隔板组成的水室,再从水室通过起膜器上的小孔,进入起膜器内壁形成射流及旋转水膜。
(2)水从起膜器下来后形成一个喇叭形的水膜,然后向下流到篦子部份(篦子的层数视具体情况而定)。
(3)水通过篦子后进入填料层,它是由液汽网及其固定框架组成。水在液汽网中作进一步的除氧——深度除氧,新型液汽网比曾采用过的Ω型填料的透气性好,贮热系数大,其氧的分离效率高,是一种深度除氧的理想填料。
(4)水经过液汽网后随即落到水箱里。
加热蒸汽从加热蒸汽管出口处扩散并上升至填料层,通过填料层、篦子,进入起膜器内孔,然后再上升到除氧头上部封头内腔,并由此排入大气。由于蒸汽上升过程中与水混合,加热了水,因此大部份加热蒸汽均被水所吸收,排放大气的汽量很少。热力式除氧器传热、传质效果越好,排汽量越少。
膜式除氧器主要元件起膜器组的工作原理
凝结水及补充水进入起膜器组的水室后,具有一定的压力,此压力高于除氧器内的压力,因此两者之间有压差。水在一定的压差下从起膜器上的小孔喷向内壁,在小孔的出口处产生射流运动,射流强化了传热传质过程,它可以在极短时间内,很小的行程上,吸收大量的加热蒸汽,同时从水流中向空间放出大量的氧气。
射流的物理意义是,当具有一定压力 的液体,从小孔中喷出形成射流束。射流两侧的静止气体被高速流动的射流带动,一部份气体随射流束流动带走,使射流束两侧造成局部低压区。因此远处的气体不断地流向低压区,补充被射流带走的气体,这样气体不断地被射流束带走,又不断地从远处补充形成运动的全过程,此现象称为射流的卷吸作用。
在大气中作起膜器试验时可以清楚地看到射流呈乳白色,可见射流卷吸进很多空气。(试验是在大气中做的)由此证实射流的卷吸作用是确实存在的。
在起膜器组正常工作时,水室的水经过起膜器上的小孔射入起膜器内壁。形成射流,由于它的内孔充满了加热蒸汽,水在射流运动中便将大量的加热蒸汽卷吸进去,产生剧烈的混合加热作用,因此射流束可以吸收大量的热量,使水温大幅度地提高,另一方面由于水从起膜器小孔喷向其内孔过程也是一个降压过程,使水的压力下降,这两个因素---水温升高,水压下降均能使水中的溶解氧大量释放出来扩散到起膜器内孔的加热蒸汽中去,产生传质过程。
射流结束后,水沿着起膜器内孔壁旋转而下,形成一层水膜。液体在旋转流动时的临界雷诺数Re较液体在直管内流动的临界雷诺数Re下降很多,也即液体在旋转流动时易产生紊流。
从起膜器的试验可观察到,工作时,起膜器内孔壁的旋转水膜不断翻滚,水的表层分子不断被内层分子所置换,这正是紊流运动的特征。水裙部份水膜运动状态基本上与起膜器内孔之水膜运动状态相同。
由于旋转水膜处于紊流状态,其持续时间也比射流的持续时间长得多,表面积又很大,因此它的传热,传质效果是十分理想的。
另外,我们在膜式除氧器中设计了新型平衡管和汽水分离装置,使析出的氧气能及时充分的随蒸汽流排入大气中去。
综前所述,起膜器在工作中,其射流、旋膜、水裙三部份即可将水中的绝大部份溶氧分离出来,这些分离出的氧随着上升蒸汽从起膜器的内孔排到上封头内腔,然后再从排汽口排往大气,所以起膜器的内孔不仅是传热、传质的主要部位,而且是除氧器排出氧气的主要通道,它使得水在起膜器内分离出的氧不能随意扩散,只能局限在起膜器内孔中,强制它随着上升的蒸汽流排向大气。
总而言之,膜式除氧器的起膜器组在工作中使水始终处于紊流状态并有足够大的表面积,排汽性能良好。传热、传质条件十分理想。这些性能充分满足了前面提出的热力除氧器工作必需具备的三个条件。
膜式除氧器的结构特点
本公司设计制造的旋膜除氧器由除氧头和水箱两大部件组成,给水的加热和除氧主要在除氧头中完成,水箱作储水、缓冲之用。
除氧头由二级除氧组件组成:
一级除氧组件由筒体、隔板、旋膜管、流通管和管组件焊接成为一体。
二级除氧组件由箅条组和填料两部分组成。
除氧水箱内装有配水管、再沸腾管、防旋板和各接管座。在除氧器上装有就地仪表、位计液和安全阀,满足现场调试、操作需要。
本投标产品为立式旋膜除氧器,带有卧式储水箱,采用双鞍座支撑。除氧头与水箱除氧倒裙式弧形连接方式。
主要结构特点
(1)起膜管:膜式除氧器的关键部件,采用国外引进技术,多孔位数控定位加工成型,保证了射流孔的定位准确性及加工精度。
(2)水箅层:采用弧形管,也就是半圆管进行合理的错位布置,使水流再次分配,形成片状薄膜水,更好地与蒸汽接触实现传热、传质。
(3)填料层:采用编织的Ω形网状细丝不锈钢网,该网蓄热系数高,分离率高,气阻小,可对给水进行深度除氧,是目前理想的除氧填料。
(4)再沸腾装置:在除氧水箱中加装了带有涡旋喷嘴结构的再沸腾装置,在投运时减少振动和水击,并提高了加热速度,有利于残余氧的排出。
膜式除氧器的性能特点
(1)由于膜式除氧器起膜器组的传热系数大,传热面积也大,因此传热效果特别好,它的进、出口水的温升能达到90℃,即使进口水的溶氧量高达5000~8000μg/L情况下在篦子下测得水的溶解氧仅为5-7μg/L,达到了部颁标准。上述这些指标国内一般除氧器是达不到的,国内大部份除氧器当进水温度低时就产生强烈的振动,除氧效果急剧下降。因此膜式除氧器是适用于补水量大、补水温低的热电厂,当然用于一般冷凝式发电厂除氧效果会更好。
(2) 适应性强,膜式除氧器在发电机组负荷大幅度、快速变动时,在低负荷下均能正常工作,保证除氧效果良好。因此膜式除氧器又适宜用于调峰发电机组。
(3) 膜式除氧器在任何工况下均不会产生振动,安全性能好。
(4) 排汽量小,山西漳泽电厂200MW机的710t/h膜式除氧器实测排汽量为除氧器出力的0.1%,比改造前的原喷雾填料式除氧器的排汽量下降了约25%。排汽量减少、能源损失小带来的经济效益也是很可观的。
(5) 膜式除氧器除氧效果好,在十分恶劣的工况下经除氧后,水箱中水的残余溶氧量均能达到部颁标准。
(6) 膜式除氧器可适用于滑压运行,如果采取一些特殊措施后还可适用于从机组起到带额定负荷的全滑压运行,操作简便,很受运行人员的欢迎。
(7) 维修简便,膜式除氧器无易损件,维修工作量小。
1.2连续排污扩容器
2 功能特点
连续排污扩容器是将锅炉排污水进行扩容分离,分离出蒸汽和水,利用蒸汽和水的热量作为加热的热源,提高锅炉热量的利用率。
2 结构特点
我公司生产的连续排污扩容器由汽水分离器、导流分离器、导流器、水位自动调节系统及排污管道系统组成,具有水位自动调节功能,对锅炉排污水进行扩容分离,从而保证了电厂的安全运行。
1.3定期排污扩容器
2 功能特点
定期排污扩容器是将锅炉的定期排污水进行扩容分离,得到蒸汽和废热水,并利用蒸汽和废热水的热量来加热生水或化学补给水,提高锅炉热量的利用率。
2 结构特点
我公司生产的定期排污扩容器由汽水分离器、导流分离器及导流器等部件组成,对锅炉的定期排污水进行扩容分离,从而保证了电厂的安全运行。