除氧器培训教材

4.6除氧器系统 4.6.1概述

凝结水在流经负压系统时，在密闭不严处会有空气漏入凝结水中，加之凝结水补给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降低。为了防止给水系统的腐蚀，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CO 2腐蚀。

锅炉给水溶解氧的控制指标：过热蒸汽压力≤5.78MPa 时，给水溶解氧应≤15μg/L ；过热蒸汽压力≥ 5.88MPa 时，给水溶解氧应≤7μg/L ，亚临界和超临界的直流锅炉，应彻底除氧。

4.6.2除氧原理

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。 （1）化学除氧法

随着大容量机组和高压锅炉的出现，亚硫酸钠除氧逐渐被联氨所取代，联氨与氧的反应式为：

O H N O H N 222422+↑→+

联氨与氧反应生成氮和水，且过量的联氨不会产生可溶性固体，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43e O F 和

O Cu 2层。反应式如下：

↑++→+→+224342322432464N O H O Fe H N O Fe O O Fe ↑++→+→+22242222242N O H O Cu H N CuO O O Cu

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体物量。联氨的分解产物是挥发性气体，见下式：

324243NH N H N +↑→

化学除氧特点：价格贵，只能除氧（彻底）不能除去其它气体，只能作为辅助除氧手段。

（2）热力除氧法

亨利定律指出：当液体和气体处于同一平衡状态时，在温度一定的情况下，单位体积液体内溶解的气体量b 与液面上该气体分压力b p 成正比。

p

p k

b b

= 当b f p p <时，在不平衡压差 f b p p p -=? 的作用下，气体从水中分离出来。如果将

气体的实际分压力f p 降为零，气体就会从水中完全除掉。

道尔顿定律指出：混合气体的全压力p 等于各组分气体分压力之和。

O H fj p p p 2+∑=

对于给水而言，水面上混合气体的全压力，等于气体的分压力fj p ∑与蒸汽的分压力O

H p 2之和。可见当增加水面上混合气体中水蒸汽的量时，就可降低氧气的分压力，为除氧创造条件。

水达到饱和温度时，水面上蒸汽的分压力接近于其混合气体的总压力，而不凝结气体的分压力接近于零，这样水中溶解的气体就会不断的排出水面，直至达到此温度和压力下的平衡状态。

热力除氧过程是个传热和传质的过程，传热过程是把水加热到除氧器压力下的饱和温度，传质过程是将水中的气体分离析出。 （3）气体的析出方式

气体析出方式大致有两种：一种是在除氧的初始阶段，气体以小气泡的形式从水中逸出。此时水中气体的含量较多，其分压力大于水面以上气体的分压力，气体会以气泡的形式克服水的粘滞力和表面张力析出，如此除去水中80%－90%的气体。另一种是气体以扩散形式从水中逸出。经过初级除氧的给水中仍含有少量气体，这部分气体的不平衡压差很小，气体离析的能力较弱，为达到深度除氧目的，可适当增加水的表面积，缩短气体析出路径，强化水中气体的析出（如图1）。

图1气体析出方式

1） 初级除氧过程

在初级除氧阶段，凝结水经过高压喷嘴形成发散的锥形水膜向下进入初级除氧区，水膜在这个区域内与上行的过热蒸汽充分接触，迅速将水加热到除氧器压力下的饱和温度，

大部分氧气从水中析出，在每个喷嘴的周围设有四个排气口，以及时排出析出的氧气。

2）深度除氧过程

经过初步除氧的水落入水空间流向出水口；加热蒸汽通过排管从水下送入，与水混合加热，同时对水流进行扰动，并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。

3）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。

为达到良好的热力除氧效果，必须满足以下条件：

第一：有足够量的蒸汽将水加热到除氧器压力下的饱和温度；

第二：及时排走析出的气体，防止水面的气体分压力增加，影响析出；

第三：增大水与蒸汽接触的表面积，增加水与蒸汽接触的时间，蒸汽与水采用逆向流动，以维持足够大的传热面积和足够长的传热、传质时间。

4.6.3除氧器介绍

除氧器是利用热力除氧原理进行工作的混合式加热器（如图2和图3），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。在热力系统设计时，也用除氧器回收高品质的疏水。

机组正常运行时，采用加氨、加氧联合水处理方式（即CWT工况），CWT称为复合氧处理法，它是在微碱性水环境条件下（PH=9.0左右），通过向给水中注入微量氧形成溶解度极低的三价氧化铁保护膜，来达到抑制腐蚀的目的，这时除氧器完成加热器的作用；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），AVT即全挥发处理，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。

除氧器的设计应满足以下几点要求：除氧能力满足最大负荷的要求、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。

图2无头喷雾式除氧器简图

图3无头除氧器实物图

（1）除氧器性能

1）正常运行时，除氧器的储水量能维持BMCR工况运行5～10分钟；

2）除氧器在正常运行情况下（滑压运行），除氧器出口含氧量≤7μg/l；

3）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；

4）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；

5）除氧器具有较高的效率，能将排汽损失降至最低值。

（2）除氧器结构

除氧器主要部件有壳体、恒速喷嘴、加热蒸汽管、挡板、蒸汽平衡管、排氧口、出水

管及安全门、测量装置、人孔等（见图4～6）。

1、安全门

2、进水口

3、排气口

4、再循环接口

5、四抽供汽接口

6、辅汽供汽接口

7、高加疏

水接口 8、就地水位计 9、溢流口 10、放水口 11、出水口 12、人孔 13、压力测点

图4除氧器示意图

图5除氧器外部结构

图6除氧器管道布置

（3）除氧器恒速喷嘴

除氧器的两侧分别安装有一个stork恒速喷嘴，凝结水分两路引入这两个喷嘴（如图7～10）。喷嘴内部共有九层，水喷出后形成九层水膜，达到既增大水与蒸汽的接触表面积，又缩短了气体离析路径的效果。

由于喷头弧形圆盘的调节作用，当机组负荷大时，喷头内外压差增大，弧形圆盘开度亦增大，流量随之增大。当机组负荷小时，喷头压差降低，弧形圆盘开度亦减少，流量随之减少。使喷出的水膜始终保持稳定的形态，以适应机组滑压运行。

图7 STORK喷嘴剖面图图8 STORK内置式除氧器恒速喷嘴实物照片

图9喷头弧形圆盘（碟片）

图10喷嘴实际效果图

喷嘴抗压力突变的能力差，因此运行中应注意防止凝结水流量大幅波动。每只喷嘴的最大出力是1400t/h，此时压降为0.056MPa。

（4）再沸腾管和泡沫发生器

在除氧器底部安装了一根沸腾母管和若干沸腾支管，在沸腾母管和沸腾支管上又安装了许多泡沫发生器（如图11-12）。在泡沫器发生四壁有许多交错的喷射小孔，加热蒸汽自喷射小孔喷出，与周围的水混合，形成许多泡沫，强化汽水之间传热和传质。

沸腾管和泡沫发生器的原理与传统式除氧器的再沸腾原理相似，作用相同，但由于内部结构不同，新型除氧器的泡沫量大、加热速度快，效果较好。

图11除氧器内部结构（1）

图12除氧器内部结构（2）

（5）蒸汽平衡管与逆止阀

除氧器的两路汽源四抽和辅汽均引入底部，任一路均能满足除氧和加热的要求。四抽和辅汽都是插在水箱水面以下加热的，这两条管线都有汽平衡管，汽平衡管一端接在除氧器的汽侧空间，一端接在四抽的最后一个逆止门的后面（如图13），这管线的目的是在汽轮机甩负荷的时候，或者四抽突然切断进气，这时四抽管线的压力会降得很快，而除氧器的压力降得很慢，因为四抽和辅汽都是在水箱水面以下加热的，这就存在水沿加热蒸汽管道返水，如果四抽逆止门关不严的话，可能导致汽轮机进水，而接了气平衡管后，平衡管一端接除氧器汽侧空间，一端接四抽管道（辅汽的接在辅汽管道），这就减少了管道进水的可能。

图13蒸汽平衡管示意图

（6）吹扫管

吹扫管布置在水面上。在吹扫管中布置了许多吹扫口。作用是：

1)吹扫蒸汽吹散聚集在水面上的氧气层，增加水面上、下的氧气浓度差，有利于氧气的扩散。

2)吹扫蒸汽吹破水面，减少了水的表面张力，便于水中的氧气向水面扩散。

3)吹扫后蒸汽向上流动，加热淋水、填料层中的水膜和喷嘴喷出的雾化水，充分利用了余热。

（7）排空气口

每个喷嘴的周围设有一个启动排空气口和四个连续排空气口（如图14），及时排出析出的氧气。

图14排空气口

（8）安全阀

为防止除氧器超压，除氧器装有两个安全阀，其动作压力为 1.45MPa，单个安全阀的通流量为61.310t/h。

（9）溢流管

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（见图15）。

当水位上升至较高值时，先打开放水阀放掉部分给水；在除氧器水位上升至溢流水位时，水经溢流口排掉。

图15除氧器溢流管

（10）疏水闪蒸区

高加的疏水进入除氧器后，先在闪蒸区降压蒸发，降低品质并释放热量。闪蒸的作用在于除去疏水中的少量气体，利用释放的热量加热给水。

4.6.4除氧器的特点

（1）适应能力强：除氧器的最大出力不小于锅炉BMCR工况蒸发量105%时所需给水量，且在低压加热器工作不正常时，除氧器应能适应此时对给水温度和流量要求，保证给水的含氧量符合要求。

（2）防超压：配置排汽能力足够大的安全阀（不应少于4只全启式弹簧安全阀）；设计压力一般不小于汽轮机额定负荷工况时回热抽汽压力的1.25倍。

（3）防汽机进水：配置完善的水位检测装置——磁性翻转水位计；水位开关；水位变送器，有三级保护信号，另有溢流管。高水位报警；高高水位，自动开启溢流阀；超高水位，3号高压加热器疏水排疏水扩容器，强制关闭四段抽汽电动截止阀和逆止阀。

（4）防蒸汽倒流：进汽管和汽平衡管均设置逆止阀。

4.6.5除氧器供汽方式及汽源

除氧器的汽源设计决定于除氧器系统的运行方式。当除氧器以带基本负荷为主时，多采用定压运行方式，这时，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，其供汽管路上不设调节阀，除氧器的压力随机组负荷而改变。因不发生节流，其效率较高。

除氧器的加热蒸汽有两路汽源，分别为四段抽汽和辅汽，四段抽汽引入底部主要用于深度除氧和加热给水。辅汽引入本体内经分配管后均匀布置在汽水空间，供启动时加热用。加热蒸汽排管沿除氧器筒体轴向均布（见图16）

图16除氧器进汽分配示意图

4.6.6除氧器测量装置

除氧器的本体上安装有一定数量的水位、压力及温度测量装置，供监视和保护用。4.6.7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26m，增大给水泵的有效汽蚀余量。

4.6.8除氧器运行

除氧器采用滑压运行方式，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。正常运行时，除氧器的储水量能维持BMCR工况运行5～10分钟。

（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25%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。

（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，给水的饱和温度降低，而此时给水的温度几乎不不发生变化，即给水的焓值较此压力下饱和水的焓值高，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）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。

附：除氧器系统流程图