王 強，朱紀慶

（上海電氣電站設(shè)備有限公司上海電站輔機廠，上海200090）

一體化除氧器性能研究

王 強，朱紀慶

（上海電氣電站設(shè)備有限公司上海電站輔機廠，上海200090）

目前，市場上主流的除氧器型式是一體化除氧器。通過試驗，模擬了一體化除氧器的除氧過程，研究水下加熱裝置、給水含氧量、給水過冷度、給水流量對一體化除氧器除氧性能的影響。

除氧器；一體化；含氧量；加熱；裝置；給水；過冷度；流量

1 概 述

一體化除氧器集除氧與儲水于一身，是火電和核電機組中處理給水的關(guān)鍵設(shè)備，其除氧效果的優(yōu)劣，直接影響著機組的安全運行。現(xiàn)以一體化除氧器為研究對象，對一體化除氧器的工作原理和結(jié)構(gòu)特點，以及影響其除氧性能的主要因素進行了分析，通過一體化除氧器試驗系統(tǒng)，對影響除氧性能的各項因素進行了研究。

2 試驗過程

一體化除氧器的除氧效果，主要與除氧器霧化噴嘴、給水溫度、工作壓力、負荷、給水含氧量、水下加熱方式等因素有關(guān)。

通過試驗，模擬了一體化除氧器的除氧過程。在試驗過程中，給水從除氧器頂部的彈簧噴嘴噴入，并被霧化。加熱蒸汽通過水下加熱裝置，從除氧器的水空間送入，對給水進行加熱，實現(xiàn)對給水的除氧。試驗中，利用蒸汽作為水下加熱熱源，在給定的給水流量下，通過2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置，試驗研究了給水過冷度、給水含氧量等參數(shù)的變化，尋找影響一體化除氧器除氧性能的規(guī)律。

3 試驗裝置

除氧器筒體為臥式圓筒形容器，如圖1所示。筒體的直段長度為3 000 mm，直徑為2 400 mm。在除氧器頂部布置有給水入口、蒸汽與熱水入口、排氣孔、壓力測量孔及溫度測量孔。取樣口編號為1～4，T1～T4分別代表1～4號取樣口水艙內(nèi)除氧水含氧量及溫度測點，T5代表噴嘴霧化空間內(nèi)的溫度測點。

圖1 除氧器筒體及取樣口布置

除氧器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如圖2所示。除氧器的頂部為水室，水室底部安裝有額定流量為13.5 t/h的彈簧噴嘴，給水通過噴嘴霧化后進行初步除氧。噴嘴下方為霧化空間，霧化空間之下是除氧器的水空間，水空間內(nèi)安裝了水下加熱裝置。為了研究除氧器中除氧水沿流程的含氧量及與溫度變化，結(jié)合試驗實際情況，在水空間內(nèi)，設(shè)置了3塊隔板，將水空間分割為4個水艙，如圖3所示。除氧器的除氧水出口，位于除氧器內(nèi)除氧水流程的末端，即4號水艙。

圖2 除氧器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖3 除氧器內(nèi)部水艙的布置圖

在水下加熱裝置中，試驗時選用了2種不同結(jié)構(gòu)的噴管。噴管的管徑、孔徑與孔間距等參數(shù)，如表1所示。噴管的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖4所示。

表1 噴管結(jié)構(gòu)參數(shù)表

圖4 噴管的結(jié)構(gòu)示意圖

4 試驗工況

進行水下蒸汽加熱除氧試驗時，設(shè)定了各項參數(shù)及試驗裝置。

（1）除氧器內(nèi)參數(shù)：壓力約0.4 MPa（飽和溫度約為143.6℃）；水位0.8 m。

（2）給水參數(shù)：霧化裝置為2個彈簧噴嘴，流量約27 t/h；給水過冷度分別為30℃、50℃；給水含氧量分別為50μg/L、200μg/L、760μg/L。

（3）加熱蒸汽參數(shù)：壓力約為0.7 MPa；溫度約170℃。

（4）水下加熱裝置噴管：1號噴管、2號噴管。

為使試驗結(jié)果更好地反映一體化除氧器的實際運行情況，試驗中，給水經(jīng)噴嘴噴入除氧器經(jīng)除氧后排出除氧器所需時間，應(yīng)與除氧器實際運行所需時間一致。基于此原則，并結(jié)合試驗實際情況，經(jīng)計算后，確定試驗過程中除氧器筒內(nèi)水位維持在0.8 m左右較為合適。

5 調(diào)節(jié)試驗參數(shù)的方法

（1）水下加熱蒸汽的參數(shù)

在試驗中，通過調(diào)節(jié)鍋爐分汽缸出口處的閥門，控制蒸汽的壓力，采用調(diào)節(jié)閥自動或手動控制蒸汽的流量。當加熱蒸汽經(jīng)噴管進入除氧器水空間時，加熱蒸汽與除氧水進行熱交換，加熱蒸汽會發(fā)生凝結(jié)和放熱現(xiàn)象。除氧水吸收熱后，部分除氧水產(chǎn)生汽化，汽化后蒸汽穿過水層進入除氧器的汽空間，繼續(xù)對給水進行加熱。當加熱蒸汽流量較大時，可能有部分加熱蒸汽直接穿過水層進入汽空間。

確定水下蒸汽的流量，計算方法為：

式（1）中：Qw為給水吸收的總熱量，kJ；Qv為水下加熱蒸汽放出的熱量，kJ；hd為除氧水的比焓，kJ/kg；hv為蒸汽的比焓，kJ/kg；hw為給水的比焓，kJ/kg；Gv為蒸汽流量，t/h；Gw為給水的流量，t/h。

Gw可由流量計測得，hw、hd、hv可根據(jù)其溫度查水蒸氣熱力性質(zhì)表得到，由此可算出水下蒸汽加熱所需的流量Gv。

（2）給水含氧量

試驗中，采用除氧水回水與自來水以不同比例混合的方法，調(diào)節(jié)給水的含氧量，根據(jù)質(zhì)量守恒原理，計算所需自來水的混入量，計算方法為：

式（5）～式（7）中：Ow為給水含氧量，μg/L；Obw為除氧水含氧量，μg/L；Otw為自來水含氧量，μg/L；Gbw為除氧水回水流量，t/h；Gtw為自來水流量，t/h。

Gw、Obw、Otw可由儀表測量得到，在給水流量不變的條件下，調(diào)節(jié)除氧水回水和自來水的流量，使其比例發(fā)生變化，達到對給水含氧量進行調(diào)節(jié)的目的。

（3）給水溫度

將除氧水的回水通過冷卻器降溫后，再與自來水混合。通過調(diào)節(jié)冷卻器流量的大小，控制給水的溫度，達到試驗工況的要求。除氧水回水與自來水混合前溫度Gw計算方法：

由式（8）可得：

式（8）中：hbc為除氧水回水被冷卻后的比焓，kJ/kg；htw為自來水的比焓，kJ/kg；

Gw、Obc、Otw等參數(shù)，在確定給水的含氧量后，即可獲得；htw、hw可根據(jù)給水溫度，查水的熱力性質(zhì)表得到，由此，可以算出hbc。再依據(jù)水的熱力性質(zhì)表，就可得出除氧水回水冷卻后的溫度，通過調(diào)節(jié)冷卻水量，實現(xiàn)除氧水回水溫度的調(diào)節(jié)，使得給水溫度達到試驗工況的要求。

6 試驗結(jié)果與分析

6.1 加熱給水的性能分析

除氧器運行時，對于不同的給水過冷度，需有足夠的性能將其加熱至飽和狀態(tài)，才有利于給水的除氧。為研究一體化除氧器對給水加熱的能力，當給水流量一定時，通過試驗，研究一體化除氧器對于不同給水過冷度的加熱能力。當水下蒸汽加熱裝置分別采用1號、2號噴管，給水流量約為27t/h，給水過冷度為30℃與50℃時，一體化除氧器筒內(nèi)溫度分布情況，如表2所示。

從表2可知，該一體化除氧器對給水的加熱性能良好。對于2種不同的水下蒸汽加熱裝置，當給水流量為27 t/h、給水過冷度分別為30℃與50℃時，給水均能被除氧器內(nèi)蒸汽加熱至除氧器內(nèi)壓力相應(yīng)的飽和溫度。除氧器的給水被彈簧噴嘴霧化后，給水的受熱表面積增加，隨后被霧化空間內(nèi)的蒸汽充分加熱，達到了飽和溫度，滿足初步的除氧要求。除氧器內(nèi)各水艙的除氧水溫度，均達到了飽和溫度，在水下加熱蒸汽的擾動下，進行了深度除氧。

6.2 給水含氧量對除氧性能的影響

對于2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置，當給水流量為27 t/h、給水過冷度30℃與50℃時，不同給水含氧量對一體化除氧器除氧性能影響曲線，如圖5所示。

表2 除氧器筒內(nèi)溫度分布情況

圖5 除氧性能的影響曲線

通過試驗，從幾個方面分析了試驗結(jié)果。

（1）當利用水下蒸汽進行加熱時，在相同的給水過冷度、給水流量下，除氧水的含氧量隨著除氧器給水含氧量的增加而增加。盡管給水的流量不變，但進入除氧器內(nèi)的氧氣總量在增加，使得除氧器內(nèi)傳質(zhì)的負荷增大。當給水含氧量增大時，除氧器內(nèi)蒸汽與除氧水之間的氧傳遞的平衡被破壞，此時進入除氧器內(nèi)的氧量大于排氣的排出氧量，使得除氧器內(nèi)蒸汽中氧氣濃度上升，蒸汽中氧氣的分壓力上升，會直接導(dǎo)致除氧水中氧濃度的上升。隨著除氧器的持續(xù)運行，進入除氧器的氧量將與排氣的排出氧量達到新的平衡，將除氧水向汽空間產(chǎn)生氧傳遞的平衡濃度，保持在一個較高的水平。此時，蒸汽中的氧濃度將維持在一個較高水平，也使除氧水的氧濃度維持在較高的水平。

（2）試驗中發(fā)現(xiàn)，除氧器1號水艙內(nèi)的除氧水含氧量較高，沿除氧水流程（依次流經(jīng)2號、3號、4號水艙），除氧水的含氧量依次遞減，在4號水艙內(nèi)除氧水的含氧量達到最小值。這是因為除氧器的給水，經(jīng)彈簧噴嘴霧化并初步除氧后，首先落入1號水艙，1號水艙的除氧負荷較大，且除氧時間不夠充分，但隨著除氧水依次經(jīng)過2號、3號、4號水艙，傳熱及傳質(zhì)不斷加深，除氧水中剩余的溶氧不斷被析出，使得除氧水的含氧量不斷下降，完成了對給水的深度除氧。

（3）當除氧器的給水含氧量從50μg/L升至760μg/L，4號水艙內(nèi)除氧水的含氧量增至7μg/L以上。當給水含氧量約為200μg/L時，分別采用了2種不同結(jié)構(gòu)的水下加熱裝置，4號水艙內(nèi)除氧水的含氧量仍低于7μg/L。此時，除氧器的出水滿足《火力發(fā)電廠及蒸汽動力設(shè)備水汽質(zhì)量》（GB/ T12145-2008）對鍋爐給水含氧量的要求。

6.3 給水過冷度對除氧性能的影響

分別采用2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置、給水流量為27 t/h，在不同的給水含氧量條件下，分析給水過冷度對一體化除氧器除氧性能的影響，給水過冷度對除氧性能的影響曲線，如圖6所示。

圖6 給水過冷度對除氧性能的影響曲線

分析試驗結(jié)果可知，在給水含氧量、給水流量、水下加熱裝置一定時，給水過冷度較大，除氧器內(nèi)除氧水的含氧量較低。當給水含氧量較小時，給水過冷度對除氧水含氧量的影響并不明顯，但隨著給水含氧量不斷增大，給水過冷度對除氧水含氧量的影響就越大。這是因為當給水過冷度較大時，加熱給水所需的蒸汽量也較大，大量蒸汽從噴管噴入除氧器水空間時，對除氧水擾動更加劇烈，使傳熱傳質(zhì)更加強烈，有利于除氧水中溶氧的析出。

6.4 給水流量對除氧性能的影響

當進行水下蒸汽加熱、給水過冷度為30℃、給水含氧量不同時，給水流量分別為13.5 t/h（單噴嘴）和27 t/h（2個噴嘴），分析給水流量對除氧器性能的影響，給水流量對除氧器性能的影響曲線，如圖7所示。

圖7 給水流量對除氧器性能的影響曲線

由試驗結(jié)果可知，利用相同的水下加熱裝置，在給水過冷度、給水含氧量給定的情況下，當給水流量為13.5 t/h時，艙內(nèi)除氧水的含氧量比給水流量為27 t/h時的含氧量低，當給水流量增大，而除氧器內(nèi)的水位不變，除氧水在除氧器內(nèi)停留的時間為給水流量為27 t/h時的兩倍，除氧水在除氧器筒體內(nèi)停留的時間更長，使除氧水中溶氧的析出更加徹底，提高了除氧效果。單噴嘴的霧化效果要優(yōu)于2個噴嘴的霧化效果，會略微影響除氧的效果。

7 結(jié) 語

（1）本項目研究的一體化除氧器對給水的加熱性能良好。利用2種水下加熱裝置，在給水流量為27 t/h、給水過冷度為30℃與50℃的工況下，給水均能被蒸汽加熱至與除氧器壓力相對應(yīng)的飽和溫度。除氧器的給水被彈簧噴嘴霧化后，給水的受熱表面積增加，隨后被霧化空間內(nèi)的蒸汽充分加熱，達到了飽和溫度，滿足了初步除氧的要求。

（2）本項目研究的一體化除氧器除氧性能良好。采用2種不同結(jié)構(gòu)的水下蒸汽加熱裝置，當加熱方式為水下蒸汽加熱、給水流量為27 t/h、給水過冷度為30℃與50℃時，給水的含氧量約為200μg/L，經(jīng)除氧器處理后，出水的含氧量低于7μg/L。給水過冷度較大時，除氧的效果更好，但過冷度的差異對除氧效果的影響并不明顯。

（3）當減小給水流量時，除氧器內(nèi)除氧水的含氧量比給水流量大時要更低，這是因為除氧水在除氧器內(nèi)停留的時間比較長，使水中溶氧被充分析出，除氧的效果更好。

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Performance Research of Integral&Integrated Deaerator

WANG Qiang，ZHU Ji-qing
（Shanghai Power Station Auxiliary Equipment Plant，Shanghai Electric Power Generation Equip.Co.，Ltd.，Shanghai，200090，China）

The integral&integrated deaerator is the mainstream type on theexisting market.This article describes the analogue of the deaerating process by the experiment.It also studies how the bubbling tubes，feed-water oxygen content，feed-water supercooling degree and feed-water flow affects the properties of oxygen removal.

deaerator；integration；oxygen content；heating；device；feed-water；supercooling degree；flow

TK264.1+1

：A

1672-0210（2015）01-0017-06

2014-12-12

王強（1981-），男，本科，工程師，畢業(yè)于上海工程技術(shù)大學(xué)，現(xiàn)從事壓力容器的設(shè)計工作。