康　雷（中國神華勝利發(fā)電廠,內(nèi)蒙古　錫林浩特　026000）

660MW熱力除氧器的工作原理分析

康雷
（中國神華勝利發(fā)電廠,內(nèi)蒙古錫林浩特026000）

摘要：除氧器是一種熱力型除氧設(shè)備，廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠中。它能有效地除去鍋爐給水中的溶解氧以及其他氣體，防止熱力設(shè)備的腐蝕，保證了火力發(fā)電廠各個(gè)設(shè)備的安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文主要對除氧器的工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析，最終為除氧器的運(yùn)行調(diào)整以及故障處理提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：除氧器；腐蝕；熱力除氧

0　前言

火力發(fā)電廠是利用煤，石油，天然氣作為燃料生產(chǎn)電能的工廠?；鹆Πl(fā)電廠主要包括汽輪機(jī)，鍋爐，發(fā)電機(jī)等設(shè)備。火力發(fā)電廠大多數(shù)的生產(chǎn)設(shè)備為金屬材料制成的。金屬材料非常容易與周圍環(huán)境發(fā)生化學(xué)以及物理反應(yīng)，最終導(dǎo)致金屬的變質(zhì)甚至損壞?；鹆Πl(fā)電廠的金屬腐蝕現(xiàn)象非常普遍，例如鍋爐給水含氧量大會腐蝕省煤器，水冷壁，過熱器以及再熱器管壁，造成爐管泄漏甚至發(fā)生爆管的危險(xiǎn)，危及人身及設(shè)備的安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此金屬腐蝕對火力發(fā)電廠的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行危害非常大，采取正確的防腐蝕措施便顯得尤為重要。

1　金屬腐蝕的機(jī)理

金屬的腐蝕主要通過兩個(gè)途徑：

1.1化學(xué)腐蝕

指的是金屬表面與周圍介質(zhì)直接發(fā)生氧化還原反應(yīng)引起的腐蝕。化學(xué)腐蝕發(fā)生在非電解質(zhì)溶液中或干燥的氣體中，反應(yīng)過程中不產(chǎn)生電流。

火力發(fā)電廠的化學(xué)腐蝕主要是過熱器受熱面處發(fā)生的腐蝕，腐蝕程度不是很嚴(yán)重。

1.2電化學(xué)腐蝕

指的是金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學(xué)作用而引起的腐蝕。金屬與周圍介質(zhì)形成兩個(gè)電極，組成腐蝕原電池。電化學(xué)腐蝕比化學(xué)腐蝕普遍的多，并且腐蝕速度也快很多。電化學(xué)腐蝕不僅發(fā)生在金屬表面，而且可以深入金屬內(nèi)部。

火力發(fā)電廠的電化學(xué)腐蝕主要以氧腐蝕為主。當(dāng)鍋爐給水中含有溶解氧超標(biāo)時(shí)，會對鍋爐各受熱面產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，隨著含氧濃度的增加，腐蝕速度加快。它最容易發(fā)生在給水管道以及省煤器管道中。電化學(xué)腐蝕的破壞性也是最大的?；鹆Πl(fā)電廠金屬腐蝕的防治方法主要是針對電化學(xué)腐蝕。

2　火力發(fā)電廠的除氧方法

火力發(fā)電廠的除氧主要有兩種方法：

2.1化學(xué)除氧法

是指將某些易與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑加入鍋爐給水中，進(jìn)而生成對金屬不產(chǎn)生腐蝕的物質(zhì)來達(dá)到除氧的目的。

目前火電廠主要采取的化學(xué)除氧方法主要有：亞硫酸鈉處理，聯(lián)氨處理，加氧處理，加氧加氨聯(lián)合水處理等等。由于化學(xué)除氧只能出去水中的氧，而不能除去水中其他氣體，如氮?dú)?，二氧化碳等，同時(shí)會增加給水中的含鹽量，并且藥劑價(jià)格較為昂貴，因此應(yīng)用范圍不夠廣泛。

2.2熱力除氧法

指的是利用鍋爐蒸汽來加熱鍋爐給水，將鍋爐給水溫度加熱至除氧器的壓力下對應(yīng)的飽和溫度，進(jìn)而使鍋爐給水中溶解的氣體析出，最終達(dá)到將鍋爐給水除氧的目的。

熱力除氧是一種物理除氧方法。這種方法不但成本低，而且能夠除去鍋爐給水中溶解的氧氣以及其他不凝結(jié)氣體，并且沒有殘留物質(zhì)，除氧效果非常好，因而在火力發(fā)電廠得到了廣泛應(yīng)用。

3　熱力除氧的原理

熱力除氧的原理主要基于以下四個(gè)理論：

3.1道爾頓分壓定律

道爾頓定律是描述理想氣體的定律。它是由英國人道爾頓于1801年提出的。他指出在任何容器中含有混合氣體時(shí)，當(dāng)各種氣體不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，每種氣體會均勻地分布在該容器內(nèi)，并且該種氣體所產(chǎn)生的壓強(qiáng)與它單獨(dú)存在于容器內(nèi)時(shí)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)相同。他根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出了道爾頓定律，即：

理想氣體混合物中某一組分的分壓力等于該組分單獨(dú)存在于混合氣體的溫度以及總體積的條件下所產(chǎn)生的壓力。而混合氣體的總壓力等于各組分單獨(dú)存在于混合氣體溫度，體積下產(chǎn)生壓力的總和。

在火力發(fā)電廠的實(shí)際生產(chǎn)中，由于汽輪機(jī)的排氣裝置始終處于真空狀態(tài)，因此排氣裝置管道上的閥門，法蘭等不嚴(yán)密處就會有空氣漏入排氣裝置。當(dāng)排氣裝置內(nèi)的凝結(jié)水與空氣接觸時(shí)，空氣中所含有的氧氣，二氧化碳，氮?dú)獾葰怏w就會溶解在凝結(jié)水中。因此可以得出道爾頓定律在除氧器內(nèi)的壓力方程：

由上式中可以看出除氧器內(nèi)的混合氣體總壓力等于所有氣體的總壓力與水蒸氣壓力之和。因而可以總結(jié)出，將除氧器內(nèi)的鍋爐給水加熱至沸騰狀態(tài)時(shí)，此時(shí)水蒸汽分壓力接近于混合氣體總壓力。這時(shí)水面上其他氣體的壓力總和接近于零，這些氣體便會從水中分離出來，進(jìn)而達(dá)到將鍋爐給水進(jìn)行除氧的目的。

3.2亨利定律

亨利定律是物理化學(xué)的基本定律之一，它是由英國人亨利于1803年在研究氣體在液體中溶解度規(guī)律時(shí)發(fā)現(xiàn)的。其表述為在一定溫度下，某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。表達(dá)式為：

下面在除氧器工作原理下分析該方程式。上式中B為某氣體在水中的溶解度。Kb為該氣體的溶解度系數(shù)，只與氣體的種類以及水面上該氣體的分壓力以及溫度有關(guān)系。Ρb為該氣體在水面上的分壓力。Ρ0為混合氣體的總壓力。由該式可以得出當(dāng)該氣體在水面上的分壓力降低時(shí)。該氣體在水中的溶解度會隨之降低，此時(shí)氣體會在壓力差的作用下不斷分離出來。當(dāng)該氣體分壓力為零時(shí)，該氣體便會從水中完全分離出來。

3.3傳熱方程：

傳熱方程是用來計(jì)算除氧器工作中為達(dá)到理想的除氧效果所需要的加熱蒸汽的總熱量。其表達(dá)式為：

式中Qd為計(jì)算得出的除氧器的傳熱量。

Kh為傳熱系數(shù)，它是表述傳熱過程強(qiáng)弱程度的物理量。傳熱系數(shù)的大小是衡量除氧器工作效率的重要參數(shù)，它主要受到流體的性質(zhì)，傳熱過程的操作條件以及換熱器類型的影響。

A為除氧器的內(nèi)汽水接觸的傳熱面積

△t為傳熱溫差，也稱為傳熱總推動力。它與傳熱壁面兩側(cè)冷熱流體溫度以及相對流向有關(guān)。

根據(jù)傳熱方程可以計(jì)算得出將除氧器內(nèi)的水加熱至除氧器壓力下所對應(yīng)的飽和溫度時(shí)所需要的熱量。在實(shí)際生產(chǎn)中即使除氧器的加熱溫度存在微量的不足都會使除氧效果產(chǎn)生較大惡化，使水中的溶氧量大大超過除氧器允許的含氧量指標(biāo)。

3.4傳質(zhì)方程

傳質(zhì)方程用來表述水中的各種氣體離析出水面所需要的動力。其表達(dá)式為：

式中G為離析的氣體量

Km為傳質(zhì)系數(shù)

A為傳質(zhì)面積，即傳熱面積

△p為不平衡壓差，即平衡壓力與實(shí)際分壓力之差。在除氧初期水中的氣體以小氣泡的形式從水中離析出來，此時(shí)水中溶解的氣體較多，并且其分壓力大于水面以上氣體的分壓力，此時(shí)△p較大，氣體便會以氣泡形式克服水面的粘滯力和表面張力而析出。經(jīng)過初級除氧階段后，水中含有的氣體含量大大減少，氣體的不平衡壓差較小，氣體難以克服水面的粘滯力和表面張力而析出，此時(shí)可以加大汽水接觸面積以及縮短氣體離析路徑的方法來強(qiáng)化氣體析出。

4　總結(jié)

上述四個(gè)理論構(gòu)成了除氧器基本的工作原理。根據(jù)上述理論我們可以總結(jié)出除氧器的設(shè)計(jì)要求以及運(yùn)行規(guī)范，可以在火力發(fā)電廠的實(shí)際生產(chǎn)中解決除氧器的一些異常乃至故障問題。以下為總結(jié)出的保證除氧器理想的除氧效果必須具備的條件。

（1）一定要把除氧器內(nèi)的鍋爐給水加熱到除氧器壓力下對應(yīng)的飽和溫度，以保證水面上水蒸氣的分壓力接近于水面上的全壓力。這是氣體離析的首要條件。實(shí)際運(yùn)行中除氧器的加熱汽源主要有輔助蒸汽和汽輪機(jī)的四段抽汽。當(dāng)發(fā)生除氧器內(nèi)給水溫度達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查加熱汽源壓力以及溫度是否滿足要求。輔助蒸汽供除氧器加熱的調(diào)節(jié)門開度是否正常。以免出現(xiàn)除氧器加熱蒸汽量不足的情況。

（2）除氧器應(yīng)具備足夠大的空間，使加熱蒸汽與水有足夠的接觸時(shí)間來完成換熱。汽水接觸的時(shí)間越長，除氧效果越好?？梢栽诔跗鲀?nèi)設(shè)置擋板來延長汽水流通路徑進(jìn)而延長接觸時(shí)間。除氧器運(yùn)行中要保證除氧器水位在正常范圍內(nèi)，保證足夠的汽水接觸空間來進(jìn)行熱量交換。

（3）為了使氣體能夠順利的從水中離析出來，應(yīng)在除氧初期使水通過噴嘴霧化成小液滴，此時(shí)不平衡壓差較大，氣體以小氣泡的形式克服水的粘滯力和表面張力析出；而在除氧后期通過加大汽水接觸面積的方法使水形成水膜，減小其表面張力，從而使氣體容易擴(kuò)散出來。通過兩個(gè)階段的除氧最終使鍋爐給水中的溶氧量達(dá)到規(guī)定值。

（4）在整個(gè)除氧過程中要保證能夠及時(shí)將離析出的氣體排出除氧器，以減少水面上該氣體分壓力，有利于氣體的連續(xù)析出。否則就會發(fā)生返氧現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)排氣口時(shí)應(yīng)有足夠的排氣流量。在實(shí)際運(yùn)行中應(yīng)該及時(shí)根據(jù)化驗(yàn)測得的含氧量來及時(shí)調(diào)整排氧門開度。當(dāng)發(fā)生水中含氧量激增時(shí)，應(yīng)首先檢查排氧門開度是否正常，如出現(xiàn)電動門損壞或卡澀現(xiàn)象應(yīng)及時(shí)手動開大排氧門。

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