內(nèi)置式除氧器 （無頭除氧器）

1、概述

在現(xiàn)代工業(yè)中電站鍋爐給水及用于其他工業(yè)目的的給水除氧有許多型式和類別。按是否發(fā)生反應可分為物理除氧和化學除氧等，熱力除氧、真空除氧為物理除氧、加聯(lián)胺、丙酮肟等藥品為化學除氧。物理除氧按壓力可分為真空除氧、低壓除氧和高壓除氧，按結(jié)構(gòu)可分為按噴淋盤式、旋膜式及內(nèi)置式等。

大氣熱力式除氧器、真空除氧器及化學除氧方法主要用于中低壓鍋爐或高壓鍋爐的輔助除氧措施。

高壓熱力除氧器、旋膜式除氧器可以作為高參數(shù)鍋爐除氧。隨著現(xiàn)代工業(yè)對鍋爐給水指標越來越高的要求，即給水中氧含量的絕對值要求低及水質(zhì)相對穩(wěn)定性高。受設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)所限、常規(guī)高壓熱力除氧器、旋膜式除氧器等的適用條件就顯出了它們的局限。

內(nèi)置式熱力除氧器在結(jié)構(gòu)上改變了常規(guī)除氧器的概念、使除氧器在設(shè)計、制造、工藝操作上更為簡單、適應變工況的能力更強，且運行費用低，投資省，應用范圍廣泛。

國際上以荷蘭Stork公司的內(nèi)置式除氧器為代表，包括法國阿爾斯通、德國巴克多爾的除氧器技術(shù)，其工作原理基本一樣。

2、內(nèi)置式除氧器的工作原理

內(nèi)置式熱力除氧器采用物理方法進行除氧，除氧過程分為兩步進行。

（1）補給水或冷凝水噴入蒸汽空間（初級除氧）

（2）通過蒸汽排管，蒸汽穿越水箱將水中氧氣攜帶出達到除氧目的（二次除氧）

物理除氧的基本原理基于拉烏爾定律（Raoult’slaw），即“液體每一組分氣體表面分壓等于該組分在液體溶液中的摩爾分率與該溶液溫度下該組分的的飽和蒸汽壓的乘積”。

對于A、B組分的溶液，總蒸氣壓為P，摩爾分率為Xa和Xb，按道爾敦分壓定律：

P=P_a+P_b                              (1)

其中P_a、P_b表示兩混合組分的蒸氣分壓，按拉烏爾定律有：

P_a=X_aP_a^*                             (2)

P_b=X_bP_b^*                             (3)

P_a^*、P_b^*分別代表A、B組分在液體溫度下的飽和蒸氣壓

從（2）、（3）式可以得出，當某種組分的摩爾分率趨于零時、其氣體分壓也趨于零，或 氣體分壓趨于零時其摩爾分率也趨于零。

且在氣相平衡中當一個平衡在被打破以后，它將自行趨于恢復新平衡，每一平衡的打破將造成蒸汽中局部非凝結(jié)氣體壓力的降低和水溫的升高。

在水溫低于飽和點時，由于局部非凝結(jié)氣體壓力降低，蒸汽分壓升高，可以將該部分的非凝結(jié)氣體從蒸汽中除掉。通過提高溫度，將非凝結(jié)氣體在水中的溶解性降低。

當除氧器在一定壓力運行時，水溫升高到飽和溫度后，水－汽壓力相等，也即局部非凝結(jié)氣體（包括氧氣）的分壓力為零，達到除氧的目的。

值得注意的是除氧過程中降低局部非凝結(jié)氣體的壓力和（或）增加溫度并不是除氧的唯一重要因素，氣體的傳送速度也部分地起著作用。該速度由以下因素決定：

§  按亨利定律確定的氣體在水中的擴散程度

§  蒸汽和水的流量

§  水－汽接觸面大小及水容積之間的比例

冷、熱介質(zhì)流量、除氧器結(jié)構(gòu)型式及不凝氣體本身性質(zhì)也影響除氧效果。

內(nèi)置式除氧器的除氧過程見圖一。

①初級除氧區(qū)

如圖一，補給水或冷凝水通過噴頭將水分解形成霧狀小水滴，并且根據(jù)水流量的大小進行調(diào)節(jié)，使得水滴的大小在不同流量的情況下保持恒定不變。水滴高速噴嘴中射出進入水箱中的蒸汽空間，水與蒸汽接觸加熱，水溫升高，非凝氣體中在水中的分壓逐步降低。噴流的水碰到水箱擋板或水箱壁下落，從而被碰撞成更小的水滴。

圖一：除氧器工作原理圖

水滴在汽空間停留時間不到1秒。在汽空間，連續(xù)不斷的補充蒸汽可以確保蒸汽分壓足夠高，局部非凝結(jié)氣體的分壓僅能維持在很低水平。在水滴通過較高溫度的蒸汽時，蒸汽在水滴的表面出現(xiàn)凝結(jié)，從而使得水滴的溫度升高。該加熱過程所以能夠很快完成，得益于水滴接觸面積大。在水滴進入蒸汽空間后，蒸汽中局部非凝結(jié)氣體的壓力較非凝結(jié)氣體在水中的含量而言非常低。由于溫度升高而產(chǎn)生的這種較低的局部壓力和非凝結(jié)氣體在水中的溶解性降低迫使非凝結(jié)氣體從水中分離出來。

②二次除氧區(qū)

由于水在噴霧區(qū)的蒸汽空間停留的時間較短，可能使水難以達到理想的除氧效果。為此，在除氧器水箱下部空間設(shè)置多孔蒸汽排管，殘余的非凝結(jié)氣體，借助蒸汽排管排出的蒸汽穿過水中帶走。

當蒸汽的氣泡穿過水中，根據(jù)拉烏爾定律（Raoult’slaw），蒸汽氣泡內(nèi)的氣體與其鄰近的不溶氣體間建立了一種相間平衡。獲得這種平衡需要足夠的接觸時間。為此在設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮產(chǎn)生較小的氣泡并在水中的行程足夠長，通過設(shè)計蒸汽排管上小孔尺寸、數(shù)量及排列角度來滿足上述條件。蒸汽排管的第二種功能是能使除氧器快速啟動、使出水水質(zhì)在最短時間達到設(shè)計要求。與其它任何一種蒸汽加熱方式相比較，水箱底部蒸汽排管的優(yōu)勢在于能夠使得水箱中的水得到徹底除氧。

3、內(nèi)置式除氧器的應用

以荷蘭Stork除氧技術(shù)為代表內(nèi)置式除氧器在世界上許多國家應用，近幾年在中國的用戶逐漸增多。小到10t/h，大到1200t/h出力的除氧器均可以采用此種除氧方式。

在電站汽水循環(huán)系統(tǒng)中它的作用可以是水的預熱、除氧和水的貯存。下面是在電站的典型應用型式。

①如圖二，常規(guī)電站中，采用內(nèi)置式除氧器可以只設(shè)一級除氧就能達到除氧效果，而無須設(shè)置低壓、高壓除氧器。

圖二：內(nèi)置除氧器在常規(guī)電站中的應用

②如圖3，在燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電站中，余熱鍋爐的除氧可以與水的循環(huán)加熱統(tǒng)一考慮，即利用循環(huán)加熱的水汽混合物作為鍋爐給水的除氧介質(zhì)，除氧器就起到了水的除氧、加熱、貯存作用，圖2是一個典型的內(nèi)置除氧器用于聯(lián)合循環(huán)電站的系統(tǒng)。

圖三：內(nèi)置除氧器在聯(lián)合循環(huán)中的應用

③對于老電廠擴建，往往因除氧器安裝空間、高度不夠而影響整個擴建方案，內(nèi)置式除氧器就顯示出她的優(yōu)越性，同時不管是并聯(lián)運行還是獨立運行，對除氧效果沒有影響。

4、內(nèi)置除氧器的主要特征

從國際國內(nèi)的實際應用情況得出，內(nèi)置式有以下幾個方面的特征：

（1）  可靠性/可用性高

由于內(nèi)置除氧器結(jié)構(gòu)簡單，唯一需要維護的就是噴嘴，但噴嘴是標準化產(chǎn)品，在進水符合設(shè)計條件時基本無需維護。

（2）  實際運行表明，在10%~100%負荷變化范圍內(nèi)，除氧器出水含氧量能達到≤5ppb。

采用等流速噴嘴，霧狀水滴的大小不受負荷變化的影響。

（3） 為保證有足夠的蒸汽流動加熱和攜帶不凝氣體，內(nèi)置式除氧器水的進、出溫差應符合下列要求：

（4）從前面的工作原理可以看出，正常情況只要維持水箱內(nèi)的汽液平衡，不以蒸汽和水霧的對流流動進行除氧，不凝氣體也只有達到一定濃度才開始打平衡從排氣管排出，除氧器的排汽損失很小，通?！?span>100kg/h，可到10kg/h。常規(guī)除氧器的排氣損失在除氧器出力的1‰還多，僅此一項每年將為用戶節(jié)省不少運行費用。

（5）       除氧器器具有良好的滑壓運行性能。運行壓力從0.02 ~1.0MPa.A。

（6） 由于除氧器的加熱介質(zhì)置于水中，在開車階段其就具備了啟動快的性能。

（7） 從前面介紹的應用場合看出，除氧器的加熱介質(zhì)可以是蒸汽、水/汽混合物或熱水，而不象常規(guī)熱力除氧器只能用蒸汽加熱。

（8） 由于采用單容器設(shè)計，對于大型機組，節(jié)省投資極其明顯。

（9） 由于除氧器能在很低的壓力下（如真空狀態(tài)）達到很高的除氧效果（≤7ppb），除氧器框架高度降低、容器壁厚減少，減少工程費用，設(shè)備布置就容易得多。

（10）     通過噴嘴的自調(diào)節(jié)作用，在運行中噴嘴阻力降在0.03~0.06MPa范圍內(nèi)。噴嘴調(diào)節(jié)比可達10：1。

（11）     根據(jù)除氧器出力不同，噴嘴型式也不同，噴嘴單個噴嘴流量在10t/h~1200t/h范圍，400t/h以下采用彈簧噴嘴也可以使用蝶形噴嘴，大于400t/h小于1200t/h用圓盤噴嘴，出力大于1200t/h的除氧器采用雙噴嘴兩端布置，中部設(shè)置出水口。

（12）     由于結(jié)構(gòu)簡單。除氧器設(shè)計可以采用國標GB150-1998、ASME、BS標準，可以適用于國內(nèi)、國際不同客戶要求的場合。

5、內(nèi)置除氧器主要技術(shù)參數(shù)