一体化除氧器性能研究

王 强，朱纪庆

（上海电气电站设备有限公司上海电站辅机厂，上海200090）

一体化除氧器性能研究

王 强，朱纪庆

（上海电气电站设备有限公司上海电站辅机厂，上海200090）

目前，市场上主流的除氧器型式是一体化除氧器。通过试验，模拟了一体化除氧器的除氧过程，研究水下加热装置、给水含氧量、给水过冷度、给水流量对一体化除氧器除氧性能的影响。

除氧器；一体化；含氧量；加热；装置；给水；过冷度；流量

1 概 述

一体化除氧器集除氧与储水于一身，是火电和核电机组中处理给水的关键设备，其除氧效果的优劣，直接影响着机组的安全运行。现以一体化除氧器为研究对象，对一体化除氧器的工作原理和结构特点，以及影响其除氧性能的主要因素进行了分析，通过一体化除氧器试验系统，对影响除氧性能的各项因素进行了研究。

2 试验过程

一体化除氧器的除氧效果，主要与除氧器雾化喷嘴、给水温度、工作压力、负荷、给水含氧量、水下加热方式等因素有关。

通过试验，模拟了一体化除氧器的除氧过程。在试验过程中，给水从除氧器顶部的弹簧喷嘴喷入，并被雾化。加热蒸汽通过水下加热装置，从除氧器的水空间送入，对给水进行加热，实现对给水的除氧。试验中，利用蒸汽作为水下加热热源，在给定的给水流量下，通过2种不同结构的水下蒸汽加热装置，试验研究了给水过冷度、给水含氧量等参数的变化，寻找影响一体化除氧器除氧性能的规律。

3 试验装置

除氧器筒体为卧式圆筒形容器，如图1所示。筒体的直段长度为3 000 mm，直径为2 400 mm。在除氧器顶部布置有给水入口、蒸汽与热水入口、排气孔、压力测量孔及温度测量孔。取样口编号为1～4，T1～T4分别代表1～4号取样口水舱内除氧水含氧量及温度测点，T5代表喷嘴雾化空间内的温度测点。

图1 除氧器筒体及取样口布置

除氧器的内部结构，如图2所示。除氧器的顶部为水室，水室底部安装有额定流量为13.5 t/h的弹簧喷嘴，给水通过喷嘴雾化后进行初步除氧。喷嘴下方为雾化空间，雾化空间之下是除氧器的水空间，水空间内安装了水下加热装置。为了研究除氧器中除氧水沿流程的含氧量及与温度变化，结合试验实际情况，在水空间内，设置了3块隔板，将水空间分割为4个水舱，如图3所示。除氧器的除氧水出口，位于除氧器内除氧水流程的末端，即4号水舱。

图2 除氧器的内部结构

图3 除氧器内部水舱的布置图

在水下加热装置中，试验时选用了2种不同结构的喷管。喷管的管径、孔径与孔间距等参数，如表1所示。喷管的结构示意图，如图4所示。

表1 喷管结构参数表

图4 喷管的结构示意图

4 试验工况

进行水下蒸汽加热除氧试验时，设定了各项参数及试验装置。

（1）除氧器内参数：压力约0.4 MPa（饱和温度约为143.6℃）；水位0.8 m。

（2）给水参数：雾化装置为2个弹簧喷嘴，流量约27 t/h；给水过冷度分别为30℃、50℃；给水含氧量分别为50μg/L、200μg/L、760μg/L。

（3）加热蒸汽参数：压力约为0.7 MPa；温度约170℃。

（4）水下加热装置喷管：1号喷管、2号喷管。

为使试验结果更好地反映一体化除氧器的实际运行情况，试验中，给水经喷嘴喷入除氧器经除氧后排出除氧器所需时间，应与除氧器实际运行所需时间一致。基于此原则，并结合试验实际情况，经计算后，确定试验过程中除氧器筒内水位维持在0.8 m左右较为合适。

5 调节试验参数的方法

（1）水下加热蒸汽的参数

在试验中，通过调节锅炉分汽缸出口处的阀门，控制蒸汽的压力，采用调节阀自动或手动控制蒸汽的流量。当加热蒸汽经喷管进入除氧器水空间时，加热蒸汽与除氧水进行热交换，加热蒸汽会发生凝结和放热现象。除氧水吸收热后，部分除氧水产生汽化，汽化后蒸汽穿过水层进入除氧器的汽空间，继续对给水进行加热。当加热蒸汽流量较大时，可能有部分加热蒸汽直接穿过水层进入汽空间。

确定水下蒸汽的流量，计算方法为：

式（1）中：Qw为给水吸收的总热量，kJ；Qv为水下加热蒸汽放出的热量，kJ；hd为除氧水的比焓，kJ/kg；hv为蒸汽的比焓，kJ/kg；hw为给水的比焓，kJ/kg；Gv为蒸汽流量，t/h；Gw为给水的流量，t/h。

Gw可由流量计测得，hw、hd、hv可根据其温度查水蒸气热力性质表得到，由此可算出水下蒸汽加热所需的流量Gv。

（2）给水含氧量

试验中，采用除氧水回水与自来水以不同比例混合的方法，调节给水的含氧量，根据质量守恒原理，计算所需自来水的混入量，计算方法为：

式（5）～式（7）中：Ow为给水含氧量，μg/L；Obw为除氧水含氧量，μg/L；Otw为自来水含氧量，μg/L；Gbw为除氧水回水流量，t/h；Gtw为自来水流量，t/h。

Gw、Obw、Otw可由仪表测量得到，在给水流量不变的条件下，调节除氧水回水和自来水的流量，使其比例发生变化，达到对给水含氧量进行调节的目的。

（3）给水温度

将除氧水的回水通过冷却器降温后，再与自来水混合。通过调节冷却器流量的大小，控制给水的温度，达到试验工况的要求。除氧水回水与自来水混合前温度Gw计算方法：

由式（8）可得：

式（8）中：hbc为除氧水回水被冷却后的比焓，kJ/kg；htw为自来水的比焓，kJ/kg；

Gw、Obc、Otw等参数，在确定给水的含氧量后，即可获得；htw、hw可根据给水温度，查水的热力性质表得到，由此，可以算出hbc。再依据水的热力性质表，就可得出除氧水回水冷却后的温度，通过调节冷却水量，实现除氧水回水温度的调节，使得给水温度达到试验工况的要求。

6 试验结果与分析

6.1 加热给水的性能分析

除氧器运行时，对于不同的给水过冷度，需有足够的性能将其加热至饱和状态，才有利于给水的除氧。为研究一体化除氧器对给水加热的能力，当给水流量一定时，通过试验，研究一体化除氧器对于不同给水过冷度的加热能力。当水下蒸汽加热装置分别采用1号、2号喷管，给水流量约为27t/h，给水过冷度为30℃与50℃时，一体化除氧器筒内温度分布情况，如表2所示。

从表2可知，该一体化除氧器对给水的加热性能良好。对于2种不同的水下蒸汽加热装置，当给水流量为27 t/h、给水过冷度分别为30℃与50℃时，给水均能被除氧器内蒸汽加热至除氧器内压力相应的饱和温度。除氧器的给水被弹簧喷嘴雾化后，给水的受热表面积增加，随后被雾化空间内的蒸汽充分加热，达到了饱和温度，满足初步的除氧要求。除氧器内各水舱的除氧水温度，均达到了饱和温度，在水下加热蒸汽的扰动下，进行了深度除氧。

6.2 给水含氧量对除氧性能的影响

对于2种不同结构的水下蒸汽加热装置，当给水流量为27 t/h、给水过冷度30℃与50℃时，不同给水含氧量对一体化除氧器除氧性能影响曲线，如图5所示。

表2 除氧器筒内温度分布情况

图5 除氧性能的影响曲线

通过试验，从几个方面分析了试验结果。

（1）当利用水下蒸汽进行加热时，在相同的给水过冷度、给水流量下，除氧水的含氧量随着除氧器给水含氧量的增加而增加。尽管给水的流量不变，但进入除氧器内的氧气总量在增加，使得除氧器内传质的负荷增大。当给水含氧量增大时，除氧器内蒸汽与除氧水之间的氧传递的平衡被破坏，此时进入除氧器内的氧量大于排气的排出氧量，使得除氧器内蒸汽中氧气浓度上升，蒸汽中氧气的分压力上升，会直接导致除氧水中氧浓度的上升。随着除氧器的持续运行，进入除氧器的氧量将与排气的排出氧量达到新的平衡，将除氧水向汽空间产生氧传递的平衡浓度，保持在一个较高的水平。此时，蒸汽中的氧浓度将维持在一个较高水平，也使除氧水的氧浓度维持在较高的水平。

（2）试验中发现，除氧器1号水舱内的除氧水含氧量较高，沿除氧水流程（依次流经2号、3号、4号水舱），除氧水的含氧量依次递减，在4号水舱内除氧水的含氧量达到最小值。这是因为除氧器的给水，经弹簧喷嘴雾化并初步除氧后，首先落入1号水舱，1号水舱的除氧负荷较大，且除氧时间不够充分，但随着除氧水依次经过2号、3号、4号水舱，传热及传质不断加深，除氧水中剩余的溶氧不断被析出，使得除氧水的含氧量不断下降，完成了对给水的深度除氧。

（3）当除氧器的给水含氧量从50μg/L升至760μg/L，4号水舱内除氧水的含氧量增至7μg/L以上。当给水含氧量约为200μg/L时，分别采用了2种不同结构的水下加热装置，4号水舱内除氧水的含氧量仍低于7μg/L。此时，除氧器的出水满足《火力发电厂及蒸汽动力设备水汽质量》（GB/ T12145-2008）对锅炉给水含氧量的要求。

6.3 给水过冷度对除氧性能的影响

分别采用2种不同结构的水下蒸汽加热装置、给水流量为27 t/h，在不同的给水含氧量条件下，分析给水过冷度对一体化除氧器除氧性能的影响，给水过冷度对除氧性能的影响曲线，如图6所示。

图6 给水过冷度对除氧性能的影响曲线

分析试验结果可知，在给水含氧量、给水流量、水下加热装置一定时，给水过冷度较大，除氧器内除氧水的含氧量较低。当给水含氧量较小时，给水过冷度对除氧水含氧量的影响并不明显，但随着给水含氧量不断增大，给水过冷度对除氧水含氧量的影响就越大。这是因为当给水过冷度较大时，加热给水所需的蒸汽量也较大，大量蒸汽从喷管喷入除氧器水空间时，对除氧水扰动更加剧烈，使传热传质更加强烈，有利于除氧水中溶氧的析出。

6.4 给水流量对除氧性能的影响

当进行水下蒸汽加热、给水过冷度为30℃、给水含氧量不同时，给水流量分别为13.5 t/h（单喷嘴）和27 t/h（2个喷嘴），分析给水流量对除氧器性能的影响，给水流量对除氧器性能的影响曲线，如图7所示。

图7 给水流量对除氧器性能的影响曲线

由试验结果可知，利用相同的水下加热装置，在给水过冷度、给水含氧量给定的情况下，当给水流量为13.5 t/h时，舱内除氧水的含氧量比给水流量为27 t/h时的含氧量低，当给水流量增大，而除氧器内的水位不变，除氧水在除氧器内停留的时间为给水流量为27 t/h时的两倍，除氧水在除氧器筒体内停留的时间更长，使除氧水中溶氧的析出更加彻底，提高了除氧效果。单喷嘴的雾化效果要优于2个喷嘴的雾化效果，会略微影响除氧的效果。

7 结 语

（1）本项目研究的一体化除氧器对给水的加热性能良好。利用2种水下加热装置，在给水流量为27 t/h、给水过冷度为30℃与50℃的工况下，给水均能被蒸汽加热至与除氧器压力相对应的饱和温度。除氧器的给水被弹簧喷嘴雾化后，给水的受热表面积增加，随后被雾化空间内的蒸汽充分加热，达到了饱和温度，满足了初步除氧的要求。

（2）本项目研究的一体化除氧器除氧性能良好。采用2种不同结构的水下蒸汽加热装置，当加热方式为水下蒸汽加热、给水流量为27 t/h、给水过冷度为30℃与50℃时，给水的含氧量约为200μg/L，经除氧器处理后，出水的含氧量低于7μg/L。给水过冷度较大时，除氧的效果更好，但过冷度的差异对除氧效果的影响并不明显。

（3）当减小给水流量时，除氧器内除氧水的含氧量比给水流量大时要更低，这是因为除氧水在除氧器内停留的时间比较长，使水中溶氧被充分析出，除氧的效果更好。

［1］李焱.一体化除氧器的应用和分析［J］.电站辅机，2008，29（1）：9-12.

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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

王强（1981-），男，本科，工程师，毕业于上海工程技术大学，现从事压力容器的设计工作。