试论旋膜除氧器研究及应用

周明立（内蒙古大唐国际克什克腾煤制天然气有限责任公司,内蒙古 赤峰 025350）

1 旋膜除氧器综述

对于大多数热力设备而言，锅炉给水过程中最重要的事情就是除氧，这是因为水中的溶解氧进入管道，不仅会对水管道和相应的热力设备造成腐蚀作用，还会将腐蚀之后的残渣等物质带入到锅炉内部。经过较长的时间之后，锅炉蒸发面上的金属腐蚀残渣不断沉淀，增加锅炉受热面内壁厚度，不仅会影响加温效果，也会造成锅炉管损坏。

因此，除氧处理主要是防止，或者说为了减轻对热力设备的“氧腐蚀”，但除了溶解氧之外，还会因为热力设备所处的环境不同，融入一些其他的气体。例如，发电企业和化工企业的生产环境不同，那么二氧化碳和二氧化硫的进入量和几率都是不同的。除氧器可以通过水回热系统的加热和疏水回收器，减少这种腐蚀作用，并确保余热得到利用。

需要说明的是，除氧器并不是什么新鲜技术或事物，早在上世纪50、60年代之间，我国就已经开始生产并投入市场。但早期的除氧器较为落后，大多为淋水盘式除氧器，除氧效果有限；在发展过程中，除氧器的设计科学性、制造质量都有所提升，大体上划分成两种类型，即，物理除氧和化学除氧装置。

在已经投产的十多种除氧器中，除氧深度和达到指标基本是相同的，不同的是适应性和稳定性，例如，能否滑压启动、能否滑压运行，对入水口溶氧、入水口水温的适应性，以及其他等参数。综合评定之后，数据显示，旋膜式除氧器的性能是最优的，无论是在淋水密度、提升温度等方面，以良好的品质在电力系统、石油化工、冶金等领域大量应用，同时，旋膜除氧器与其他类型的除氧器，在同一环境下进行对比，表现出运行稳定、除氧彻底等优点。

2 旋膜除氧器工作原理和特点

2.1 旋膜除氧器的工作原理

旋膜除氧器（标准型）所包括的部分有：旋膜器、水箱、加热蒸汽导管、起膜管、防旋板以及其他的辅助部分（如：液位计、安全阀、压力表、水封、温度计、平衡容器）。

要阻止管道和其他热力设备腐蚀，除去水中的溶解氧是必要步骤，所用到的原理包括亨利定律（Henry's law）和道尔顿定律（Dalton’slaw）。在等温等压的前提下，氧气在水中的溶解度和液体表面上氧气的平衡压力成功正比，而混合在锅炉给水中的其他气体，只要不和氧气发生反映，这种空气混合物都是均匀分布在热力设备以内的。

旋膜式除氧器包括成两级除氧结构：

第一级，由起膜装置和淋水箅子完成，当汽轮机的凝结水以及化学补充水和其它低于饱和温度下的疏水进入起膜装置的水室之后，让其充分混合，混合的水再次经过固定的管板上的第二层起膜喷管，膜喷管的作用在于，它的喷孔以射流方式在起膜喷管的内壁上，形成高速旋转、向下流动的水膜；向下流动的水膜与上升的加热蒸汽接触后，在容器内部产生强烈的热交换作用，一直到旋转的水膜流出起膜管，水温基本上接近了环境温度，也就完成了第一级的溶解氧去处过程，这一操作估计可以除掉90%到95%的溶解氧。

第二级，由液汽网填料层完成。作为旋膜除氧器的第二级除氧装置，液汽网填料层分成双层或者单层两种，液汽网本身是一种不锈钢的扁丝编制或填料层组成的，然后按照自然的状态形成圆盘状，一般设定圆盘的内直径与框架内径相同，但为了方便固定，通常会加入扁钢和Φ14钢筋，在第一级已经除过氧的水，经过液汽网层之后便可以与汽水更加充分混合，在此过程中，水被充分加热至饱和温度，水中溶解的氧气也可以最大限度地释放出来，这一除氧过程保证了除氧器在变工况运行时的适应性能和稳定性能。

3 旋膜除氧器的结构

标准型旋膜除氧器的结构一般为卧式双封头，但是除氧塔为立式单封头，用来匹配旋膜器和再热沸腾管结构等部分。

相关的规格参数如下：标准型旋膜除氧器的外直径约为2500毫米，总长约12000毫米，总高约为6000毫米；水箱外壳体壁厚为15毫米、而除氧塔壁厚为12毫米，材质根据具体需求设定。除氧水箱顶部设有安全阀、压力表、备用蒸汽、气相平衡管及泵回流管等接口；除氧水箱体还设有人孔、液位计、温度计、水相平衡管、排水管及泵进水口等接口；除此之外，除氧头主要由外壳、旋膜器、淋水箅子、液汽网及蒸汽分配盘等组成。

4 旋膜除氧器的应用

从改革开放以来，我国的工业逐步摆脱了依靠进口和局面落后的状态，科技的进步提升了各行各业的生产能力，设备更新也是势在必行。由此分析，早起投入运行的除氧器装置要么老化，要么无法满足现有的生产需要，亟待改进。

东北电力科研究所（简称东电科研所）、西安热工研究院都是我国著名的除氧器研究机构，仅在20世纪90年代，从东电科研所研制或改进的工业级旋膜除氧器就有100多台，包括高压和低压不同的规格，在全国范围内，也有几百台各种型号和样式的旋膜除氧器设备在运行。以下通过具体的例子来阐述旋膜除氧器在不同情况下的应用：

案例一：

1974年，东电科研院和抚顺石油二厂下属热电厂合作，共同开发了25MW功率的供热机组，包括配套的G-225型淋水盘式低压除氧器改造工程，改造的目的是将原有的淋水盘式除氧器变为低压旋膜式除氧器，可以说这是我国最早的一个旋膜除氧设备。

案例二，1983年，东电科研院和浑江电厂合作，共同完成了升级配套工程，工程项目为旋膜除氧器技术推广，将原有的100MW机组配套的GC-420型喷雾填料式高压除氧器进行了改造。

案例三，1987年，东电科研院和朝阳电厂联合，共同改进1台200MW机组，完成配套配装备的淋式GC-670型喷雾填料式高压除氧器，将其改进为为旋膜式除氧器，大大提升了除氧。

案例四，1983年，东电科研院和西安热工研究所共同联合，对位于长江流域的坝桥热电厂3号机的除氧器设备进行技术改造，改造过程中将原C-150型除氧器升级为标准旋膜除氧器。

案例四，1988年，东电科研院和西安热工研究再次针对坝桥热电厂八号机进行技术改造，同样涉及到除氧器进行技术改造，通过改造前后的对比，改造后的性能远远高于改造前的性能。

近年来，我国学者提出了将中压旋膜除氧器应用到中小型热电厂的热力系统中的方案，这一方案的实行，目的是取代原系统中的高压加热器及低压除氧器，从而起到简化热力系统、保证锅炉给水温度、提高热力系统循环效率的作用。

5 结语

随着我国工业现代化的持续发展，国家对于工业设备管理、生产安全问题会越来越重视，因此也要求现代企业在不同的生产细节上进行优化。溶解氧腐蚀对于现代工业而言，是一个常规性技术问题，在解决过程中已经积累了大量的经验和数据，这对旋膜除氧器的改进和研究是利好条件。

可以预计，旋膜除氧器这种具有良好传热性、传动性的除氧装置，将会越来越普及，同时在技术的科学性、合理性方面也更先进。如何进一步提高旋膜除氧器的性能，优化整体结构，实现针对不同行业或模块的标准化生产，是下一步有待深入研究的问题；截至目前，旋膜除氧器的理论研究还存在瑕疵，尤其是针对于民用或中小型热力设备而言，应用还存在一些障碍，这也需要从实践中去寻求解决方法。

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