除氧器结构及工作原理

除氧器外观

一、给水除氧的目的和原理

1、给水除氧的目的

任何气体只要与水接触，必有一部分溶于水中。锅炉给水主要由凝结水和补充水组成。在化学补充水中，经常含有大量的溶解气体（如氧气和二氧化碳），凝结水中的空气则是由于真空下工作的设备（如凝汽器、真空状态运行的低压加热器及管道配件等）的不严密渗入的。若不采取措施，这些气体将随同给水进入给水系统，对电厂的安全、经济运行产生很大影响。

（1）腐蚀电厂的热力设备。溶于水中的气体，有一些活性很强的气体（氧气或二氧化碳），对热力设备会起腐蚀作用，使热力设备的使用寿命缩短和工作可靠性降低。在活性强的气体中，腐蚀性最强的是氧气。

在高温下，氧气可直接和金属发生化学反应，温度越高，其化学反应越剧烈。如给水中溶解氧气超过0.03ml/L时，给水管道和省煤器在短时期内会出现穿孔的点状腐蚀。因此，水中含有溶解的气体对锅炉的安全威胁很大，同时对汽轮机通流部分、汽水管道和回热系统的设备也将产生氧腐蚀损坏及结垢沉积。

（2）影响热交换器的传热效率。热交换器中若有气体积聚，将会妨碍传热过程的进行，使设备的传热效果大大降低，这也是加热器必须配备排气系统的原因。

由此可见 ，及时地把锅炉给水的气体清除掉，是保证电厂安全经济运行的一项重要任务。除氧器就是完成该任务的设备。它是指清除给水中的溶解气体的设备。由于水中溶解气体危害最大的是氧气，所以在电厂内突出的问题是除氧。

无头除氧器

2、除氧方法和原理

除氧方法有加热式除氧和化学除氧两种。化学除氧的优点是可以彻底除氧，但由于存在加药价格高，只能除去一种气体及要生成盐类等缺点，故电厂中较少单独采用这种方法。热力除氧虽然不能彻底除氧，但它既能除去氧气又能同时除去其他各种活性气体，它不需要加药又无盐类生成，故在电厂中被广泛采用。

（1）加热式除氧。加热式除氧是利用气体在水中溶解的性质进行除氧。其优点是能将水中溶解的各种气体全部除掉，还能起到一级加热器的作用。目前在各类电厂中得到了普遍应用。

热力除氧原理是建立在亨利定律（气体溶解定律）和道尔顿定律（气体分压定律）的基础上的。

亨利定律：当水和气体之间处于平衡状态时，水中溶解的该气体的量与水面上该气体的分压力成正比。

道尔顿定律：混合气体的总压力等于各种成分气体的分压力之和。所以，水面上的气体混合物的全压力就等于水蒸气的分压力和水中溶解的各种气体的分压力之和。

另外，气体在水中的溶解量还与水温有关，在一定压力下提高水的温度，则水中溶解的气量逐渐减小，当水温度升至该压力下的饱和温度时，则水中的溶气量为零。根据上述理论可知，若使水面上氧气分压力等于零，则水中的溶解氧气量也应等于零。也就是说，当液面上完全是水蒸气的压力作用时，氧气和其他气体就会从水中完全分离出来。热力除氧器就是根据这一原理制成的一种除气设备。

由于气体从水中逸出要受到水的表面张力和粘滞力的阻碍，因而在短时间内除氧器是不能达到完全除氧的。

由上述分析可知，要保证除氧器的除氧效果，必须具备下列条件：

1）给水须加热到一定压力下的饱和温度，并在除氧器内有一定的滞留时间。

2）给水应有足够与加热蒸汽接触的表面积，保证良好加热效果。

3）保证给水在除氧器内为紊流状态，增加气体的扩散速度。

4）迅速排出分离出的气体，降低除氧器内气体的分压力。

5）保持加热蒸汽与给水逆向流动，使给水中的气体加速分离。

（2）化学除氧 。化学除氧是向水中加入化学药剂，使水中的溶解氧与它发生化学反应，生成无腐蚀性的稳定化合物，达到除氧的目的。该方法能够彻底除氧，但不能除去其他气体，且价格昂贵，还会生成盐类，故在电厂中极少单独采用这种方法。目前，广泛应用的是在给水中加联氨N2H4，它不仅能除氧，还能提高给水的PH值，同时有钝化钢铜表面的优点。

二、热力除氧器的类型和构造

通常所指的除氧器由除氧头和水箱组成，给水除氧主要是在除氧头中进行，因此对除氧器的构造及类型介绍都是针对除氧头而言的。

1、除氧器的类型

除氧器的分类主要有按结构和按压力分两种方式。

按结构根据除氧头内的播撒方式可分为水膜填料式、淋水盘式、淋水盘填料式、喷雾式、喷雾填料式和旋膜除氧器等。

按压力分为真空式除氧器（凝汽器）、大气式除氧器和高压式除氧器。

一体化除氧器

一体化除氧器具有在独立容器内除氧、储水的双重功能。在容器蒸汽空间的顶部，布置一弓形进水室，在弓形进水室布置了一定数量的恒速喷嘴，通过喷嘴把凝结水喷向水箱的蒸汽空间，进行喷雾除氧。在除氧器储水段下部布置了为数较多的蒸汽排管，加热蒸汽从排管的小孔喷出后，将已初步除氧的储水进行再加热，并使之沸腾。多余的气体以气泡形式穿出水面，进入除氧器的喷雾除氧段空间。储水段底部的水被加热后，还要进行自下而上的热对流。当喷嘴将凝结水喷洒在储水段的水面上，水在向下流动时首先是进行水汽的热对流，在进入储水段的底部时，再与加热蒸汽直接接触和加热，并使底部的水进行彻底的再沸腾，除去给水中残留的含氧量，进行彻底的深度除氧。储水段中的水在自下而上的流动后，就完成一个完善的深度除氧过程。

优点：

（1）相对于除氧头加水箱的传统设计，一体化除氧器价格便宜。

（2）现场安装工作量少，只需运至现场，无须将除氧头和水箱对接。

（3）与传统除氧头加水箱的设计相比，省去了除氧头的重量，基础荷重减轻，减少土建投资。

（4）占据空间小，一体化除氧器的高度仅为原水箱的高度，占据空间高度比原除氧器低约4m，可以降低厂房高度和基建投资。

（5）除氧关键元件恒速喷嘴及整体设计均已国产化。

（6）系统控制简单。

缺点：

（1）操作不当，易引起较大的噪声及振动。

（2）除氧器冷态启动时间长。

（3）当机组负荷变化大时，除氧效果差。

三、除氧器的运行

1、除氧器的运行方式

除氧器有定压和滑压两种运行方式。定压运行除氧器是保持除氧器工作压力为一定值，为此需要在进气管上安装一个压力调节阀，将压力较高的回热抽汽压力降至定值，造成抽汽节流损失；而且为确保所有工况下除氧器都能在定压下工作，在低负荷时，还必须切换到更高压力的回热抽汽上，节流损失更大。

滑压运行除氧器是 指在滑压范围内运行时，其压力随主机负荷与抽汽压力的变化而变化，启动时除氧器保持最低恒定压力，抽气管上只有一个止回阀防止蒸汽倒流进入汽轮机，没有压力调节阀及其引起的额外的节流损失。与定压运行相比，有如下优点：

（1）除氧器滑压运行可以提高机组运行的热经济性，这是因低负荷时不必切换至压力高一级的抽汽，避免了抽汽节流损失。

（2）热力系统简化，设备投资降低。

（3）使汽轮机抽汽点分配更加合理，使除氧器真正作为一级加热器使用，起到加热和除氧两个作用，提高了机组的热经济性。

2、除氧器滑压运行带来的问题

（1）汽轮机负荷变化时，除氧器滑压运行对除氧效果的影响。在负荷稳定或负荷变动缓慢时，除氧器采用滑压和定压运行的工况基本上是相同的。但当机组负荷骤变时，对于定压运行的除氧器来说，因其汽源的压力有保证，仍可按定压运行，所以不产生任何变化；而对于滑压运行的除氧器，在负荷突然上升时，除氧器内压力随抽汽压力的升高而升高，由于存水的热容量和热惰性，使水温升高滞后于压力的升高。除氧器内产生“返氧”现象，致使给水含氧量增加，除氧效果恶化。这种情况一直持续到除氧器内在新的压力下建立了新的平衡时为止。

在负荷突降时，除氧器内压力将随抽汽压力降低而下降，这时除氧器内存水温度滞后于压力的下降，发生闪蒸，因水的再沸腾而使除氧效果变好。

（2）汽轮机负荷变化时，除氧器滑压运行对给水泵入口汽化的影响。汽机负荷增加时，除氧器内工作压力升高，给水泵入口不可能发生汽化。负荷突降时，除氧器内压力下降，给水泵入口压力与水温不匹配，增加了给水泵入口汽化的可能性。

3、除氧器运行中的基本要求

（1）必须将除氧水加热到除氧器内蒸汽压力的饱和温度，这是使气体从水中分离出来的必要条件。

（2）必须及时地把水中分离出来的气体排出去，其作用是减少气空间的氧气分压力，不断地将水中的气体分离出来。

（3）为了保证除氧器安全、稳定的运行，使补充水率尽量控制在规定的标准范围以内。

（4）给水箱水位应保持在规定的正常水位。