第4章 除氧器及系统

３.高压除氧器 在高参数大容量机组上，广泛采用高压除 氧器。高压除氧器的工作压力一般为０.３ ４３～０.７８４ＭＰａ。我国定压运行高 压除氧器压力选为０.５８８ＭＰａ，相应 的饱和水温度为１５８℃，滑压运行高压 除氧器最高工作压力为０.７３３～０.７８ ４ＭＰａ。
高压除氧器具有以下优点 （１）节省投资 高压除氧器除氧压力提高，汽轮机抽汽口 的位置也随压力提高而向前推移，这可以 减少回热系统中价格昂贵的高压加热器的 台数，相应增加低压加热器的台数，使系 统造价降低，安全性提高。
４.除氧器给水箱 （１）给水箱的作用和贮水量 给水箱是 凝结水泵与给水泵之间的缓冲容器。 它的作是在机组启动、负荷大幅度变化、 凝结水系统故障或除氧器进水中断等异常 情况下，保证水泵在一定时间内不间断地 向锅炉送水，防止锅炉缺水干烧，发生爆 管事故。
按照ＤＬ５０００—２０００《火力发电厂设计 技术规程》规定：给水箱贮水量在保安全运行的 前提下 ２００ＭＷ及以下机组不小于１０ｍｉｎ的锅炉 最大连续蒸发量时的给水消量 ３００ＭＷ及以上机组不小于５ｍｉｎ的锅炉最 大连续蒸发量时的给水消耗量。 随着机组容增大，给水箱贮水量都有减小的趋势， 因为随着机组容量不断增大，按１０～１５ｍｉ ｎ来设置水箱贮水量，会使给水箱的体积越来越 大，给制造、运输和安装都带来困难实践证明， 适当缩小保证时间仍能满足锅炉运行的要求。
缺点：采用高压除氧器后，设备较复杂， 同时投资增加。锅炉给水泵要在１６０℃ 左右的高温下工作，为防止给水泵不发生 汽蚀，给水泵入口处需建立较高的静水头， 因而增加了给水泵的造价和土建投资。
目前，３００ＭＷ及６００ＭＷ以上机组均普遍 采用卧式除氧器，与立式除氧器相比，卧式除氧 器有以下优点。 １）卧式除氧器布置高度比立式除氧器低，有利 于厂房布置，可以降低主厂房除氧间的高度及造 价，节约发电厂总投资。 ２）立式除氧器顶部仅有一个排气口，而卧式除 氧器可沿纵向顶部布置多个排气口（如３００Ｍ Ｗ机组有５～６个，６００ＭＷ机组有８个）， 这样可以使逸出的气体迅速排出除氧器外，保证 除氧效果。
４.１.２ 给水除氧的方法 给水除氧的方法:物理除氧和化学除氧 热力除氧在发电厂中被广泛应用，主要是由于它 价格便宜，既能除去给水中的氧气又能除去给水 中的其他不凝结气体，使给水中不存在任何残留 物质。 在亚临界、超临界和超超临界参数的发电厂中， 热力除氧法亦是主要的除氧方法，而化学除氧只 作为辅助除氧和提高给水ｐＨ值的手段。
２）阻碍传热，降低热力设备的热经济性 氧腐蚀后沉积形成的氧化物盐垢及蒸汽凝 结时析出的不凝结气体使热阻增加，从而 使热力设备传热恶化。对高参数机组，由 于高压蒸汽溶盐能力增强，在汽轮机叶片 和通流部分易形成氧化物盐垢，引起推力 增加，出力下降，降低汽轮机的经济性。
给水除氧的任务是： 除去给水中溶解的氧和其他不凝结气体， 防止热力设备及管道的腐蚀和传热恶化， 保证热力设备安全、经济地运行。
（２）联胺（Ｎ２Ｈ４）处理 Ｎ２Ｈ４除氧，生 成Ｎ２和Ｈ２Ｏ，不会增加水中含盐量，且有钝 化钢铜表面的优点。在２００℃以上的高温水中 能还原铁和铜的氧化物，有利于减缓锅炉水冷壁 管生成铁垢和铜垢。它不仅广泛应用于高压及以 上锅炉，也用于直流锅炉。Ｎ２Ｈ４除氧效果与ｐ Ｈ值、溶液温度等有关。但Ｎ２Ｈ４有毒、有挥发 性、易燃烧，在保管、运输和使用时应遵守有关 安全规定，Ｎ２Ｈ４还被怀疑为是致癌物质，使用 时要有相应的安全措施。
２.大气式除氧器 大气式除氧器的工作压力选择略高于大气 压（０.１１８ＭＰａ），以使离析出来的 气体靠此压力差自动排出除氧器，相应的 饱和水温度为１０４.２５℃。由于大气式 除氧器工作压力低，设备造价也低，土建 投资费用不大，因此它适用于中、低参数 发电厂，还可作为热电厂生产返回水和补 充水的除氧设备。
２.化学除氧 化学除氧的药剂应具有反应迅速、药剂本身和反 应产物对锅炉无害等条件。常用的化学除氧方法 有以下五种: （１）亚硫酸钠（Ｎａ２ＳＯ３）处理 易溶于水，无毒价廉，装置简单，但易氧化生成 Ｎａ２ＳＯ４，会增加给水的含盐量，在温度大于 ２８０℃后会分解成Ｈ２Ｓ和ＳＯ２等有害气体， 故仅适用于中压（６.１８ＭＰａ）以下的锅炉， 不能用于高压以上的电站锅炉。
４.３.４ 小汽轮机的选择 ＤＬ５０００—１９９４《火力发电厂设 计技术规程》规定我国３００ＭＷ及以上 机组均配置汽动给水泵。 小汽轮机的汽源有四种：新蒸汽、高压缸 抽汽、冷再热蒸汽及中压缸抽汽。
新蒸汽和高压缸抽汽的蒸汽参数高，使得 小汽轮机的蒸汽容积流量小，小汽轮机的 相对内效率较低，实际采用者少。 用冷再热蒸汽（即高压缸排汽）作小汽轮 机汽源，因进汽参数比用新蒸汽低得多， 蒸汽容积流量较大，故相对内效率较高， 并减少了进入再热系统和中压缸的蒸汽流 量，降低了锅炉和主机的投资,其系统如图 ４-１７ａ中Ⅰ管道所示。
化学除氧是利用易和氧发生化学反应的药 剂，使之和水中溶解的氧发生化学变化， 达到除氧的目的。 化学除氧能彻底除去给水中的氧气，但不 能除去其他不凝结气体，所生成的氧化物 还会增加给水中可溶性盐类的含量，且药 剂价格昂贵，所以中小型发电厂很少采用。
１.热力除氧原理 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。 亨利定律反映了气体在水溶液中溶解的规 律 道尔顿定律确定了混合气体的全压力与各 组成气体的分压力之间的关系。
（３）加氧处理（中性水处理） 它是在高纯度且呈中性的锅炉给水中加入 气态氧或过氧化氢，使金属表面形成稳定 氧化膜，促进钢表面进入钝化区，达到防 腐效果，给水中腐蚀物大量减少，使直流 锅炉几乎无需清洗。其缺点是对给水水质 要求很严，中性纯水的缓冲性低。
（４）加氧加氨联合水处理（ＣＷＴ） ２０世纪７０年代中期，原联邦德国在Ｎ ＷＴ基础上，开发应用了ＣＷＴ。我国华 能上海石洞口第二发电厂、华能北京热电 厂、广东省粤电集团黄埔发电厂等相继采 用了ＣＷＴ技术。
４.４ 除氧器的运行
４.４.１ 滑压除氧器的安全运行 除氧器在变工况下如何使除氧效果稳定和 给水泵不产生汽蚀，是除氧器滑压运行必 须解决的关键问题。
（２）提高锅炉的安全可靠性 发电厂事故或高压加热器停用时，高压除 氧器可减小进入锅炉给水温度的变化幅度， 改善锅炉的运行条件。现代高参数发电厂 给水温度一般为２３０～２６０℃，高压 除氧器出口水温为１５８～１７２℃，高 压加热器停用时不像采用大气式除氧器出 口水温仅为１０４℃，给水温度变化幅度 较小，对锅炉的正常运行影响较小。
４）从结构分析，卧式除氧器与给水箱是两个独 立组成的长圆筒。中间有两根下水管、一根放水 管和两根蒸汽管焊接连通，故工地安装时只作管 子对焊工作，安装工作量和焊接工作量少且质量 可以保证，避免了立式除氧器因马鞍形管座与水 箱大口连接而造成的焊接工作量大、难度高，焊 后要消除热应力及Ｘ射线检查困难等一系列弊病。 此外，卧式除氧器及给水箱底座面积大、长度大， 其本身重量和贮水后的重量可以分布在厂房纵向 三个柱子上，从而降低主厂房造价。
热力除氧必须同时满足传热和传质两方面 的条件才能达到热力除氧的目的，其基本 条件如下。 （１）传热条件 给水应加热到除氧器工 作压力下的饱和温度ｔｓ，建立除氧的加温 和—水接 触面积和不平衡压力差，创造气体自水中 离析的传质条件。 （３）及时排气 必须将水中逸出的气体 及时排出，使水面上各种气体的分压力减 小到零或最小。
给水在除氧器中定压加热，水的蒸发不断 加强，水面上水蒸气的分压力逐渐加大， 相应溶于水中其他气体的分压力不断减小。 当把给水加热至除氧器压力下的饱和温度 时，水开始沸腾，水蒸气的分压力接近水 面上的总压力，其他气体的分压力趋近于 零，于是溶解在水中的气体将从水中逸出 被除掉。除氧器不但能够除氧，还能除去 其他气体。
３）立式除氧器仅能在圆筒截面上布置喷 嘴，因要避开相邻喷嘴雾化后的相互干扰， 故喷嘴不能布置过密，喷嘴数量受到限制， 除氧器出力也受限制。卧式除氧器可在圆 筒长度方向弓形面凝结水进水室下部布置 喷嘴，故可以布置相当多的恒速喷嘴（３ ００ＭＷ机组有７５个，６００ＭＷ机组 有１４８个），数量多且工作互不干扰， 可以提高除氧器出力。
（３）除氧效果好 高压除氧器压力提高，其相应的饱和水温 度也提高，使气体在给水中溶解度降低， 增强气体自水中离析的程度。
（４）可防止除氧器内发生自生沸腾现象 所谓除氧器的自生沸腾现象是指有过量的热疏水 进入除氧器时，因其压力降低，水汽化产生的蒸 汽量已能满足或大于除氧器的抽汽量，即除氧器 内给水不需要本级回热抽汽加热就能沸腾，从而 产生自生沸腾现象。 在高压除氧器中，由于除氧器内压力较高，要将 给水加热到除氧器工作压力下的饱和温度，所需 热量较多，进入除氧器的热疏水所放出热量满足 不了除氧器用汽的需要，因此可避免除氧器的自 生沸腾。
４.２ 除氧器的类型与构造
４.２.１ 除氧器的种类及压力的选择 根据除氧器工作压力的大小，可分为真空 式除氧器、大气式除氧器和高压除氧器三 种。
１.真空式除氧器 在凝汽器底部两侧加装适当的除氧装置，利用汽 轮机排汽加热凝结水即可以除氧，将此装置称为 真空式除氧器。 此时发电厂补充水也从凝汽器的上部进入，正常 运行时可将凝结水和补充水含氧量降至０.０２～ ０.０３ｍｇ／Ｌ，可以保护低压加热器及其管道 免受强氧的腐蚀。但经过除氧后的凝结水还要经 过真空以下的设备和管道，可能会漏入空气，且 有部分低压加热器的疏水未经凝汽器而用疏水泵 打入给水系统，因此凝汽器中的真空除氧装置只 能作为辅助除氧器，不能作为唯一的除氧器使用。
给水中含有氧气和空气会给发电厂安全经济运行 带来以下危害: １）腐蚀热力设备及管道，降低其工作可靠性与 使用寿命。危害最大的是氧气，会对钢铁构成的 热力设备及汽、水管道产生强烈的腐蚀作用。其 次是二氧化碳，它会加快氧腐蚀。如给水中溶解 氧气量超过０.０３ｍｇ／Ｌ时，在高温条件下给 水管道和省煤器在短时间内就会出现穿孔点状腐 蚀，引起泄漏或爆管。