旋膜除氧器的原理及应用

旋膜除氧器的原理及应用

在锅炉给水中，溶有多种气体，其中对热力设备危害最大的是溶解氧。在热力系统中，由于水汽温度都较高，使得氧腐蚀的速度进一步加快。锅炉给水的溶解氧是造成热力设备腐蚀的主要原因。为防止和减轻热力设备的氧腐蚀，除去锅炉给水中的溶解氧，是保护热力设备经济运行必不可少的手段。

以合成氨装置为例为例，一般采用一级热力除氧方法，长期锅炉给水中氧含量超标，造成锅炉蒸汽品质不达标给汽轮机安全稳定运行带来一定的影响。通过对旋膜除氧器原理的深入研究，结合合成氨装置生产特点，经过改造，使锅炉给水指标合格，保证装置内用户的需要。

1 除氧原理及除氧方法

1.1除氧原理

根据气体溶解定律(亨利定律：任何气体在水中的溶解度与此气体在气水界面上的分压力和水温有关)，某气体的分压力越大，则溶解度越大。在一定压力下，随着水温增高，水蒸气的分压力增大，而空气和氧气的分压力越来越小。在100 ℃时，氧气的分压力降低到零，水中的溶解氧

也降低到零。当水面上压力小于大气压时，氧气的溶解度在较低水温时也可达到零。

1.2 锅炉给水除氧方法

(1) 热力除氧

包括大气式热力除氧和喷射式热力除氧。其原理是将水加热至沸点，氧的溶解度减小而逸出，再将水面上产生的氧气排除，使之充满蒸汽，如此水中的氧气不断逸出，从而使给水含氧量达到给水质量标准的要求。

(2) 真空除氧

一般在30～60 ℃温度下进行，是一种中温除氧技术。相对于热力除氧技术来说，它的加热条件有所改善，锅炉自耗汽量减少，对运行管理喷射泵、加压泵等关键设备的要求比热力除氧更高。另外还增加了换热设备和循环水箱。

(3) 亚硫酸钠除氧

一种炉内加药除氧法。该方法投资低，操作简单。但此法加药量不易控制，除氧效果不可靠，无法保证达标。另外还会增加锅炉水含盐量，导致排污量增大、热量浪费，是不经济的。因此该方法一般用在小型锅炉房和一些对水质要求较高的热力系统中作为辅助除氧方式。

(4) 钢屑除氧

让含有氧气的水通过特制的疏松多孔粒状物海绵铁滤料，氧气与铁发生彻底的氧化反应从而保证出水溶解氧含量在0.05mg/L以下。反应生成物Fe(OH)3为松软絮状物，当其累积到一定程度后，即通入反洗水将其冲洗排掉，恢复到初始的除氧能力。虽然应用多年，但改进和提高不大，除氧效果不可靠。一般用在对给水品质要求不高的小型锅炉房，或者作为热力网补给水，以及高压锅炉热力除氧后的补充除氧，现该方法已基本上不再采用。

(5) 电解铝除氧

技术上不太成熟。该方法存在着投资和运行费用较高，且铝板需经常更换，运行操作不方便，除氧水箱需要密封等问题，有待于进一步完善、改进。

(6) 解吸除氧法

解吸除氧就是将准备除氧的水与已脱氧的气体强烈混合，则溶解于水中的氧气就大量扩散到气体中，从而达到除氧的目的。

另外，还有一种氧化还原树脂除氧技术，用联铵再生。使用该法除氧产生的蒸汽和热水，均不允许与饮用水和食

物接触，且投资和占地均较大，不宜在工业锅炉上推广应用。

2旋膜除氧器

2.1旋膜除氧器结构

旋膜除氧器由除氧头和水箱组成。除氧头由外壳、旋膜器组、水箅子、液汽网、蒸汽分配盘五大部分组成。旋膜除氧器除氧头的结构如图1。

1、外壳

2、旋膜喷管

3、水萞子

4、液汽网

5、蒸汽分配盘

旋膜除氧器是80年代初在原膜式除氧器的基础上制造的。旋膜除氧器、雾化除氧器和泡沸除氧器主要参数比较见表1。

表1 三种热力除氧器性能比较

项目雾化除氧器泡沫除氧器旋膜除氧器

淋水密度/m3（m2h）-168—87 85—159 133—177

提升温度/℃ 40 40 97

浓度差/µgL-1 （50-200）/7 2200/7 7600/7

排气量/‰＜3 ＜1 ＜1

滑压率30%负荷以上—全滑压

2.2旋膜除氧器的除氧原理

旋膜除氧器是旋膜管垂直放置，内外壁用隔板隔开，将一定压力的水引至喷管外壁，在压差的作用下，水自小孔喷射入管内，形成短暂的射流，由于管内充满加热蒸汽，射流的水便卷吸了大量的蒸汽（试验证明射流运动具有卷吸作用），产生混合加热作用。

射流结束后，旋转水流往往很快进入絮流状态，加热蒸汽须迅速加热旋转水流，析出大量不凝结气体，由于旋转水流基本上是紧贴管壁旋转而下，在旋膜管中间形成汽——气通道，不存在气体流动死区，析出的不凝结气体被迅速排出。

在离心力和重力的作用下，旋转水流于旋膜管的出口形成张开的水膜裙。由于水膜裙自上而下运动，加热蒸汽自下而上运动，强化了水膜裙的波动，使水膜裙迅速进入絮流状态（水在旋转流动时的临界雷诺数下降很多即产生絮流翻滚），增强了加热蒸汽的凝结放热[3]。旋膜管的结构和

工作过程如图2。

图2 旋膜管的结构和工作过程

水

旋膜除氧器将射流、旋转膜和悬挂式泡沸三种传热、传质方式缩为一体，在一个单元的部件内完成，提高了除氧效率。经起膜段粗除氧的给水在这里进行二次分配，呈均匀淋雨状落到装到其下的液汽网上，再进行深度除氧后才流入水箱。与雾化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器在技术上是一种创新。

除氧的效果一方面决定于是否把给水加热至相应压力下的沸腾温度，另一方面决定于溶解气体的排除速度，这个速度与水和蒸汽的接触表面积的大小有很大关系。

由表1可知，与雾化除氧器和泡沸除氧器相比，旋膜除氧器具有淋水密度大、提升温度高、出入口氧浓度差大、排汽量小和全滑压的特点，适于补水率大、入口水溶氧高、入口水温低、负荷变化大的锅炉。

旋膜除氧器是一种新型热力式除氧器，获电力部科技新产品科技攻关成果创新奖，它克服了大气式热力除氧、解吸除氧、钢屑除氧、氧化还原树脂除氧和亚硫酸钠化学除氧等传统除氧方式存在着的问题。

3使用效果

合成氨装置除氧器是淋水盘式热力除氧器，利用装置0.5MPa、 170℃低压蒸汽直接逆流换热，将锅炉给水温度加热到130℃，降低水中氧的溶解度，设计溶解氧指标≤20ug/L。

经过优化，虽然溶解氧达到了≤10ug/L，但达不到锅炉给水溶解氧≤7 ug/L的水质要求，无法外送锅炉给水，导致装置热量不平衡，成为装置生产瓶颈。

3.1除氧器改造情况

用了旋膜式除氧器新技术。拆除了原有除氧器内5层淋水盘，保留了下部进汽盘，安装了旋膜式组件，由淋水盘式除氧改为旋膜式除氧，安装了旋膜器、分水盘、蓖子网，蒸汽喷头。在改造过程中，不增大除氧头的直径，不改变除氧器的高度。

3.3改造前后效果比较

（1）溶解氧达标。除氧器由淋水盘式热力除氧改为旋膜除氧后，高压锅炉给水水质明显改善，溶解氧由原来的