简述热力除氧的基本条件(锅炉给水的除氧途径的方法)

简述热力除氧的基本条件

热力除氧要取得良好的除氧效果，必须满足下列基本条件：

1、必须将水加热到相应压力下的饱和温度；

2、使气体的解析过程充分；

3、保证水和蒸汽有足够的接触时间和接触面积。

热力除氧的原理，利用蒸汽将锅炉给水加热到大气式热力除氧器压力下的饱和温度，这时水表面蒸汽压力接近于水面的全压力，溶解在水中的各种气体的分压力接近于零，给水不具备溶解气体的能力，溶解在水中的气体就会析出，从而达到除去氧气，保护热力设备及管道的目的。

锅炉给水的除氧途径的方法

根据亨利定律可知，任何气体同时存在于水面上则气体的溶解度与其自己的分压力成正比，而且气体的溶解度仅与其本身的压力有关。在一定压力下，随着水温升高，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力时，氧气的溶解度在较低水温时也可达到零。这样，随着水温的升高，减小其中氧的溶解度，就可使水中氧气逸出。
另外，水面上空间氧气分子被排出，或转变成其他气体，从而氧的分压力为零，水中氧气就不断地逸出。采用物理方法除氧，是利用物理方法将水中的氧气析出，常用的有热力除氧法、真空除氧法和解析除氧法等。 热力除氧一般有大气式热力除氧和喷射式除氧。其原理是将锅炉给水加热至沸点，使氧的溶解度减小，水中氧不断逸出，再将水面上产生的氧气连同水蒸气一道排除，还能除掉水中各种气体（包括游离态CO2，N2），如用镁钠离子交换法处理过的水，加热后NH3，也能除去。除氧后的水不会增加含盐量，也不会增加其他气体溶解量，操作控制相对容易，而且运行稳定可靠，是目前应用最多的一种除氧方法。为了保证热力除氧器具有可靠的效果。
在设计和运行中应满足下列条件：
A. 增加水与蒸汽的接触面积，水流分配要均匀。
B. 保证氧气在水中的溶解压力与水面上它的分压力之间有压力差。
C. 保证使水被加热到除氧器工作压力下的沸腾温度，一般采用104℃。热力除氧技术是一种普遍采用的成熟技术，但在实际应用中还存在着一些问题：首先经热力除氧以后的软水水温较高，容易达到锅炉给水泵的汽化温度，致使给水在输送过程中容易被汽化；而且当热负荷变动频繁，管理跟不上，除氧水温<104℃时，使除氧效果不好。其次，这种除氧方法一般要求设备高位布置，增加了基建投资，设计、安装、操作都不方便。为了达到给水泵中软化水汽的目的，这种除氧方法一般要求除氧器高位配置，在使用过程中会产生很大的噪音和震动，带来不便。
第三，使得锅炉房自耗气量增大，减少了有效外供汽。
第四，对与小型快装锅炉和要求低温除氧的场合，热力除氧有一定的局限性，对于纯热水锅炉房也不能采用。 对于采取热力除氧的锅炉，在装新锅炉时，将大气热力除气器装在地面，而将除氧后的高温软化水输送管道经过软水箱，使其与软水箱中的水进行热交换，而后溜至锅炉给水泵，经省煤器进入锅炉。这样改进首先可以减少锅炉房的振动和噪音，改善了锅炉房的工作环境，还降低了锅炉房的工程造价。其次，通过在软水箱中的热交换，软水箱中的水温提高了，热量没有浪费，同时也相当于除氧器进水温度。除氧器将进水加热到饱和温度的时间也缩短了，有利于达到预期的除氧效果。 （1） 真空除氧能利用低品味余热，可用射流加热器加热软化水；
（2） 又能分级及低位安装，除氧可靠，运行稳定，操作简单，适用范围广。
（3） 我国节能工作大力开展以来，工业锅炉房用此法除氧日渐增多。 现在的解析除氧方法一般采用新型解析除氧器，用加热器代替了原来的锅炉烟气加热，并采用活性炭加催化剂作为还原剂，从而大大减少设备占地面积，在解析内部增加隔板控制水流，并加小孔和孔 管，使水中的含氧气体充分逸出，达到很好的除氧效果。
解析除氧设备小，制造容易，耗钢材少，投资低，操作方便，运行可靠，不用化学药品，减少了环境污染，可在低温下除氧，除氧效果好。目前国内在热水锅炉和单层布置的工业锅炉内已广泛应用。其缺点是只能除去水中氧气而不能除去其他不凝气体，水中二氧化碳含量有所增加；水箱水面不能密封，有时使除氧后的水与空气接触从而影响除氧效果。 解析除氧有以下特点：
（1）待除氧水不需要预热处理，因此不增加锅炉房自耗汽。
（2）解析除氧设备占地少，金属耗量小，从而减少基建投资。
（3）除氧效果好。
在正常情况下，除氧后的残余含氧量可降到0.05mg/L。
（4） 解析除氧的缺点是装置调整复杂，管道系统及除氧水箱应密封。 早在60年代，国内外许多锅炉房曾广泛的采用了此种技术，但由于当时的反应器是设置在烟道里，不能适应热负荷的变化。因此，该技术的使用一度受到限制。至90年代，研制出了一种几种设置电加热反应器的第二代解析除氧器，使这项技术又有了长足的发展。特别是清华大学和机电部设计研究院等单位研制的新型解析除氧器，克服了原来的不足和缺点，将加热炉与反应器分开，加热炉加热从解析除氧器出来的气体，加热后的气体经反应器时脱氧，使待脱氧水中的含氧气体能充分解析出来，保证了运行可靠性和除氧效果。
且体积和耗电量都比原来设备小。采用新型解析式系统，省去了除氧水箱，解决了原有水箱的密封问题。多家锅炉房运行证明，解析除氧器操作简单，投资低，运行可靠，效果好。但同时存在着影响除氧因素较多，只能除氧气，不能除其他气体的问题。 当水通过树脂层后，把水的溶解氧由零价还原成负二价，形成氧化物（氧化铜），树脂失效后可用氨还原，Cu2+被树脂上的交换基因吸收。使用中应注意出水中含有微量氨，不能做生活饮用水。除氧水箱应与空气隔绝，同时要设两个除氧罐，才能保证连续供应脱氧水。对于给水除氧技术，要时刻关注新技术、新材料、新成果，勇于探索和改进创新，寻求除氧效果好、运行可靠、管理简单、且所需投资少的方法，是当前急需解决的问题。
零位热力鼓泡膜化除氧、真空除氧和解析除氧等技术在近几年取得的进展是很好的范例。 锅炉给水除氧方式多种多样，要想高效经济、稳定安全运行，必须结合炉型和实际情况，根据锅炉的热力参数、水质、吨位、负荷变化、经济条件等情况综合考虑，因地制宜选用。锅内所加药品的数量是：锅内用软化水的，每吨水加10kgNaOH或20kgNa3PO4。每隔5天化验一次锅水PH值，控制指标为10~12。如果碱度低，要再补充些碱液。湿法保养适用于短期停用的锅炉，气温较低的地区不宜采用湿法保养，以免锅水结冻损坏锅炉

热水锅炉一般采用什么除氧方式

《锅炉房设计规范》GB50041－2008
9.2.19 锅炉给水的除氧宜采用大气式喷雾热力除氧器。除氧水箱下部宜装设再沸腾用的蒸汽管。
9.2.20 当要求除氧后的水温不高于60℃时，可采用真空除氧、解析除氧或其它低温除氧系统。
9.2.21 热水系统补给水的除氧，可采用真空除氧、解析除氧或化学除氧。当采用亚硫酸钠加药除氧时，应监测锅水中亚硫酸钠的含量。

除氧器通常是随主机启停的。

一、概述
凝结水在流经负压系统时，从密闭不严密处会有空气漏入凝结水中，加之凝补水中也含有一定量的空气，这部分气体在满足一定条件下，不仅会腐蚀系统中的设备，而且使加热器及锅炉的换热能力下降，降低机组的经济性。为了减少给水系统和省煤器、水冷壁管的腐蚀,主要的方法是减少给水中的溶解氧，或在一定条件下适当增加溶解氧，缓解氧腐蚀，并适当提高给水PH值，消除CO2腐蚀。
除氧方法分为化学除氧和热力除氧两种，电厂常用以热力除氧为主，化学除氧为辅的方法进行除氧。
化学除氧法时利用某些易与氧发生化学反应的互学药剂，使之与水中溶解的氧发生化学反应，生成对金属不产生腐蚀的物质而达到除氧的目的。化学除氧只能彻底除去水中的氧，而不能除去其它气体，同时生成的氧化物将增加给水中可溶性盐类的含量，且药剂价格昂贵，故化学除氧只作为辅助除氧手段。
除氧器是利用热力除氧原理进行工作的混合式加热器，既能解析除去给水中的溶解气体；又能储存一定量给水，缓解凝结水与给水的流量不平衡；还能利用回热抽汽加热给水，提高机组热效率。在热力系统设计时，也用除氧器回收高品质的疏水和门杆漏汽。
机组正常运行时，采用加氨、加氧联合水处理方式（即CWT工况），这时除氧器完成加热器的作用，并除去其它水融性气体；而在启动阶段或水质异常的情况下，采用给水加氨、加联胺处理（即AVT工况），降低水中的氧含量，减缓氧腐蚀，这时除氧器既完成加热给水的功能，又起到除氧的作用。
某公司采用无头喷雾式除氧器（见下图）。除氧器的设计应满足以下几点要求：除氧能力满足锅炉最大负荷的要求，水容积足够大且有一定裕量，设有防止超压和水位过高的措施。

无头喷雾式除氧器结构简图
除氧器的加热汽源设计由除氧器系统的运行方式决定。当除氧器以带基本负荷为主时，多采用定压运行方式，供汽汽源管路上设有压力调节阀，要求汽源的压力略高于定压运行压力值，并设有更高一级压力的汽源作为备用。这种方式节流损失大，效率较低。而以滑压运行为主的除氧器，供汽管路上不设调节阀，除氧器的压力随机组负荷而改变。此种运行方式因不发生节流，其效率较高。
某公司除氧器采用定-滑-定压运行方式，设有两路汽源：本机四段抽汽和辅汽。在四抽管路上只设防止汽轮机进水的截止阀和逆止门，不设调节阀，实现滑压运行。而辅汽供汽管路上设压力调节阀，用于除氧器定压运行时的压力调节。
二、 除氧器工作原理
1、热力除氧原理是根据道尔顿定律和亨利定律为理论基础的。
1.1亨利定律
在一定温度下，当溶于水中的气体与水中离析的其它处于平衡状态时，单位体积水中溶解的气体量和水面上该气体的分压力成正比。某气体在平衡状态时的分压力称为平衡压力。如果水面上某气体的世纪分压力小于水中溶解气体所对应的平衡压力，则该气体就会在不平衡压差的作用下，自水中离析出来，直至达到新的平衡为止。如果能从水面上完全清除气体，使气体的实际分压力为零，就可以把气体从水中完全除去。这就是热力除氧的基本原理。
1.2道尔顿定律
混合气体的全压力等于各组成气体的分压力之和。在除氧器中，水面上的蒸汽量不断增加，蒸汽的分压力逐渐升高，及时排出气体，相应地水面上各种气体的分压力不断降低。当水被加热到除氧器压力下的饱和温度时，水大量蒸发，水蒸汽的分压力就会接近水面上的全压力，随着气体的不断排出，水面上各种气体的分压力将趋近于零，于是水中的气体会从水中逸出而被除去。
1.3热力除氧是一个传热、传质过程，要保证理想的除氧效果，必须满足以下条件：
（1）一定要把水加热到除氧器压力下的饱和温度，以保证水面上水蒸汽的压力接近于水面上的全压力；
（2）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至零或最小；
（3）被除氧的水与加热蒸汽应有足够的接触面积，且两者逆向流动，这样不仅强化传热，而且保证有较大的不平衡压差，使气体分离出来。
2、气体从水中离析出来的过程基本上可分为两个阶段：
第一阶段为初期除氧阶段。此时，由于水中的气体较多，不平衡压差较大，气体以小气泡的形式克服水的粘滞力和表面张力逸出。此阶段可以除去水中80％－90％的气体。
第二阶段为深度除氧阶段。此时，由于水中还残留着少量的气体，相应的不平衡压差很小，气体已没有足够的动力克服水的粘滞力和表面张力逸出，只靠单个分子的扩散作用慢慢离析出来。这时可用加大汽水接触表面积，使水形成水膜，减小其表面张力，从而使气体容易扩散出来。也可以用蒸汽在水中的鼓泡作用，使气体分子附着在汽泡上从水中逸出。
三、 除氧器介绍
1、除氧器结构
SSD-2010/235单筒式除氧器结构见下图，除氧器主要部件有壳体、支座、进水装置、弹簧喷嘴、受水箱装置、散水桶装置、除氧盘、内部平台、排汽装置、加热蒸汽装置、高加疏水装置、再循环管及再沸腾装置等。


除氧器结构图1

除氧器结构图2
1.1壳体
壳体是由筒身和两端两个标准的椭圆形封头焊制而成， 卧式放置，材料为16MnR；壳体上焊有不同规格的对外接管，供各种不同汽、水进出除氧器连接用。两端封头上各装有一个安装、检修时用的DN600人孔.
1.2支座
除氧器设有鞍式支座三个，装在除氧器底部，中间支座为固定支座，两端支座为滑动支座， 除氧器在受热膨胀后，可自由滑动。

除氧器外形图
1.3进水装置
是由1根Φ480×14的给水母管和在母管全长范围内均匀布置的16个Φ108×9的管接头焊制而成。凝结水经给水母管被分配到各接管， 然后流入到弹簧喷嘴。
1.4弹簧喷嘴
除氧器顶部均匀布置16个100t/h出力的喷嘴。喷嘴与进水装置采用焊接连接。喷嘴部件采用不锈钢材料制成。喷嘴在额定流量(100t/h)时的压差为0.05MPa左右，喷嘴的流量是随压差增加而增加。喷嘴用弹簧调节使水在各种负荷情况下都能保证水成膜良好，以适应除氧设备变工况的需要。同时喷嘴也是一个逆止阀，它能防止蒸汽倒流入凝结水中，因此本喷嘴能防止水锤现象，通常也称作喷雾阀。
凝结水经给水母管分配进入各个喷雾阀，喷雾阀将水以膜状喷出，与除氧盘底部上升来的加热蒸汽接触，被加热至或接近除氧器工作压力下的饱和温度。

除氧器内部结构
1.5受水箱装置（除氧器内件）
受水箱是由不锈钢薄板压制而成，用螺栓螺母固定在侧挡板和前后围板上，用于收集喷雾阀喷出的水，使水按规定的方向流动，同时将水分配到受水箱下面的散水桶中。
1.6散水桶装置（除氧器内件）
散水桶装置是由不锈钢薄板制成的桶状结构，用螺栓螺母固定在挡板上，用于收集受水箱分配下来的水，一组散水桶装置其底部共开有300个Φ14.5的孔，使水能够均匀地以细水流状落在其下开有锯齿状的装置上，给水被撕碎、打破，并以雨淋状落入下面的除氧盘。
1.7除氧盘装置（除氧器内件）
除氧盘是一种高效的除氧元件，本设备共设有除氧盘数为128个，材料为SA-240TP316L。每个除氧盘是由若干个不锈钢板条压制成的V型板条组装而成，每个V型板条的两边缘开有很多光滑的锯齿状槽口，水在这里被再次破碎、剖析，形成膜状一层层向下流动，同时水在除氧盘中还做横向流动。除氧盘固定在由角钢制成的框架内，每个除氧盘之间的联接是用槽口相互嵌接，最后一块除氧盘装入后，应根据实际情况用调整板将其固定住，调整板的具体装配，按装配总图（F0032560010751）。
1.8内部平台
在除氧器内部装设有三个小的平台及三个扶梯，用于在现场水压试验完成后，装配除氧盘用，同时也可用于检修其它内部零部件。
1.9排汽装置
本除氧设备的排汽系统分为启动排汽和连续运行排汽。在设备的左右两部分各设有一个Φ108×4的启动排汽管，在管路上装设有电动排气阀和减压阀，用于在启动时通畅地排出设备内的不凝结气体和氧气。
连续运行排汽装置是由均布在设备上的16个抽汽管和抽汽管上的节流孔板组成。在设备连续运行时由16只抽汽管及节流孔板连续不断地抽出氧气及其它不凝结气体，以保证除氧过程中被析出的氧气和其它不凝结气体及时地排出。
1.10加热蒸汽装置
加热蒸汽装置是由Φ480×14的管子及套管和防冲装置组成，防冲装置用来防止蒸汽进入壳体后对器壁和内部零部件的冲蚀。套管是为了防止高温蒸汽与筒壁直接接触，产生过大的局部温差应力。
1.11高加疏水装置
高加疏水装置是由一根Φ426×11的管子及固定装置组成，在管子上开有20个40×240的腰形孔，用于高加疏水通畅地进入除氧器中，进行闪蒸。管子材质：20.
1.12给水泵再循环管
再循环接管共3根，其中2根规格为Φ273×11，另1根规格为Φ219×9，管子插入水箱正常液位以下，在其上均开有232个Φ18的孔。其作用一是机组在启动或低负荷时给水经再循环接管返回除氧器，维持给水泵流量，以避免给水泵汽蚀、振动；二是机组启动时，给水含氧量未达到标准，不能向锅炉供水，除氧水通过再循环管返回除氧器。
1.13再沸腾装置
除氧器设有两个对外连接的再沸腾接管，再沸腾装置是由两根Φ273×7的进口管和Φ273×7的布汽母管及均匀分布的18个支管组成。蒸汽通过在每一个支管上的12个Φ10的小孔喷出，水被均匀地加热，此种结构可以减小振动和噪音。
再沸腾装置的作用一是机组启动时，尽快把冷水加热到除氧设备工作压力下的饱和温度，加快给水除氧速度;二是在正常运行时如果出现给水含氧量不合格，则可以从此管通入辅助蒸汽，使除氧器中的水再沸腾，起到辅助除去给水中的氧气及其他不凝结气体的作用。
2、除氧器除氧过程
凝结水通过给水母管进入到弹簧喷嘴中，因凝结水的压力高于除氧器内的工作压力，两侧的压差作用使喷嘴打开，凝结水以膜状喷至第一受水箱和第二受水箱中，存于受水箱中的水流经下面的散水桶上的锯齿时被撕碎和破裂，然后均匀流到下面的除氧盘上。在此过程中，蒸汽自下而上向上流动，与凝结水充分接触，将凝结水加热至接近除氧器工作压力下的饱和温度，去除凝结水中大部分的氧量。被加热除氧的凝结水均匀地洒在下面的除氧盘上，在这里水再次被不断地破碎、剖析，形成膜状一层层向下流动，同时水在除氧盘中还做横向流动，增加了汽水接触的面积，保证了传质传热的时间，使凝结水与自下而上的蒸汽充分接触，为溶氧的逸出提供足够长的时间和动力。从而达到深度除氧，使锅炉给水含氧量达到标准要求值。

除氧器除氧过程原理
在除氧过程中不断析出的氧气和其它不凝结气体通过上部的16个排汽管经节流孔板、排汽母管不断地排出。达到标准值的除氧水储存于下部的储水空间中，以满足对锅炉供水的要求

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