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內置式除氧器工作原理及特點

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內置式除氧器工作原理及特點

發布日期:2016-08-13 00:00 來源:http://www.fanqian360.com 點擊:

內置式除氧器工作原理及特點


一、概述

  在現代工業中電站鍋爐給水及用于其他工業目的的給水除氧有許多型式和類別。按是否發生反應可分為物理除氧和化學除氧等,熱力除氧、真空除氧為物理除氧、加聯胺、丙酮肟等藥品為化學除氧。物理除氧按壓力可分為真空除氧、低壓除氧和高壓除氧,按結構可分為按噴淋盤式、旋膜式及內置式等。

  大氣熱力式除氧器、真空除氧器及化學除氧方法主要用于中低壓鍋爐或高壓鍋爐的輔助除氧措施。

  高壓熱力除氧器、旋膜式除氧器可以作為高參數鍋爐除氧。隨著現代工業對鍋爐給水指標越來越高的要求,即給水中氧含量的絕對值要求低及水質相對穩定性高。受設備內部結構所限、常規高壓熱力除氧器、旋膜式除氧器等的適用條件就顯出了它們的局限。

  內置式熱力除氧器在結構上改變了常規除氧器的概念、使除氧器在設計、制造、工藝操作上更為簡單、適應變工況的能力更強,且運行費用低,投資省,應用范圍廣泛。


 


二、內置式除氧器的工作原理

  內置式熱力除氧器采用物理方法進行除氧,除氧過程分為兩步進行。

(1)補給水或冷凝水噴入蒸汽空間(初級除氧)

(2)通過蒸汽排管,蒸汽穿越水箱將水中氧氣攜帶出達到除氧目的(二次除氧)

  物理除氧的基本原理基于拉烏爾定律(Raoult’slaw),即“液體每一組分氣體表面分壓等于該組分在液體溶液中的摩爾分率與該溶液溫度下該組分的的飽和蒸汽壓的乘積”。

  對于A、B組分的溶液,總蒸氣壓為P,摩爾分率為Xa和Xb,按道爾敦分壓定律:

P=Pa+Pb (1)

其中Pa、Pb表示兩混合組分的蒸氣分壓,按拉烏爾定律有:

Pa=XaPa* (2)

Pb=XbPb* (3)

Pa*、Pb*分別代表A、B組分在液體溫度下的飽和蒸氣壓

  從(2)、(3)式可以得出,當某種組分的摩爾分率趨于零時、其氣體分壓也趨于零,或 氣體分壓趨于零時其摩爾分率也趨于零。


 


  且在氣相平衡中當一個平衡在被打破以后,它將自行趨于恢復新平衡,每一平衡的打破將造成蒸汽中局部非凝結氣體壓力的降低和水溫的升高。

  在水溫低于飽和點時,由于局部非凝結氣體壓力降低,蒸汽分壓升高,可以將該部分的非凝結氣體從蒸汽中除掉。通過提高溫度,將非凝結氣體在水中的溶解性降低。

  當除氧器在一定壓力運行時,水溫升高到飽和溫度后,水-汽壓力相等,也即局部非凝結氣體(包括氧氣)的分壓力為零,達到除氧的目的。

  值得注意的是除氧過程中降低局部非凝結氣體的壓力和(或)增加溫度并不是除氧的唯一重要因素,氣體的傳送速度也部分地起著作用。該速度由以下因素決定:

  按亨利定律確定的氣體在水中的擴散程度

  蒸汽和水的流量

  水-汽接觸面大小及水容積之間的比例

  冷、熱介質流量、除氧器結構型式及不凝氣體本身性質也影響除氧效果。


 


1、初級除氧區

  補給水或冷凝水通過噴頭將水分解形成霧狀小水滴,并且根據水流量的大小進行調節,使得水滴的大小在不同流量的情況下保持恒定不變。水滴高速噴嘴中射出進入水箱中的蒸汽空間,水與蒸汽接觸加熱,水溫升高,非凝氣體中在水中的分壓逐步降低。噴流的水碰到水箱擋板或水箱壁下落,從而被碰撞成更小的水滴。


  水滴在汽空間停留時間不到1秒。在汽空間,連續不斷的補充蒸汽可以確保蒸汽分壓足夠高,局部非凝結氣體的分壓僅能維持在很低水平。在水滴通過較高溫度的蒸汽時,蒸汽在水滴的表面出現凝結,從而使得水滴的溫度升高。該加熱過程所以能夠很快完成,得益于水滴接觸面積大。在水滴進入蒸汽空間后,蒸汽中局部非凝結氣體的壓力較非凝結氣體在水中的含量而言非常低。由于溫度升高而產生的這種較低的局部壓力和非凝結氣體在水中的溶解性降低迫使非凝結氣體從水中分離出來。


2、二次除氧區

  由于水在噴霧區的蒸汽空間停留的時間較短,可能使水難以達到理想的除氧效果。為此,在除氧器水箱下部空間設置多孔蒸汽排管,殘余的非凝結氣體,借助蒸汽排管排出的蒸汽穿過水中帶走。


  當蒸汽的氣泡穿過水中,根據拉烏爾定律(Raoult’slaw),蒸汽氣泡內的氣體與其鄰近的不溶氣體間建立了一種相間平衡。獲得這種平衡需要足夠的接觸時間。為此在設備內部結構設計時考慮產生較小的氣泡并在水中的行程足夠長,通過設計蒸汽排管上小孔尺寸、數量及排列角度來滿足上述條件。蒸汽排管的第二種功能是能使除氧器快速啟動、使出水水質在最短時間達到設計要求。與其它任何一種蒸汽加熱方式相比較,水箱底部蒸汽排管的優勢在于能夠使得水箱中的水得到徹底除氧。


三、內置除氧器的主要特征

從國際國內的實際應用情況得出,內置式有以下幾個方面的特征:

(1) 可靠性/可用性高

由于內置除氧器結構簡單,唯一需要維護的就是噴嘴,但噴嘴是標準化產品,在進水符合設計條件時基本無需維護。

(2) 實際運行表明,在10%~100%負荷變化范圍內,除氧器出水含氧量能達到≤5ppb。

采用等流速噴嘴,霧狀水滴的大小不受負荷變化的影響。

(3) 為保證有足夠的蒸汽流動加熱和攜帶不凝氣體,內置式除氧器水的進、出溫差應符合下列要求:

運行壓力P(Mpa.A) 進、出水溫差(℃) 備注

 最小 最大 

0.02<P<0.05 3 30 

0.05<P<0.1 5 5 

>0.1 8 >100 


(4)從前面的工作原理可以看出,正常情況只要維持水箱內的汽液平衡,不以蒸汽和水霧的對流流動進行除氧,不凝氣體也只有達到一定濃度才開始打平衡從排氣管排出,除氧器的排汽損失很小,通?!?00kg/h,最低可到10kg/h。常規除氧器的排氣損失在除氧器出力的1‰還多,僅此一項每年將為用戶節省不少運行費用。

(5)除氧器器具有良好的滑壓運行性能。運行壓力從0.02 ~1.0MPa.A。

(6)由于除氧器的加熱介質置于水中,在開車階段其就具備了啟動快的性能。

(7)從前面介紹的應用場合看出,除氧器的加熱介質可以是蒸汽、水/汽混合物或熱水,而不象常規熱力除氧器只能用蒸汽加熱。

(8)由于采用單容器設計,對于大型機組,節省投資極其明顯。

(9)由于除氧器能在很低的壓力下(如真空狀態)達到很高的除氧效果(≤7ppb),除氧器框架高度降低、容器壁厚減少,減少工程費用,設備布置就容易得多。

(10)通過噴嘴的自調節作用,在運行中噴嘴阻力降在0.03~0.06MPa范圍內。噴嘴調節比可達10:1。

(11)根據除氧器出力不同,噴嘴型式也不同,噴嘴單個噴嘴流量在10t/h~1200t/h范圍,400t/h以下采用彈簧噴嘴,大于400t/h小于1200t/h用圓盤噴嘴,出力大于1200t/h的除氧器采用雙噴嘴兩端布置,中部設置出水口。

(12)由于結構簡單。除氧器設計可以采用國標GB150-1998、ASME、BS標準,可以適用于國內、國際不同客戶要求的場合。


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