試論旋膜除氧器研究及應用

周明立（內蒙古大唐國際克什克騰煤制天然氣有限責任公司,內蒙古 赤峰 025350）

1 旋膜除氧器綜述

對于大多數熱力設備而言，鍋爐給水過程中最重要的事情就是除氧，這是因為水中的溶解氧進入管道，不僅會對水管道和相應的熱力設備造成腐蝕作用，還會將腐蝕之后的殘渣等物質帶入到鍋爐內部。經過較長的時間之后，鍋爐蒸發面上的金屬腐蝕殘渣不斷沉淀，增加鍋爐受熱面內壁厚度，不僅會影響加溫效果，也會造成鍋爐管損壞。

因此，除氧處理主要是防止，或者說為了減輕對熱力設備的“氧腐蝕”，但除了溶解氧之外，還會因為熱力設備所處的環境不同，融入一些其他的氣體。例如，發電企業和化工企業的生產環境不同，那么二氧化碳和二氧化硫的進入量和幾率都是不同的。除氧器可以通過水回熱系統的加熱和疏水回收器，減少這種腐蝕作用，并確保余熱得到利用。

需要說明的是，除氧器并不是什么新鮮技術或事物，早在上世紀50、60年代之間，我國就已經開始生產并投入市場。但早期的除氧器較為落后，大多為淋水盤式除氧器，除氧效果有限；在發展過程中，除氧器的設計科學性、制造質量都有所提升，大體上劃分成兩種類型，即，物理除氧和化學除氧裝置。

在已經投產的十多種除氧器中，除氧深度和達到指標基本是相同的，不同的是適應性和穩定性，例如，能否滑壓啟動、能否滑壓運行，對入水口溶氧、入水口水溫的適應性，以及其他等參數。綜合評定之后，數據顯示，旋膜式除氧器的性能是最優的，無論是在淋水密度、提升溫度等方面，以良好的品質在電力系統、石油化工、冶金等領域大量應用，同時，旋膜除氧器與其他類型的除氧器，在同一環境下進行對比，表現出運行穩定、除氧徹底等優點。

2 旋膜除氧器工作原理和特點

2.1 旋膜除氧器的工作原理

旋膜除氧器（標準型）所包括的部分有：旋膜器、水箱、加熱蒸汽導管、起膜管、防旋板以及其他的輔助部分（如：液位計、安全閥、壓力表、水封、溫度計、平衡容器）。

要阻止管道和其他熱力設備腐蝕，除去水中的溶解氧是必要步驟，所用到的原理包括亨利定律（Henry's law）和道爾頓定律（Dalton’slaw）。在等溫等壓的前提下，氧氣在水中的溶解度和液體表面上氧氣的平衡壓力成功正比，而混合在鍋爐給水中的其他氣體，只要不和氧氣發生反映，這種空氣混合物都是均勻分布在熱力設備以內的。

旋膜式除氧器包括成兩級除氧結構：

第一級，由起膜裝置和淋水箅子完成，當汽輪機的凝結水以及化學補充水和其它低于飽和溫度下的疏水進入起膜裝置的水室之后，讓其充分混合，混合的水再次經過固定的管板上的第二層起膜噴管，膜噴管的作用在于，它的噴孔以射流方式在起膜噴管的內壁上，形成高速旋轉、向下流動的水膜；向下流動的水膜與上升的加熱蒸汽接觸后，在容器內部產生強烈的熱交換作用，一直到旋轉的水膜流出起膜管，水溫基本上接近了環境溫度，也就完成了第一級的溶解氧去處過程，這一操作估計可以除掉90%到95%的溶解氧。

第二級，由液汽網填料層完成。作為旋膜除氧器的第二級除氧裝置，液汽網填料層分成雙層或者單層兩種，液汽網本身是一種不銹鋼的扁絲編制或填料層組成的，然后按照自然的狀態形成圓盤狀，一般設定圓盤的內直徑與框架內徑相同，但為了方便固定，通常會加入扁鋼和Φ14鋼筋，在第一級已經除過氧的水，經過液汽網層之后便可以與汽水更加充分混合，在此過程中，水被充分加熱至飽和溫度，水中溶解的氧氣也可以最大限度地釋放出來，這一除氧過程保證了除氧器在變工況運行時的適應性能和穩定性能。

3 旋膜除氧器的結構

標準型旋膜除氧器的結構一般為臥式雙封頭，但是除氧塔為立式單封頭，用來匹配旋膜器和再熱沸騰管結構等部分。

相關的規格參數如下：標準型旋膜除氧器的外直徑約為2500毫米，總長約12000毫米，總高約為6000毫米；水箱外殼體壁厚為15毫米、而除氧塔壁厚為12毫米，材質根據具體需求設定。除氧水箱頂部設有安全閥、壓力表、備用蒸汽、氣相平衡管及泵回流管等接口；除氧水箱體還設有人孔、液位計、溫度計、水相平衡管、排水管及泵進水口等接口；除此之外，除氧頭主要由外殼、旋膜器、淋水箅子、液汽網及蒸汽分配盤等組成。

4 旋膜除氧器的應用

從改革開放以來，我國的工業逐步擺脫了依靠進口和局面落后的狀態，科技的進步提升了各行各業的生產能力，設備更新也是勢在必行。由此分析，早起投入運行的除氧器裝置要么老化，要么無法滿足現有的生產需要，亟待改進。

東北電力科研究所（簡稱東電科研所）、西安熱工研究院都是我國著名的除氧器研究機構，僅在20世紀90年代，從東電科研所研制或改進的工業級旋膜除氧器就有100多臺，包括高壓和低壓不同的規格，在全國范圍內，也有幾百臺各種型號和樣式的旋膜除氧器設備在運行。以下通過具體的例子來闡述旋膜除氧器在不同情況下的應用：

案例一：

1974年，東電科研院和撫順石油二廠下屬熱電廠合作，共同開發了25MW功率的供熱機組，包括配套的G-225型淋水盤式低壓除氧器改造工程，改造的目的是將原有的淋水盤式除氧器變為低壓旋膜式除氧器，可以說這是我國最早的一個旋膜除氧設備。

案例二，1983年，東電科研院和渾江電廠合作，共同完成了升級配套工程，工程項目為旋膜除氧器技術推廣，將原有的100MW機組配套的GC-420型噴霧填料式高壓除氧器進行了改造。

案例三，1987年，東電科研院和朝陽電廠聯合，共同改進1臺200MW機組，完成配套配裝備的淋式GC-670型噴霧填料式高壓除氧器，將其改進為為旋膜式除氧器，大大提升了除氧。

案例四，1983年，東電科研院和西安熱工研究所共同聯合，對位于長江流域的壩橋熱電廠3號機的除氧器設備進行技術改造，改造過程中將原C-150型除氧器升級為標準旋膜除氧器。

案例四，1988年，東電科研院和西安熱工研究再次針對壩橋熱電廠八號機進行技術改造，同樣涉及到除氧器進行技術改造，通過改造前后的對比，改造后的性能遠遠高于改造前的性能。

近年來，我國學者提出了將中壓旋膜除氧器應用到中小型熱電廠的熱力系統中的方案，這一方案的實行，目的是取代原系統中的高壓加熱器及低壓除氧器，從而起到簡化熱力系統、保證鍋爐給水溫度、提高熱力系統循環效率的作用。

5 結語

隨著我國工業現代化的持續發展，國家對于工業設備管理、生產安全問題會越來越重視，因此也要求現代企業在不同的生產細節上進行優化。溶解氧腐蝕對于現代工業而言，是一個常規性技術問題，在解決過程中已經積累了大量的經驗和數據，這對旋膜除氧器的改進和研究是利好條件。

可以預計，旋膜除氧器這種具有良好傳熱性、傳動性的除氧裝置，將會越來越普及，同時在技術的科學性、合理性方面也更先進。如何進一步提高旋膜除氧器的性能，優化整體結構，實現針對不同行業或模塊的標準化生產，是下一步有待深入研究的問題；截至目前，旋膜除氧器的理論研究還存在瑕疵，尤其是針對于民用或中小型熱力設備而言，應用還存在一些障礙，這也需要從實踐中去尋求解決方法。

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