660MW熱力除氧器的工作原理分析

康　雷（中國神華勝利發電廠,內蒙古　錫林浩特　026000）

660MW熱力除氧器的工作原理分析

康雷
（中國神華勝利發電廠,內蒙古錫林浩特026000）

摘要：除氧器是一種熱力型除氧設備，廣泛應用于火力發電廠中。它能有效地除去鍋爐給水中的溶解氧以及其他氣體，防止熱力設備的腐蝕，保證了火力發電廠各個設備的安全，經濟運行。本文主要對除氧器的工作原理進行詳細分析，最終為除氧器的運行調整以及故障處理提供堅實的理論基礎。

關鍵詞：除氧器；腐蝕；熱力除氧

0　前言

火力發電廠是利用煤，石油，天然氣作為燃料生產電能的工廠。火力發電廠主要包括汽輪機，鍋爐，發電機等設備。火力發電廠大多數的生產設備為金屬材料制成的。金屬材料非常容易與周圍環境發生化學以及物理反應，最終導致金屬的變質甚至損壞。火力發電廠的金屬腐蝕現象非常普遍，例如鍋爐給水含氧量大會腐蝕省煤器，水冷壁，過熱器以及再熱器管壁，造成爐管泄漏甚至發生爆管的危險，危及人身及設備的安全，造成巨大的經濟損失。因此金屬腐蝕對火力發電廠的安全經濟運行危害非常大，采取正確的防腐蝕措施便顯得尤為重要。

1　金屬腐蝕的機理

金屬的腐蝕主要通過兩個途徑：

1.1化學腐蝕

指的是金屬表面與周圍介質直接發生氧化還原反應引起的腐蝕。化學腐蝕發生在非電解質溶液中或干燥的氣體中，反應過程中不產生電流。

火力發電廠的化學腐蝕主要是過熱器受熱面處發生的腐蝕，腐蝕程度不是很嚴重。

1.2電化學腐蝕

指的是金屬與周圍介質發生電化學作用而引起的腐蝕。金屬與周圍介質形成兩個電極，組成腐蝕原電池。電化學腐蝕比化學腐蝕普遍的多，并且腐蝕速度也快很多。電化學腐蝕不僅發生在金屬表面，而且可以深入金屬內部。

火力發電廠的電化學腐蝕主要以氧腐蝕為主。當鍋爐給水中含有溶解氧超標時，會對鍋爐各受熱面產生電化學腐蝕，隨著含氧濃度的增加，腐蝕速度加快。它最容易發生在給水管道以及省煤器管道中。電化學腐蝕的破壞性也是最大的。火力發電廠金屬腐蝕的防治方法主要是針對電化學腐蝕。

2　火力發電廠的除氧方法

火力發電廠的除氧主要有兩種方法：

2.1化學除氧法

是指將某些易與氧發生化學反應的藥劑加入鍋爐給水中，進而生成對金屬不產生腐蝕的物質來達到除氧的目的。

目前火電廠主要采取的化學除氧方法主要有：亞硫酸鈉處理，聯氨處理，加氧處理，加氧加氨聯合水處理等等。由于化學除氧只能出去水中的氧，而不能除去水中其他氣體，如氮氣，二氧化碳等，同時會增加給水中的含鹽量，并且藥劑價格較為昂貴，因此應用范圍不夠廣泛。

2.2熱力除氧法

指的是利用鍋爐蒸汽來加熱鍋爐給水，將鍋爐給水溫度加熱至除氧器的壓力下對應的飽和溫度，進而使鍋爐給水中溶解的氣體析出，最終達到將鍋爐給水除氧的目的。

熱力除氧是一種物理除氧方法。這種方法不但成本低，而且能夠除去鍋爐給水中溶解的氧氣以及其他不凝結氣體，并且沒有殘留物質，除氧效果非常好，因而在火力發電廠得到了廣泛應用。

3　熱力除氧的原理

熱力除氧的原理主要基于以下四個理論：

3.1道爾頓分壓定律

道爾頓定律是描述理想氣體的定律。它是由英國人道爾頓于1801年提出的。他指出在任何容器中含有混合氣體時，當各種氣體不發生化學反應時，每種氣體會均勻地分布在該容器內，并且該種氣體所產生的壓強與它單獨存在于容器內時所產生的壓強相同。他根據大量的實驗數據得出了道爾頓定律，即：

理想氣體混合物中某一組分的分壓力等于該組分單獨存在于混合氣體的溫度以及總體積的條件下所產生的壓力。而混合氣體的總壓力等于各組分單獨存在于混合氣體溫度，體積下產生壓力的總和。

在火力發電廠的實際生產中，由于汽輪機的排氣裝置始終處于真空狀態，因此排氣裝置管道上的閥門，法蘭等不嚴密處就會有空氣漏入排氣裝置。當排氣裝置內的凝結水與空氣接觸時，空氣中所含有的氧氣，二氧化碳，氮氣等氣體就會溶解在凝結水中。因此可以得出道爾頓定律在除氧器內的壓力方程：

由上式中可以看出除氧器內的混合氣體總壓力等于所有氣體的總壓力與水蒸氣壓力之和。因而可以總結出，將除氧器內的鍋爐給水加熱至沸騰狀態時，此時水蒸汽分壓力接近于混合氣體總壓力。這時水面上其他氣體的壓力總和接近于零，這些氣體便會從水中分離出來，進而達到將鍋爐給水進行除氧的目的。

3.2亨利定律

亨利定律是物理化學的基本定律之一，它是由英國人亨利于1803年在研究氣體在液體中溶解度規律時發現的。其表述為在一定溫度下，某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。表達式為：

下面在除氧器工作原理下分析該方程式。上式中B為某氣體在水中的溶解度。Kb為該氣體的溶解度系數，只與氣體的種類以及水面上該氣體的分壓力以及溫度有關系。Ρb為該氣體在水面上的分壓力。Ρ0為混合氣體的總壓力。由該式可以得出當該氣體在水面上的分壓力降低時。該氣體在水中的溶解度會隨之降低，此時氣體會在壓力差的作用下不斷分離出來。當該氣體分壓力為零時，該氣體便會從水中完全分離出來。

3.3傳熱方程：

傳熱方程是用來計算除氧器工作中為達到理想的除氧效果所需要的加熱蒸汽的總熱量。其表達式為：

式中Qd為計算得出的除氧器的傳熱量。

Kh為傳熱系數，它是表述傳熱過程強弱程度的物理量。傳熱系數的大小是衡量除氧器工作效率的重要參數，它主要受到流體的性質，傳熱過程的操作條件以及換熱器類型的影響。

A為除氧器的內汽水接觸的傳熱面積

△t為傳熱溫差，也稱為傳熱總推動力。它與傳熱壁面兩側冷熱流體溫度以及相對流向有關。

根據傳熱方程可以計算得出將除氧器內的水加熱至除氧器壓力下所對應的飽和溫度時所需要的熱量。在實際生產中即使除氧器的加熱溫度存在微量的不足都會使除氧效果產生較大惡化，使水中的溶氧量大大超過除氧器允許的含氧量指標。

3.4傳質方程

傳質方程用來表述水中的各種氣體離析出水面所需要的動力。其表達式為：

式中G為離析的氣體量

Km為傳質系數

A為傳質面積，即傳熱面積

△p為不平衡壓差，即平衡壓力與實際分壓力之差。在除氧初期水中的氣體以小氣泡的形式從水中離析出來，此時水中溶解的氣體較多，并且其分壓力大于水面以上氣體的分壓力，此時△p較大，氣體便會以氣泡形式克服水面的粘滯力和表面張力而析出。經過初級除氧階段后，水中含有的氣體含量大大減少，氣體的不平衡壓差較小，氣體難以克服水面的粘滯力和表面張力而析出，此時可以加大汽水接觸面積以及縮短氣體離析路徑的方法來強化氣體析出。

4　總結

上述四個理論構成了除氧器基本的工作原理。根據上述理論我們可以總結出除氧器的設計要求以及運行規范，可以在火力發電廠的實際生產中解決除氧器的一些異常乃至故障問題。以下為總結出的保證除氧器理想的除氧效果必須具備的條件。

（1）一定要把除氧器內的鍋爐給水加熱到除氧器壓力下對應的飽和溫度，以保證水面上水蒸氣的分壓力接近于水面上的全壓力。這是氣體離析的首要條件。實際運行中除氧器的加熱汽源主要有輔助蒸汽和汽輪機的四段抽汽。當發生除氧器內給水溫度達不到要求時，應及時檢查加熱汽源壓力以及溫度是否滿足要求。輔助蒸汽供除氧器加熱的調節門開度是否正常。以免出現除氧器加熱蒸汽量不足的情況。

（2）除氧器應具備足夠大的空間，使加熱蒸汽與水有足夠的接觸時間來完成換熱。汽水接觸的時間越長，除氧效果越好。可以在除氧器內設置擋板來延長汽水流通路徑進而延長接觸時間。除氧器運行中要保證除氧器水位在正常范圍內，保證足夠的汽水接觸空間來進行熱量交換。

（3）為了使氣體能夠順利的從水中離析出來，應在除氧初期使水通過噴嘴霧化成小液滴，此時不平衡壓差較大，氣體以小氣泡的形式克服水的粘滯力和表面張力析出；而在除氧后期通過加大汽水接觸面積的方法使水形成水膜，減小其表面張力，從而使氣體容易擴散出來。通過兩個階段的除氧最終使鍋爐給水中的溶氧量達到規定值。

（4）在整個除氧過程中要保證能夠及時將離析出的氣體排出除氧器，以減少水面上該氣體分壓力，有利于氣體的連續析出。否則就會發生返氧現象。在設計排氣口時應有足夠的排氣流量。在實際運行中應該及時根據化驗測得的含氧量來及時調整排氧門開度。當發生水中含氧量激增時，應首先檢查排氧門開度是否正常，如出現電動門損壞或卡澀現象應及時手動開大排氧門。

參考文獻：

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