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1、1000WM超超临界火电机组 汽轮机辅机-除氧器简介,一体化除氧器,传统除氧器的型式及问题,内置式除氧器的特点,内置式除氧器的工作原理,内置式除氧器的性能,内置式除氧器的设计参数,内置式除氧器的优点,热力除氧原理,热力除氧原理,单体式除氧器的工作原理.doc,1传统除氧器的型式及问题当前我国电厂中应用的传统除氧器都是由除氧头和给水箱两部分组成，除氧 头负责对进水进行加热除氧，给水箱的功能是储存除过氧的水，供锅炉使用。传统除氧器根据除氧头与给水箱的相对轴线和连接方式有三种型式：立式单封头除氧器、立式双封头除氧器和卧式双封头除氧器。,立式单封头除氧器 立式双封头除氧器 卧式双封头除氧器,立式单封头
2、除氧器在我国电厂中使用时间较长，数量也较多。为满足除氧头排水和除氧头与给水箱之间压力平衡要求，这种除氧器需在给水箱上开设直径较大的孔，其孔径一般为1600 2400mm，达到给水箱直径的0.4 0.8倍，大大超过GB1501998钢制压力容器和 ASME锅炉及压力容器规范中规定的最大允许开孔直径（0.33Do）。大直径开孔和除氧头的集中荷载使得除氧头和给水箱连接处产生很高的局部应力和变形，试验测量表明该处的应力集中系数达到3.54.5，热态应力已超过材料屈服极限。该处冷热态变形量随着内压升高而逐渐减少。冷热态变形会产生低周应力交变，由于该处应力大从而形成低周性疲劳。对滑压参数运行的除氧器来说，
3、这种低周性疲劳容易使壳体产生裂纹。大直径开孔不仅使除氧头和给水箱连接处产生较大应力和变形，而且也使给水箱底部120范围内、加强圈连接处和给水箱鞍座边角处出现高应力区，使得这些部位，尤其是焊缝区域极易产生裂纹。从而给除氧器的安全运行带来隐患。,为了避免在给水箱上大直径开孔，有的制造厂推出了立式双封头除氧器，通过45根管道将除氧头和给水箱连接起来，以多个小孔来代替一个大孔。但是由于受到除氧头直径的限制，小孔间距小于2倍开孔直径，同样严重削弱了给水箱的强度和刚度。应力测试表明，在给水箱表面的应力仍然超过了材料的屈服应力。从80年代起，我国学习引进机组技术，在大机组中逐步采用卧式除氧器。这种结构型式使
4、给水箱上开孔直径减小到600800mm，且开孔间距不受除氧头直径限制，降低了开孔处的变形量和局部应力，但是卧式除氧器的除氧头荷载仍然是通过两个支座作为集中荷载作用在给水箱跨中比较 薄弱的截面上，使得这些截面底部120范围内，与立式除氧器给水箱底部一样，产生高应力区引起裂纹。此外，卧式除氧器的喷雾和淋水距离受到除氧头直径的限制，其传热面积和传质时间比立式除氧器小，不能大幅度提高加热温升，据国外资料介绍，卧式除氧器加热温升一般为3040，在停役12台低压加热器情况下，出水含氧量就不合格。,2内置式除氧器的特点近年来荷兰STORK公司研制出一种内置式除氧器(又称无头式除氧器)，这种除氧器的特点是将除
5、氧头和给水箱合并成一个容器，在该容器中对进水同时完成除氧和储水两个功能。容器上的最大开孔是人孔，其直径不大于500mm。这种除氧器受力均匀，具有较好的强度和刚度。从投产的运行情况来看，这些除氧器出水含氧量一般不超过5g/l。,单容器结构，系统设计简单优化，避免应力裂纹，抗震性能优越；重量较轻，低振动；Stork盘式恒速喷嘴，无转动部件，免维护，性能高度可靠；直径及接口设计灵活，便于运输和安装布置。,整机价格低于常规有头除氧器；节省土建费用：除氧间高度降低了34米；排汽损失低：300MW约70kg/h，600MW约140kg/h，每台机组每年可节省运行费用几十万元；负荷变化范围在10110之间时
6、，均能保证出水含氧量小于5ppb；,典型的STOCK 内置式除氧器总体结构,STOCK 内置式除氧器总体结构见下图 所示。内置式除氧器的正常水位通常设在除氧器纵向中心线上或稍高的位置，在除氧器的汽侧空间布置喷嘴组件。每个蒸汽入口前均设置汽平衡管，以防止机组甩负荷时，除氧器中的水倒吸至蒸汽管道中，对机组的安全运行造成威胁。由于单容器结构取消了除氧头，避免了水箱与除氧头处的应力裂纹，筒体具有较高的强度和较小的应力。此外，由于加热蒸汽从水下送入，使蒸汽迅速减温，除氧器的工作温度为水箱内运行压力下蒸汽的饱和温度，水箱内的温度场分布均匀，使除氧器整体工作温度水平降低，金属热疲劳寿命大大提高，使用寿命大于
7、30年。,3内置式除氧器的工作原理和适用范围除氧形式：喷雾型；除氧原理：在水箱中完成两步除氧：初级除氧阶段：凝结水通过Stork公司的原装喷嘴进行充分雾化，进行初步除氧；深度除氧阶段：蒸汽从液面下的蒸汽分配管喷出，完成最终除氧。,3.1除氧元件由于内置式除氧器的除氧空间小，要求除氧元件具有较高的传热传质性能，特别是在要求较大进出水温升时，传统除氧器的大部分除氧元件已不能满足要求，为此在内置式除氧器中采用了荷兰STORK 公司新型的迭式圆盘型喷嘴。,迭式圆盘型喷嘴由9 个喷水圆盘和4 个加强环组成。每个喷水圆盘由上下两个不锈钢碟形盘组成，在每个碟形盘的内侧边缘各有一个凸型半圆环。进水由上部进入各
8、个碟形盘内侧，在水压作用下，具有弹性的上下碟形盘产生上下位移，使碟形盘内侧的一对凸形半圆环之间产生“张口”，形成一道环形截面，进水通过环形截面和碟形盘的外缘口喷出，形成一层水膜环。当进水流量减少时，进水压力降低，上下碟形盘在弹力作用下，内侧一对凸形半圆环之间的环形截面减小，喷嘴的喷水量相应减小。在没有进水时，一对凸形半圆环全部关闭，喷嘴停止喷水。迭式圆盘型喷嘴正常工作时，加热蒸汽自下而上加热水膜环。逸出的氧气自喷嘴两侧的排气口排向大气。,3.2除氧过程内置式除氧器的除氧过程分为初步除氧阶段和深度除氧阶段。初步除氧阶段是由喷嘴来完成的，凝结水从盘式恒速喷嘴喷入除氧器汽空间，喷嘴将凝结水雾化，然后
9、落入水空间流向出水口，并和蒸汽充分接触，加热到饱和温度，由于在饱和情况下氧气在水中的溶解度为零，因此溶解氧从水中析出，进入蒸汽空间，并聚集在喷嘴的排气区域，在排气区域未凝结的加热蒸汽凝结为水和不凝结气体则从排气口排出。在该阶段除去大部分的氧气。在深度除氧阶段通过蒸汽喷射至饱和水中。加热蒸汽排管沿除氧器简体轴向均布，加热蒸汽通过排管从水下送入除氧器，加热蒸汽与水混合加热，同时对水流进行扰动，使蒸汽和饱和水进一步充分接触，并将水中的溶解氧及其它不凝结气体从水中带出水面，溶解氧将遵循亨利定律从水中扩散到蒸汽中，以达到深度除氧的目的。不凝结气体在流向排气口的流程中，除氧器筒体直径越大，在水容积一定的情
10、况下，则汽空间不凝结气体分压力越小，这样就能有效控制不凝结气体在液面的扩散，避免二次溶氧的发生，因此，除氧器简体采用大直径为佳。,4内置式除氧器的性能4.1加热温升目前我国电站机组在正常运行时，根据机组容量的不同，要求除氧器进水温升在748，在停用一级低压加热器时，要求除氧器温升2958，而内置式除氧器允许温升60.6，完全能够满足机组加热温升的要求。4.2除氧能力按照GB12145-1999火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量标准的规定：在除氧器进水含氧量不超过40g/l 的情况下，除氧器出水含氧量应不超过7g/l。目前实际运行的内置式除氧器出水含氧量仅为05g/l，低于上述国标的规定值。当进
11、水含氧量达到1500g/l 时，内置式除氧器的出水含氧量仍不超过7g/l。4.3出力变化范围根据电站压力式除氧器安全技术规定的要求，除氧器在额定出力、最大出力和最小出力（30%额定出力）之间运行时，除氧器出水含氧量不应超过7g/l。内置式除氧器在额定出力和在30%117%额定出力之间运行时，除氧器出水含氧量一般为03g/l，不超过5g/l，低于国标规定值。,4.4定、滑压运行内置式除氧器既可定压运行，也可滑压运行。在滑压运行时，它能适应机组每分钟3%的升负荷变化率，出水含氧量不超过5g/l。4.5直接进冷水(化学补充水)目前内置式除氧器能直接补充30%额定进水量的化学补充水，当进水含氧量为80
12、0012000g/l 时，其出水含氧量不超过7g/l。4.6抗震性能由于单容器结构，因此显然具有极佳的抗震能力。4.7运行压力范围0.022MPa；适合于真空、大气、过压运行、定滑压运行。4.8排汽损失由于采用了施托克专利的高效雾化喷嘴以及整体设计，其排汽损失只相当于其他型式除氧器的1/4左右，大幅节省运行费用。4.9启动速度由于在除氧器内部专门设有的一套除氧器工作用加热装置(鼓泡管)用于启动，冷启动时间为24个小时。不需要启动再循环泵。4.10振动和噪音虽然蒸汽从水面下通过鼓泡管送入，只要保证蒸汽流速在1580m/s之间，除氧器无振动，噪音很小，不超过63.5 dB(A)。,5内置式除氧器的
13、设计参数,内置式除氧器的优点,(1)负荷适应性好。这种除氧器变化范围在10%110%时,均能保持高效除氧,出口含氧量降至5g/kg 以下。由于凝结水流经喷嘴,出水处雾化效果很好,与水下加热蒸汽经逆向交换后,去除了大部分游离氧,再进一步作水下再热交换,除去了残剩游离氧,达到了出水品质要求。(2)可靠性高。由于在此类除氧器中去除了为数众多的小流量喷嘴和繁复的淋水盘箱,使结构大大简化,加热蒸汽经数支喷管从水下进入,使除氧器整体工作温度下降,金属抗热疲劳寿命大大提高,提高了除氧器的可靠性,使得可用率相应提高。除氧能力可以达到6000t/h,十分适用于大容量火电机组。(3)排汽损失低。在排除非凝结气体时
14、,伴随排出了一部分蒸汽,传统的喷雾淋水盘式除氧器至少要损失600kg/h 蒸汽,而这种除氧器600t/h喷嘴其标准蒸汽消耗量仅为70kg/h,因此每年至少可节约蒸汽费用几十万元。(4)单壳设计。将除氧器和水箱合二为一,在大型机组中大大简化了系统,使电站除氧间高度降低了3m4m,节省了基建费用,同时节省了保温、平台、管道、给水再循环泵的费用。由于除氧头的取消,抗震性得到了提高,避免了水箱支撑除氧器处的应力裂纹。(5)壳体材料采用碳钢。传统的除氧器按用户要求,有的壳体选用了不锈钢+碳钢的复合材料。而在该种除氧器中仅用碳钢就能满足要求。(6)维护方便。单一容器的单体式喷雾式除氧器,结构简单,在300MW 及以上机组仅配一只或两只喷嘴,相对于传统除氧器和水箱而言,安装维护就方便得多,同时备件费用也降低。,
