第六节 除氧器系统一、概述凝结水在流经负压系统时，在密闭不严处会有空气漏入凝结水中，加之凝结水补给水中也含有一定量的空气，这部分气体（主要为O 2、CO 2、N 2 ）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降低。

O 2会对钢铁构成的热力设备及汽水管道产生强烈的腐蚀作用；CO 2的存在会加速氧腐蚀，这种氧腐蚀通常发生在给水管道和省煤器内；N 2妨碍热交换设备的传热，降低传热效果。

为了防止给水系统的腐蚀，主要的方法是减少给水中的溶解氧（即A VT 工况），或在一定条件下适当增加溶解氧（即CWT 工况），缓解氧腐蚀，并适当提高给水PH 值，消除CO 2二、除氧原理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。

（一）化学除氧法 随着大容量机组和高压锅炉的出现，亚硫酸钠除氧逐渐被联氨所取代。

联氨与氧反应生成氮气和水，且过量的联氨不会产生可溶性固体，氨可以增加炉水的PH 值，有利于锅炉的保护。

联氨具有缓蚀功能，它是一种还原剂。

特别是在碱性溶液中，它是一种很强的还原剂，它可将水中的溶解氧彻底还原，反应如下：N 腐蚀。

锅炉给水溶解氧的控制指标：过热蒸汽压力≤5.78MPa 时，给水溶解氧应≤15μg/L ；过热蒸汽压力≥ 5.88MPa 时，给水溶解氧应≤7μg/L 。

2H 4十O 2 →N 2十2H 2O （1） 反应产物是 N 2和 H 2O ，对火力发电厂热力设备及系统的运行没有任何害处。

所以，目前各电厂去除给水系统中的残留溶解氧，都采用加联氨处理。

联氨在高温下还能将 CuO 和 Fe 2O 3等氧化物还原成 Cu 或 Fe ，从而防止了锅炉设备内结铁垢和铜垢。

机组正常运行时，采用加氨、加氧联合水处理方式（即CWT 工况），CWT 称为复合氧处理法，它是在微碱性水环境条件下（PH=9.0左右），通过向给水中注入微量氧形成溶解度极低的三价氧化铁保护膜，氧气和铁及铜腐蚀产物反应生成具有钝化保护作用的Fe 3O 4和Cu 2O 层。

来达到抑制腐蚀的目的，这时除氧器完成加热器的作用；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A VT 工况），A VT 即全挥发处理，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。

化学除氧特点：价格贵，只能除氧（彻底），不能除去其它气体，只能作为辅助除氧手段。

（二）热力除氧法亨利定律指出：当液体和气体处于同一平衡状态时，在温度一定的情况下，单位体积液体内溶解的气体量b 与液面上该气体分压力P b pp k b b =成正比。

（2） 式中：p b --在平衡状态下水面上该气体的分压力， MPa ；p --除氧器内水面上气体的全压力，MPa ；k --该气体的重量溶解度系数，它的大小随气体的种类和温度而定。

在除氧器中，某气体在水中的溶解与离析处于动平衡状态时，溶解该气体所对应的平衡压力P f p p k b f=，即：（3）显然：如P b <P f ，水面上气体的分压力小于溶解该气体所对应的平衡压力，即ΔP =P b -P f <0，气体自水中离析，b ￬；反之，当P b >P f 时，ΔP >0，气体继续溶于水中， b ￪ ；如果想办法使P O 2→0，P CO 2→0，P N 2→0,就可以使溶解于水中的气体析出。

道尔顿定律指出：混合气体全压力P 等于其组成各气体分压力之和，即除氧器内水面上混合气体全压力P ，应等于溶解水中各气体（N 2、O 2、CO 2和水蒸气等）分压力P N 2、P O 2、P CO 2、P H 2O 之和：P =P N 2+ P O 2+ P CO 2+…+P H 2O =ΣP j + P H 2O （4） 若定压加热，使P H 2O = P ，则ΣP j =0。

对于给水而言，水面上混合气体的全压力，等于气体的分压力ΣP j 与蒸汽的分压力P H 2O 之和。

可见当增加水面上混合气体中水蒸汽的量时，就可降低氧气的分压力，为除氧创造条件。

水达到饱和温度时，水面上蒸汽的分压力接近于其混合气体的总压力，而不凝结气体的分压力接近于零，这样水中溶解的气体就会不断的排出水面，直至达到此温度和压力下的平衡状态。

热力除氧过程是个传热和传质的过程，传热过程是把水加热到除氧器压力下的饱和温度，传质过程是将水中的气体分离析出。

（三）气体的析出方式气体析出方式大致有两种：一种是在除氧的初始阶段，气体以小气泡的形式从水中逸出。

此时水中气体的含量较多，其分压力大于水面以上气体的分压力，气体会以气泡的形式克服水的粘滞力和表面张力析出，如此除去水中80%-90%的气体。

另一种是气体以扩散形式从水中逸出。

经过初级除氧的给水中仍含有少量气体，这部分气体的不平衡压差很小，气体离析的能力较弱，为达到深度除氧目的，可适当增加水的表面积，缩短气体析出路径，强化水中气体的析出（如图1）。

图1气体析出方式1、初级除氧过程在初级除氧阶段，凝结水经过高压喷嘴形成发散的锥形水膜向下进入初级除氧区，水膜在这个区域内与上行的过热蒸汽充分接触，迅速将水加热到除氧器压力下的饱和温度，大部分氧气从水中析出，在每个喷嘴的周围设有排气口，以及时排出析出的氧气。

2、深度除氧过程经过初步除氧的水落入水空间流向出水口；加热蒸汽通过排管从水下送入，与水混合加热，同时对水流进行扰动，并将水中的溶解氧及其它不凝结气体从水中带出水面，达到对凝结水进行深度除氧的目的。

3、水在除氧器中的流程越长，则对水进行深度除氧的效果越好。

为达到良好的热力除氧效果，必须满足以下条件：第一：有足够量的蒸汽将水加热到除氧器压力下的饱和温度；第二：及时排走析出的气体，防止水面的气体分压力增加，影响析出；第三：增大水与蒸汽接触的表面积，增加水与蒸汽接触的时间，蒸汽与水采用逆向流动，以维持足够大的传热面积和足够长的传热、传质时间。

三、除氧器介绍除氧器是利用热力除氧原理进行工作的混合式加热器（如图2和图3），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。

在热力系统设计时，也用除氧器回收高品质的疏水。

除氧器是利用汽轮机抽汽将凝结水加热到除氧器运行压力下的饱和温度，除去溶解于给水中的氧气和其它不凝结气体，以防止和减轻锅炉、汽轮机及其附属设备和管道等的氧腐蚀。

同时，通过回热，使热能得到充分利用，减少了冷源损失，提高机组的热效率。

除氧器的设计应满足以下几点要求：除氧能力满足最大负荷的要求、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。

图2无头喷雾式除氧器简图图3无头除氧器实物图（一）除氧器性能1、正常运行时，除氧器的储水量能维持BMCR工况运行5～10分钟；2、除氧器在正常运行情况下（滑压运行），除氧器出口含氧量≤7μg/l，通常在1μg/l左右。

3、适应负荷变化能力强，定、滑压运行，负荷在额定负荷的10～110％之间变化时均能保证上述除氧效果。

4、当锅炉冷态启动时，除氧器能在指定的压力、流量下运行，且水温能满足锅炉启动的要求；5、低压加热器停用等异常工况，除氧器能满足此时的给水的除氧要求；6、除氧器具有较高的效率，能将排汽损失降至最低值。

（二）除氧器结构除氧器主要部件有壳体、恒速喷嘴、加热蒸汽管、挡板、蒸汽平衡管、排气口、出水管及安全门、测量装置、人孔等（见图4～6）。

1、安全门2、进水口3、排气口4、再循环接口5、四抽供汽接口6、辅汽供汽接口7、高加疏水接口8、就地水位计9、溢流口10、放水口11、出水口12、人孔13、压力测点图4除氧器示意图图5除氧器外部结构图6除氧器管道布置（三）除氧器恒速喷嘴除氧器的两侧分别安装有一个荷兰stork公司生产的恒速喷嘴，凝结水分两路引入这两个喷嘴。

这种碟式圆盘型喷嘴由9个喷水圆盘和4个加强环组成。

喷嘴内部共有九层，水喷出后形成九层水膜，达到既增大水与蒸汽的接触表面积，又缩短了气体离析路径的效果。

图7 STORK内置式恒速喷嘴实物Stork盘形喷雾装置是一种可靠性较高的喷雾装置，设计简洁，适用发电厂除氧器的使用。

盘形喷雾装置不易结垢、堵塞，没有填料箱通道穿过除氧器压力零部件。

（没有填料、衬垫，所以就没有泄漏的危险）。

盘型喷雾装置的主要元件是动力平衡盘，由不锈钢板制成，这些圆盘是通过周边钻孔的环片夹持的，并通过拉杆使其压紧到一起。

圆盘沿着外围均匀地加工了一些凹坑，可在介质的较高压力作用时起到加强和支撑。

在喷雾装置内安装有一分流装置，该分流装置包括一个钻孔区域和一个脏物收集区域。

下图为STORK喷嘴剖面图。

图8 STORK喷嘴剖面图图9喷头弧形圆盘（碟片）凝结水通过主凝结水管路进入喷雾装置。

借助分流装置与夹紧环上的小孔，凝结水到达平衡盘之间，依靠喷雾装置中凝结水的压力和除氧器内蒸汽空间的压力相互作用迫使圆盘相互分开，凝结水几乎全部被分成像水片一样的水帘，通过平衡盘周边的齿确保水帘被断开，这样理想的水珠就能形成并喷射到蒸汽空间。

由于喷头弧形圆盘的调节作用，当机组负荷大时，喷头内外压差增大，弧形圆盘开度亦增大，流量随之增大。

当机组负荷小时，喷头压差降低，弧形圆盘开度亦减少，流量随之减少。

使喷出的水膜始终保持稳定的形态，以适应机组滑压运行。

分流装置像脏物收集器一样在工作，它能阻止凝结水中的粗糙颗粒物进入喷雾装置的平衡盘并将其收集起来。

这样只有那些很细的泥类细流能通过分流装置进入喷雾装置的平衡盘，这些已经不会损坏平衡盘的正常功能或导致平衡盘堵塞。

分流装置收集脏物的容量和方式一般是两次的计划停机检修期间，这时可以拆下接管连接处弯头取出分流装置进行清理（一般情况不需要清理和检修喷雾装置）。

图10凝结水进入喷嘴后走向示意图图11喷嘴工作原理喷嘴流量自动调节原理：凝结水流出喷嘴碟片的流速δπνD Q ⋅=2v （5）其中Q为流量，kg/s；v 为凝结水比容，m3/kg；D为喷嘴碟片直径，m；δ为碟片开度，m。

图12蝶形喷嘴调节原理显然，根据公式（5），当除氧水流量Q增加时，除氧水作用在碟片上的总冲击力F会增加，这个力F使碟片弹性张开，两个碟片间的开度间隙δ变大，反之，流量减少时，间隙δ减小，在喷嘴碟片的弹性范围内，当流量Q增加时，圆盘缝隙的开度δ会相应自动增加，在碟片直径D和凝结水温度、比容不变的情况下，凝结水流出喷嘴碟片口的流速保持基本不变，最终保证喷嘴喷出的水膜成形质量的稳定。

图13喷嘴实际效果图喷嘴抗压力突变的能力差，因此运行中应注意防止凝结水流量大幅波动。

每只喷嘴的最大出力是1400t/h，此时压降为0.056MPa。

（四）挡板在水箱内部设有三种挡板，可防止水箱内出现流量分层现象，喷嘴挡板（大挡板）设在喷嘴的附近，同时可增强雾化除氧效果，另外两块流量挡板（小挡板）分别设在水箱中部和出水管附近，同时可起到分流作用。