凝结水在流经负压系统设计中的应用

一、概述

凝结水在流经负压系统时，从密闭不严密处会有空气漏入凝结水底，加之凝修护中也富含一定量的空气，这部份二氧化碳在满足一定条件下，除了会磨蚀系统中的设备，并且使加热器及机组的传热能力下滑，增加锅炉的经济性。为了提高给水系统和省煤器、水冷壁管的磨蚀,主要的方式是提高给水中的溶化氧，或在一定条件下适当提高溶化氧，改善氧磨蚀，并适当增加给水PH值，去除CO2磨蚀。

脱气方式分为物理脱气和热力脱气两种，电站常用以热力脱气为主，物理脱气为辅的方式进行脱气。

物理脱气法是运用这些易与氧发生物理反应的物理药剂，使之与水底溶化的氧发生物理反应，生成对金属不形成磨蚀的物质而达到脱气的目的。物理脱气只好彻底去除水底的氧，而不能去除其它二氧化碳，同时生成的氧化物将提高给水中可溶硫化物的浓度，且药剂售价高昂，故物理脱气只作为辅助脱气方式。

脱气器是运用热力脱气原理进行工作的混和式加热器，既能解读去除给水中的溶化氢气；又能存储一定量给水，改善凝结水与给水的流量不平衡；能够运用回热抽汽加热给水，增加锅炉热效率。在热力系统设计时，也用脱气器回收高质量的疏水和门杆漏汽。

锅炉正常运行时，选用加氨、加氧联合水处理方法（即CWT载荷），这时脱气器完成加热器的作用，并去除其它水融性氢气；而在启动阶段或氨氮异常的状况下，选用给水加氨、加联胺处理（即AVT载荷），增加水底的氧浓度，降低氧磨蚀，这时脱气器既完成加热给水的功能，又起到脱气的作用。

我公司选用无头喷雾式脱气器（见右图）。脱气器的设计应满足以下几点要求：脱气能力满足机组最大负荷的要求，水体积足够大且有一定裕量，设有避免超压和水位过低的举措。

无头喷雾式脱气器结构简图

脱气器的加热汽源设计由脱气器系统的运行模式决定。当脱气器以带基本负荷为主时，多选用定压运行模式，供汽汽源管道上设有压力调节阀，要求汽源的压力略低于定压运行压力值，并设有更高中级压力的汽源作为备用。这些方法节流损失大，效率较低。而以滑压运行为主的脱气器，供汽管道上不设调节阀，脱气器的压力随锅炉负荷而改变。此种运行模式因不发生节流，其效率较高。

我公司脱气器选用定-滑-定压运行模式，设有两路汽源：本机四段抽汽和辅汽。在四抽管道上只设避免汽轮机进水的截至阀和逆止门，不设调节阀，实现滑压运行。而辅汽供汽管道上设压力调节阀，适于脱气器定压运行时的压力调节。

二、除氧器工作原理

1、热力脱气原理是按照道尔顿定理和亨利定理为理论基础的。

1.1亨利定理

在一定湿度下，当溶于水底的二氧化碳与水底漏浆的其它处于平衡状态时，单位体积水中溶化的二氧化碳量和海面上该二氧化碳的分压力成反比。某二氧化碳在平衡状态时的分压力称为平衡压力。假如海面上某二氧化碳的世纪分压力大于水底溶化二氧化碳所对应的平衡压力，则该二氧化碳都会在不平衡压差的作用下，自水底漏浆下来，直到达到新的平衡为止。假如能从海面上完全消除硫化氢，使二氧化碳的实际分压力为零，就可以把二氧化碳从水底完全去除。这就是热力脱气的基本原理。

1.2道尔顿定理

混和二氧化碳的全压力等于各组成二氧化碳的分压力之和。在脱气器中，湖面上的蒸气量不断提高，蒸气的分压力日益下降，及时排出二氧化碳，相应的海面上各类二氧化碳的分压力不断增加。当水被加热到脱气器压力下的饱和气温时，水大量蒸发，水蒸气的分压力才会接近海面上的全压力，随着二氧化碳的不断排出，湖面上各类二氧化碳的分压力将趋近于零，然后水底的气感受从水底逸出而被去除。

1.3热力脱气是一个传质、传质过程，要保证理想的脱气疗效，应当满足以下条件：

（1）一定要把水加热到脱气器压力下的饱和体温，以保证海面上水蒸气的压力接近于海面上的全压力；

（2）应当将水底逸出的二氧化碳及时排出，使海面上各类二氧化碳的分压力减至零或最小；

（3）被脱气的水与加热蒸气应有足够的接触面积，且二者反向流动，那样除了加强传质，并且保证有较大的不平衡压差，使氢气分离下来。

2、气体从水底漏浆下来的过程基本上可分为两个阶段：

第一阶段为早期脱气阶段。此刻，因为水底的二氧化碳较差，不平衡压差较大，二氧化碳以小气泡的方式摆脱水的粘滞力和表面张力逸出。此阶段可以去除水底80％－90％的氢气。

第二阶段为深度脱气阶段。此刻，因为水底还残留着少量的二氧化碳，相应的不平衡压差很小，二氧化碳已没有足够的动力摆脱水的粘滞力和表面张力逸出，只靠单个分子的扩散作用逐渐漏浆下来。这时可用加强饮料接触表面积，使水产生水膜，降低其表面张力，进而使二氧化碳容易扩散下来。也可以用蒸气在水底的鼓泡作用，使二氧化碳分子粘附在汽泡上从水底逸出。

三、除氧器介绍

1、除氧器结构

SSD-2010/235单筒式脱气器结构见右图，脱气器主要部件有外壳、支座、进水装置、弹簧喷管、受水箱装置、散水瓶装置、除氧盘、内部平台、排汽装置、加热蒸气装置、高加疏水装置、再循环管及再沸腾装置等。

SSD—2010/235单筒式脱气器

│∣└───表示脱气器贮水有效体积235m3

∣└───表示最大出力2010t/h

∣（不大于机组最大连续蒸发量的105﹪时所需给水量）

└─────表示单筒式脱气器英语第一个字母简写。

脱气器结布光1

脱气器结布光2

1.1外壳

外壳是由筒身和两端两个标准的抛物线形弯头焊制而成，立式放置，材料为16MnR；外壳上焊有不同尺寸的对外接管，供各类不同汽、水进出脱气器连结用。两端弯头上各装有一个安装、检修时用的DN600人孔.

1.2支座

脱气器设有鞍式支座三个，装在脱气器上方，后边支座为固定支座，两端支座为滑动支座，脱气器在受热膨胀后，可自由滑动。

脱气器外观图

1.3进水装置

是由1根Φ480×14的给水母管和在母管全长范围内均匀布置的16个Φ108×9的管接头焊制而成。凝结水经给水母管被分配到各接管，之后流入到弹簧喷头。

1.4弹簧喷管

脱气器底部均匀布置16个100t/h出力的喷管。喷管与进水装置选用冲压连结。喷管部件选用碳钢材料制成。喷头在额定流量(100t/h)时的压差为0.05MPa左右，喷管的流量是随压差降低而降低。喷管用弹簧调节使水在各类负荷状况下都能保证水成膜良好，以适应脱气设备变载荷的还要。同时喷管只是一个逆止阀，它能避免蒸气倒流入凝结水底，所以本喷管能避免水锤现象，一般也叫做喷雾阀。

凝结水经给水母管分配踏入各个喷雾阀，喷雾阀将水以膜状涌出，与脱气盘上方上升来的加热蒸气接触，被加热至或接近脱气器工作压力下的饱和体温。

脱气器内部结构1

1.5受水箱装置（脱气器内件）

受水箱是由碳钢板材压制而成，用螺丝螺帽固定在侧挡板和前后围板上，适于搜集喷雾阀涌出的水，使水按规定的方向流动，同时将水分配到受水箱下边的散水缸中。

1.6山墙瓶装置（脱气器内件）

山墙瓶装置是由碳钢板材制成的桶状结构，用螺钉螺丝固定在挡板上，适于搜集受水箱分配出来的水，一组山墙瓶装置其顶部共开有300个Φ14.5的孔，使水才能均匀地以细水流状落在其下开有锯齿状的装置上，给水被粉碎、打破不锈钢减压阀，并以雨淋状落入下边的脱气盘。

1.7脱气盘装置（脱气器内件）

脱气盘是一种高效的脱气器件，本设备共设有脱气盘数为128个，材料为SA-。每位脱气盘是由若干个铸铁板条压制成的V型板条装配而成，每位V型板条的两边沿开有太多光滑的锯齿状槽口，水在这儿被重新破碎、剖析，产生膜状一层层向上流动，同时水在脱气盘中还做纵向流动。脱气盘固定在由型钢制成的框架内，每位脱气盘之间的连接是用槽口互相嵌接，最后一块脱气盘放入后，应按照实际状况用调整板将其固定住，调整板的详细组装，按组装总图（F51）。

1.8内部平台

在脱气器内部装设有三个小的平台及三个电梯，适于在现场水压实验完成后，组装脱气盘用，同时也可适于检修其它内部零部件。

1.9排汽装置

本脱气设备的排汽系统分为启动排汽和连续运行排汽。在设备的左右两部份各设有一个Φ108×4的启动排汽管，在管道上装设有电动进气阀和减压阀，适于在启动时通畅地排出设备内的不凝结二氧化碳和氢气。

连续运行排汽装置是由腹杆在设备上的16个抽汽管和抽汽管上的节流孔板组成。在设备连续运行时由16只抽汽管及节流孔板连续不断地抽出二氧化碳及其它不凝结二氧化碳，以保证脱气过程中被析出的二氧化碳和其它不凝结二氧化碳及时地排出。

1.10加热蒸气装置

加热蒸气装置是由Φ480×14的管子及套管和防冲装置组成，防冲装置拿来避免蒸气踏入外壳后对器壁和内部零部件的泥岩。套管是为了避免低温蒸气与筒壁直接接触，形成过大的局部温差蠕变。

1.11高加疏水装置

高加疏水装置是由一根Φ426×11的管子及固定装置组成，在管子上开有20个40×240的腰形孔，适于高加疏水通畅地步入脱气器中，进行滤饼。管子材质：20.

1.12给电机再循环管

再循环接管共3根，其中2根型号为Φ273×11，另1根型号为Φ219×9，管子插入水箱正常差压以下，在其上均开有232个Φ18的孔。其作用一是锅炉在启动或低负荷时给水经再循环接管返回脱气器，维持给电机流量，以防止给电机汽蚀、振动；二是锅炉启动时，给水含氧量未达到标准，不能向机组自来水，脱气水通过再循环管返回脱气器。

1.13再沸腾装置

脱气器设有两个对外连结的再沸腾接管，再沸腾装置是由两根Φ273×7的进口管和Φ273×7的布汽母管及均匀分布的18个支管组成。蒸气通过在每一个支管上的12个Φ10的小孔涌出，水被均匀地加热，此种结构可以降低震动和噪声。

再沸腾装置的作用一是锅炉启动时，尽早把热水加热到脱气设备工作压力下的饱和体温，推动给水脱气速率;二是在正常运行时假如出现给水含氧量不合格，则可以自此管通入辅助蒸气，使脱气器中的水再沸腾，起到辅助去除给水中的二氧化碳及其他不凝结二氧化碳的作用。

2、本脱气器脱气过程

凝结水通过给水母管步入到弹簧喷管中，因凝结水的压力低于脱气器内的工作压力，两边的压差作用使喷管打开，凝结水以膜状喷至第一受水箱和第二受水箱中，存于受水箱中的水流经下边的散水缸上的锯齿时被粉碎和断裂，于是均匀流到下边的脱气盘上。在此过程中，蒸气自下而上向下流动，与凝结水充分接触，将凝结水加热至接近脱气器工作压力下的饱和体温，除去凝结水底大部份的氧量。被加热脱气的凝结水均匀地洒在下边的脱气盘上，在这儿水再度被不断地破碎、剖析，产生膜状一层层向上流动，同时水在脱气盘中还做纵向流动，提高了饮料接触的面积，保证了传热传质的时间，使凝结水与自下而上的蒸气充分接触，为溶氧的逸出提供足够长的时间和动力。因而达到深度脱气，使机组给水含氧量达到标准要求值。

脱气器脱气过程原理

在脱气过程中不断析出的二氧化碳和其它不凝结二氧化碳通过下部的16个排汽管经节流孔板、排汽母管不断地排出。达到标准值的脱气水贮存于上部的储水空间中，以满足对机组自来水的要求。

3、除氧器功耗

正常运行时，脱气器的储水量能维持BMCR载荷运行5～10分钟；我公司水箱贮水量为机组最大连续蒸发量（BMCR）时～6.5min的给水消耗量。水箱贮水量是指水箱正常水位至水箱进水口底部水位之间的贮水量。

脱气器在正常运行状况下（滑压运行），脱气器出口含氧≤5PPb（μg/l）。

当机组冷态启动时，脱气器能在指定的压力、流量下运行，且温度能满足机组启动的要求。

低压加热器停用等异常载荷，脱气器能满足此刻的给水气温和流量要求。

脱气器具备较高的效率，能将排汽损失降至最低值。

4、安全保护系统

4.1安全阀

为避免脱气器超压，配有A48Y-25弹簧全启式安全阀2只，开启压力1.4MPa，2只安全阀总排汽量约126.876t/h。当脱气设备内的工作压力达到1.4MPa(g)时安全阀手动开启泄压，起到安全保护作用。

4.2溢流、紧急放水管

脱气器水位过低或许导致脱气器超压，当脱气器水位失控并且满水时或许使汽轮机进水，导致恶性车祸。因而脱气器内设有脱气器溢流与放水口，并在次序控制中设有高水位限制（见右图）。2个放水口均在正常水位以上。

脱气器溢流、紧急放水管

当水位上升至较高值时，先打开溢流阀抛掉部份给水；在脱气器水位上升至高高值时，紧急放水阀打开。2路均放水至凝汽器。

4.3停机放水管

当脱气器停航还要放水时，可开启最上方的停机放水门，放水至有压放水母管。

5、除氧器供汽模式

本设备运行模式：定-滑-定压运行。脱气器启动时选用辅助蒸气定压运行；当锅炉带到一定负荷后，加热蒸气切换到再热冷段,于是切换到汽轮机4段抽汽，滑压运行；锅炉负荷降至一定值后，4段抽汽不能满足脱气器运行要求时，再度切换到再热冷段或辅助蒸气，定压运行。滑压运行时其压力追随锅炉的负荷而变化，其抽汽管道上只有避免汽轮机进水进汽的电动关断阀与逆止阀，不设调节阀。

滑压运行范围为：0.-1.(a)，辅助蒸气：压力0.8MPa，气温250℃；除碱水：压力3.0MPa，气温~20℃。

6、除氧器检测装置

1）脱气器装设单室平衡容器3套，分别装在脱气器的左侧。

用它来取脱气器高、低水位讯号。当脱气器水位高或高于正常水位一定值时，平衡容器发出的水位讯号经相序差变送器弄成联通号送到手动水位调节装置，进行调节。

2）磁翻板式差压计2套，安装在脱气器左右两边各一套，就地监督脱气器内水位的高低。

3）2只压力表安装在脱气器左右两边，适于就地监督容器内压力。

4）2只双金属体温计安装在脱气器左右两边，就地监督脱气器内的介质体温。

7．脱气器布置

为避免给电机汽蚀，给水后置泵布置在零米，脱气器布置在24.0m，减小给电机的有效汽蚀余量。

8、除氧器水位保护

8.1脱气器高水位保护分为三档：

第一档——高水位：报案（操作人员觉得有必要时开启溢流阀）；

第五档——高高水位：打开紧急放水门，危难放水；

第三档——危险高水位：私自关掉抽汽阀门和抽汽电动阀。当水位达到正常值时，可以联关紧急放水门、溢流放水门。

8.2脱气器低水位保护应分为两档：脱气器水位保护设置图见右图。

第一档——低水位：报案；

第五档——危险低水位：停给电机等保护装置。

脱气器水位标尺

四、除氧器技术规范

1、除氧器结构参数

脱气器结构型式表：

序号

项目

参数

1

脱气器型式

立式、无头、喷雾式

2

脱气器规格

SSD-2010/235

3

脱气器总体积

357m3

4

脱气器有效体积

235m3

5

脱气器最大出力

2010t/h

6

直径

7

宽度

8

壁厚

28mm

9

重量

2、除氧器技术参数

脱气器技术参数表：

序号

项目

参数值

1

设计压力

1.48MPa

2

设计气温

381℃

3

最高工作压力

1.（a）

4

最高工作气温

400.5℃

5

单个喷管额定出力

100t/h

6

安全阀起座压力

1.4MPa

7

安全阀通流量

126.876t/h

8

出口凝结水含氧量

≤5μg/l

9

进口处凝结水盐度

140.8℃

10

出口处凝结水盐度

187.9℃

3、水质要求

脱气器的给水质量要求表：

序号

项目

参数值

1

阳离子导电率（25℃）

≤0.15μs/cm

2

PH值

8～9

3

强度

≈0mmol

4

Fe铁离子

≤10μg/l

5

Cu离子

≤3μg/l

6

SiO2

≤15μg/l

7

溶化氧

30～200μg/l

五、除氧器运行

1、概述

1.1在锅炉启停过程中负荷大于15％BMCR时，脱气器定压运行，利用辅汽将脱气器压力维持在0.147MPa。

1.2当四抽压力满足要求时，切换至四抽供脱气器汽源，踏入滑压运行阶段。

1.3正常运行时用主机四段抽汽维持脱气器滑压运行，滑压运行范围是0.­至1.。

1.4在车祸或停机状况下，负荷回升至20％BMCR时，汽源由四抽切为辅汽带，维持0.定压运行。

1.5脱气器水位的调节主要通过两路脱气器上水调阀（并有电动旁路）来完成，并设有水位互锁和保护装置。

2、除氧器启动

2.1启动前检测与打算

（1）检测并确认凝结水系统运行正常，凝结水氨氮合格，辅汽压力和湿度等满足要求，脱气器的水位变送器和就地水位计已正常投入，水位连锁保护实验正常。

（2）检测关掉以下所有管件：放水阀、给水后置泵进水阀、高加进气阀、充氮阀、高加疏水阀、四抽至脱气器的电动隔离阀、辅汽至脱气器的电动隔离阀、两路脱气器的水位调节阀和旁路阀；

（3）检测开启以下管件：两路脱气器上水调阀前后自动阀、辅汽供脱气器电动阀自动阀、除氧器放水电动阀自动阀、除氧器的启动排空阀、连续排空阀。

（4）辅汽及四抽供汽管暖管，疏水。

2.2上水加热

当凝结水系统冲洗合格后方开始脱气器上水。

脱气器冲洗可与给水系统的冲洗同时进行，脱气器出口给水含铁量≤50μg/l，漂浮物浓度≤10μg/l时，冲洗合格。

开启脱气器上水调阀向脱气器上水至正常水位，于是将脱气器上水调阀投入手动，脱气器上水调阀手动维持脱气器水位在设定值。

上水完毕后平缓开启辅汽至脱气器的供汽调阀，脱气器回暖降压。脱气器加热过程中，留意控制回暖降压速率，避免脱气器震动。温升率控制在30～40℃／时左右，降压速度大于2Kpa/min，将脱气器温度加热到机组对上水温度的要求。

当脱气器压力接近0.147MPa时，将脱气器的压力调节阀投入手动，脱气器压力调阀手动维持脱气器定压运行。

当脱气器温度达到111℃，按照给水的溶氧量可关掉脱气器的启动进气门，调整连续进气门的开度，提高饮料损失。

当机组上水时，脱气器处理的水量增多，这时非常留意脱气器的震动，进水量不可猛然降低过多。

3、除氧器运行

3.1脱气器的汽源切换

当四抽压力低于脱气器的压力时不锈钢减压阀，开启四抽电动隔离阀，维持略低于0.的压力运行，将脱气器的汽源切换为四抽带。在辅助汽源退出运行后，供汽管上的疏水门应开启，使辅汽供汽管线一直处于热备用状态。

当切换完毕后脱气器踏入滑压运行阶段，当锅炉负荷小于20％时，四抽抽汽供脱气器电动隔离阀开启后，确认四抽管线上的疏水阀关掉。

3.2脱气器的“返氧”和“再生沸腾”

无论选用定压还是滑压运行的脱气器，在负荷发生变化时，均有或许形成“返氧”或“再沸腾”现象，尤其滑压运行的脱气器发生的或许性更大。

当负荷上升时，脱气器内压力逐渐上升，而脱气器内的温度变化滞后于压力的变化，不能立刻下降，而弄成欠饱和水。因为二氧化碳在不饱和水底的溶化度小于在饱和水底的溶化度，然后早已析出的二氧化碳又再次返回到给水中，使脱气效率下滑，此即“返氧”现象。

“返氧”现象的发生不会导致给电机发生汽蚀。在运行中脱气器的压力下降的或许性较小，而压力突降则常常发生，这时易发生脱气器的“再沸腾”现象。脱气器的再沸腾的成因在于不同压力下水的饱和湿度不同，较高的压力对应较高的饱和体温。当脱气器的压力突降时，给水气温小于给水在该压力下的饱和体温，使给水发生熔化，即“再沸腾”。依据热力脱气原理，给水发生再沸腾时，其脱气疗效更好，但此刻给电机发生汽蚀的或许性减小，故滑压运行的脱气器应非常留意避开压力突降。

3.3脱气器排汽量的调节

脱气器排汽量的多少直接与脱气疗效和经济性相关，其排氧门的开渡过大，排汽损失加强；过小则增加脱气能力，其开度应当经过现场运行调整后确定。

我厂脱气器只有在锅炉启动阶段，对给水进行脱气，较高负荷时排氧门全关，进行连续进气至凝汽器。

4、异常和车祸处理

脱气器运行中的典型车祸主要有压力、水位异常、除氧器震动等。

4.1脱气器压力异常

脱气器压力异常表现为压力的突升和突降。

压力突升的成因，或许是脱气器的进水量突降、机组超负荷运行、高加疏水量大、除氧器的压力调节阀失灵等。发生压力突升时，应立刻检测病因，并作相应处理，必要时可自动调节脱气器压力，防止脱气器超压运行持续。

当脱气器压力突降时，应立刻检测脱气器的进水量、压力与负荷是否适应；若加热汽源是辅汽，留意监视辅汽压力调节阀的动作是否正常，必要时可自动调节。

4.2脱气器水位异常

脱气器水位异常变化主要是由进、出水丧失平衡和脱气器内部压力突变导致的；这时应找出主要诱因并针对处理，不可盲目调节，避免脱气器满水。

4.3脱气器停航

正常停机时，随着锅炉负荷的增加，脱气器的压力、温度和进水量日益增长，当负荷降到20%时，脱气器汽源切至辅汽，维持脱气器定压0.运行。并监视脱气器水位、压力和湿度与锅炉负荷相适应，按照还要提高脱气器的上水量至零，并退出脱气器加热装置。

六、除氧器停航保养

停航在一周以内者，可以稍开备用汽源，并关掉其它各类汽、水进出阀，进行热态保护，内部压力可维持在0.02MPa。

较长时间停航（一周以上）应放净内部积水作充氮保护，维护充氮压力0.02MPa或用其它保护举措（将器内吹干放防腐剂等）。以防除氧器内壁受二氧化碳或其它有害二氧化碳的侵蚀。

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