给水除氧系统课件

给水除氧系统给水除氧的任务和要求给水除氧的方法热力除氧的原理除氧器的种类和结构除氧器的连接系统一、给水除氧的任务和要求

1.给水中气体的来源化学补充水在化学处理时会溶解一些气体。天然水中溶解空气，其中溶解的氧气可达10mg／L。水中溶解气体量的多少，与气体的种类、气体在水面上的分压力及水的温度有关。凝汽器、部分低压加热器及其管道附件，处于真空状态下工作，空气从不严密处漏入主凝结水中。热用户的生产返回水带入气体。开式的水箱和疏水系统也是气体渗入给水中的主要途径。2.给水除氧的必要性水中溶解的氧气会腐蚀热力设备及管道，降低工作可靠性，降低其使用寿命。当给水中溶解0.03mg/L的氧，高温下工作的给水管道及省煤器在短期内会出现穿孔的点状腐蚀。水中溶解的二氧化碳会加快氧腐蚀。不凝结气体将使传热恶化，热阻增加，降低机组热经济性。高参数机组的参数增高使蒸汽溶盐能力加强，汽轮机叶片通道上易形成氧化物沉积而导致机组出力下降、轴向推力增加，机组出力下降。如国外某250MW机组，由于高压段叶片上沉积了5kgCuO，机组出力降低9％。因此高参数机组对给水除氧要求更要严格一些。3.影响氧腐蚀的因素水中含氧的浓度：浓度越高，金属产生氧腐蚀的速度越快。水的温度：水中含氧浓度一定时，水温越高，腐蚀速度越快.水的PH值：在含有氧的酸性水中，PH值越低，腐蚀速度越大；PH值大于8以后，随着PH值的增大腐蚀速度降低；PH值为12时，腐蚀速度很小几乎为零。4.给水除氧的意义与任务意义：为保证发电厂安全、经济运行，必须将锅炉给水的含氧量控制在允许的范围内，特别是高参数大容量的锅炉对给水品质的要求更高。任务：及时除去锅炉给水中溶解的氧气和其它气体，以防止腐蚀热力设备和影响传热。由于除氧器清除的主要对象是氧气，所以习惯上将给水除气设备称为除氧器。5.给水除氧的要求GB/T12145-2008《火力发电机组及蒸汽动力设备水汽质量》汽包炉：3.8MPa≤工作压力≤5.8MPa，给水含氧量≤15μg/L。5.9MPa≤工作压力≤12.6MPa，给水含氧量≤7μg/L。12.7MPa≤工作压力≤15.6MPa,给水含氧量≤7μg/L。15.6MPa<工作压力,给水含氧量≤7μg/L。直流炉：5.9MPa≤工作压力≤18.3MPa，给水含氧量≤7μg/L。18.3MPa<工作压力,给水含氧量≤7μg/L。二、给水除氧的方法物理除氧（热力除氧）化学除氧亚硫酸钠Na2SO3处理联胺N2H4处理加氧处理(中性水处理NWT)加氧加氨联合水处理CWT1.物理除氧（热力除氧）定义：借助于物理手段，将水中溶解氧和其它气体除掉，并且在水中无任何残留物质。这种方法叫物理除氧。火电厂普遍应用的是热力除氧法，即利用抽汽加热凝结水达到除氧目的。优点：价格便宜。既能除氧又能除去给水中的其它气体。使给水中不存在任何其它残留物质。缺点：需消耗抽汽。经热力除氧以后的给水水温较高，容易达到锅炉给水泵的汽化温度，致使给水在输送过程中容易被汽化。除氧效果受机组负荷的影响较大。适用范围：发电厂均采用热力除氧法，在亚临界和超临界参数电厂中，热力除氧法亦是主要的除氧方法，化学除氧只是辅助除氧方法。2.化学除氧定义：利用易于和氧起化学反应的药剂（如亚硫酸钠Na2SO3和联胺N2H4等）与水中的溶解氧化合，达到除氧的目的。优点：能彻底除法水中的氧。缺点：不能除去其它气体。生成的氧化物还会增加给水中可溶性盐类的含量。药剂价格昂贵。适用范围：中小型电厂不用。亚临界及以上参数的电厂：补充的除氧手段。2.化学除氧-亚硫酸钠Na2SO3处理优点：Na2SO3易溶于水。无毒价廉。装置简单。缺点：Na2SO3与O2化合成Na2SO4会增加给水含盐量。在温度大于280℃后会分解成H2S和SO2等有害气体。适用范围：仅适用于中压(6.18Mpa)以下的锅炉，不能用于高压以上的电站锅炉。2.化学除氧-联胺N2H4处理化学反应：N2H4+O2＝N2↑+2H2O(除氧)3N2H4+O2＝N2↑+4NH3(提高PH值)NH3+H2O＝NH3·H2O优点：N2H4除氧，生成N2和H2O，不会增加水中含盐量。可提高给水的PH值，且有钝化钢铜表面。在200℃以上的高温水中能还原铁和铜的氧化物，同时在高温水（t>200℃）中，N2H4可将Fe2O3还原为Fe3O4或Fe，将CuO还原为Cu2O或Cu，有利于减缓锅炉水冷壁管生成铁垢铜垢。缺点：N2H4有毒、有挥发性、易燃烧，在保管、运输和使用时应遵守有关安全规定。N2H4还被怀疑为是致癌物质,使用时要有相应安全措施。适用范围：广泛用于高压及以上锅炉，也用于直流锅炉。2.化学除氧-加氧处理(中性水处理NWT)优点：钢材在有氧的中性（或微碱性）高纯给水中，表面上形成的为平整的Fe2O3和Fe3O4双层保护膜。一方面，外层的红棕色Fe2O3在水中的溶解度低于Fe3O4，因此减少了铁在给水中的腐蚀溶出；另一方面，所形成的平整双层氧化膜减小了水流的阻力，可以抑止流动所加剧的腐蚀，使进入省煤器中的给水含铁量减少90％以上，同时降低了锅炉运行时的压差上升速度。所以，锅炉给水采用加氧处理有利于锅炉的安全经济运行。缺点：对给水水质要求很严，中性纯水的缓冲性低（PH为6.5～7.5）。适用范围：已在国外各类直流锅炉、空冷机组和核电机组上应用。

2.化学除氧-加氧加氨处理(加氧加氨联合水处理CWT)优点：由于加入了少量的氨，使得加氧的给水处于微碱性范围内，提高了给水的缓冲性，可有效防止CO2漏入所引起的酸腐蚀。更为有利的是在加氧的高纯水中，铜合金的腐蚀速度在给水PH值8.5～9.0的范围内为最低。缺点：适用范围：七十年代中期，原联邦德国在NWT基础上，开发应用了CWT。我国华能北京热电厂即采用CWT技术。三、热力除氧的原理

1.除氧理论-亨利定律亨利定律：在一定温度条件下，当溶于水中的气体与自水中逸出的气体处于动态平衡时，单位体积中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比。b-在平衡状态下气体在单位体积中的溶解度，mg/L。Pb-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。Kd-该气体的质量溶解度系数,它的大小随气体的种类、水面上该气体分压力和温度而定，mg/L。(a)(b)1.除氧理论-亨利定律图16-16气体在水中的溶解度（a）CO2在水中的溶解度；（b）O2在水中的溶解度1.除氧理论-亨利定律当水面上气体的分压力小于溶解该气体所对应的平衡压力时，该气体就会在不平衡压差ΔP作用下，自水中离析出水面，直到新的平衡状态为止。当水面上气体的分压力大于溶解该气体所对应的平衡压力时，该气体就会在不平衡压差ΔP作用下，气体继续溶于水中，直到新的平衡状态为止。如要将某种气体从水中完全除净，可将该气体在水面上的实际分压力降为零，在不平衡压差作用下可把该气体从水中完全降掉，这即是热力除氧的基本原理。2.除氧理论-道尔顿定律道尔顿定律：混合气体的全压力等于组成它各气体分压力之和。除氧器内水面上混合气体全压力P，应等于水蒸汽的分压力和溶解于水中各气体(N2、O2、CO2等)分压力之和：道尔顿定律理论意义：提供了用加热水至沸腾使水面上气体分压为零的方法。热力除氧过程：给水在除氧器中定压加热，水逐渐蒸发，水表面的水蒸汽压力就逐步增大，其它气体的分压力就逐步减小；当把给水加热至除氧器压力下的饱和温度时，水开始沸腾，水蒸气的分压力接近水面上的全压力，其它气体的分压力趋近于零，于是溶解在水中的气体将从水中逸出被除掉。3.除氧理论-传热方程创造能将水迅速加热到除氧器工作压力下饱和温度的条件，传热方程为:Q—除氧器传热量，J/s。Kh—汽水之间的传热系数，J/(m2﹒℃﹒s)。A—汽水接触的传热面积，m2。Δt—汽水传热温差，℃。汽水之间的传热系数增大，除氧器传热量增大。汽水接触的传热面积增大，除氧器传热量增大。3.除氧理论-传热方程给水应加热到除氧器工作压力下的饱和温度，建立除气的加温和传热条件。在热力除氧中即使出现少量的加热不足，都会引起除氧效果恶化，使水中含氧量增大，达不到给水除氧要求的指标。在大气压力下水加热不足1℃时水中含氧量会高达0.2mg／L

。图16-17加热不足时水中氧的溶解度4.除氧理论-传质方程创造气体自水中离析的传质条件—气体离析出水面要有足够的动力(不平衡压差ΔP)，传质方程为:G—离析气体量，mg/s。Km—传质系数，mg/(m2﹒Pa﹒s)。A—传质面积(即传热面积)，m2。ΔP—不平衡压差(即平衡压力与实际分压力之差),Pa。汽水之间的传质系数增大，除氧器传质量增大。汽水接触的传质面积增大，除氧器传质量增大。5.除氧理论-除氧基本条件除氧给水必须加热到一定压力下的饱和温度，并在除氧塔或水箱中有一定的停留时间。除氧给水应有足够面积与加热蒸气接触，以保证较好的传热传质效果。保证除氧给水在塔内为紊流状态，以保证良好的传热传质效果。要及时排出从给水中分离出来的气体，以降低除氧器内部气体的分压力。保持加热蒸气与除氧给水逆向流动，使除氧给水中的气体加速分离。6.除氧理论-除氧过程加热除氧过程:即传热传质的过程。传热过程就是把水加热到除氧器压力下的饱和温度。传质过程就是使溶解的气体自水中离析出来。气体从水中离析出来的过程可分为两个阶段：第一阶段：除氧的初期阶段。此时由于水中气体较多，不平衡压差较大。气体以小气泡的形式克服水的粘滞力和表面张力离析出来。此阶段约可以除去水中80％一90％的气体，称之为机械分离。第二阶段：深度除氧阶段。此时水中还残留着少量气体，此时不平衡压差相应很小，这些气体已没有能力克服水的粘滞力和表面张力而逸出，只有靠气体单个分子的扩散作用慢慢离析出来。这时可以用加大水汽接触面积和缩短气体的逸出路径加强扩散作用，才能达到深度除氧，称之为扩散分离。四、除氧器的种类和结构

1.除氧器的作用除去给水中所含的氧，保证给水品质，使锅炉、汽轮机的通流部分及回热系统的管路和设备免受腐蚀，延长使用寿命。在电厂的热力系统中可以回收加热器疏水、各蒸汽管道疏水、锅炉连排产生的蒸汽等，以减少汽水损失。根据加热除氧原理，除氧的过程中水被加热到除氧器内蒸汽压力下的饱和温度，起到了一级混合式回热加热器的作用，提高了给水温度。储存一定量的给水（一般除氧器储水箱总容积应满足锅炉在额定负荷下20min的用水量），以保证锅炉的连续供水，适应机组负荷变化。2.除氧器的种类分类方法名称按工作压力分1.真空式除氧器，P<0.1MPa2.大气压式除氧器，P=0.12MPa3.高压除氧器，P=0.3～1.0MPa按除氧头结构分1.淋水盘式2.喷雾式3.填料式4.喷雾填料式5.膜式6.无除氧头式按除氧头布置形式分1.立式除氧器2.卧式除氧器按运行方式分1.定压除氧器2.滑压除氧器表16-1除氧器的种类2.除氧器的种类-真空式除氧器设置在凝汽器内的除氧装置，借助凝汽器内的高真空，汽轮机排汽加热凝结水和补充水而进行除氧。正常运行时可将凝结水和补充水含氧量降至0.02～0.03mg／L，可以保护低压加热器及其管道免受强氧的腐蚀。经过除氧后的凝结水还要经过真空以下的设备和管道，可能漏入空气，不能作为唯一的除氧器使用。可作为高参数大容量机组中一种辅助除氧的手段。2.除氧器的种类-大气压式除氧器工作压力：略高于大气压（0.118MPa）。离析出来的气体靠此压差自动排出除氧器，相应的饱和水温度为104.25℃。优点：工作压力低，设备造价低，土建投资费用低。缺点：工况适应能力差，除氧效果较差。适用范围：适用于中、低参数发电厂，以及热电厂生产返回水和补充水的除氧设备。2.除氧器的种类-高压除氧器工作压力：一般为0.343～0.784MPa。我国定压运行高压除氧器选为0.588MPa，相应的饱和水温度为158℃，滑压运行高压除氧器最高工作压力为0.733～0.784MPa。优点：除氧器压力提高，汽轮机抽汽口的位置也随压力提高向前推移，可以减少回热系统中价格昂贵的高压加热器的台数，相应增加低压加热器的台数，使系统造价降低，安全性也提高。电厂事故或高压加热器停用时，高压除氧器可减少进入锅炉给水温度的变化幅度，改善锅炉的运行条件。现代高参数电厂给水温度一般为230～260℃，高压除氧器出口水温为158～172℃，高压加热器停用时不象采用大气式除氧器出口水温仅104℃，给水温度变化幅度较小。除氧器压力提高,其相应的饱和水温也提高,使气体在给水中溶解度降低，增强气体自水中离析过程，有利于提高除氧效果。压力提高,给水在除氧器内的焓升也提高,可避免除氧器的自生沸腾。2.除氧器的种类-高压除氧器缺点：设备较复杂，同时投资增加。锅炉给水泵要在160℃左右的高温下工作，为防止给水泵不汽化而产生汽蚀，给水泵入口处需建立较高的静水头，因而增加泵的造价和土建投资。适用范围：广泛用于高参数大容量机组。3.除氧器的结构-淋水盘式除氧器图16-18淋水盘式除氧器1-除氧塔;2-环形滴水盘;3-圆形滴水盘；4-蒸汽分配器;5-余汽冷却器;6-给水箱3.除氧器的结构-淋水盘式除氧器工作原理：除氧水(主凝结水、化学处理补充水、疏水等)由除氧塔上部进入环形盘，经小孔和齿形外缘向下流动，依次落入下面各层淋水盘，在除氧塔内形成细流和水帘。加热蒸汽由除氧塔下部进入，在各层淋水盘间绕流，与水帘横向冲刷进行热交换。在上升途中对除氧水加热，其本身放热后绝大部分凝结成水，与除氧水一同落入给水箱，由水中逸出的气体与未凝结的蒸汽一起向上流动，最后从顶部的排气孔排出。3.除氧器的结构-淋水盘式除氧器优点：结构比较简单。缺点：水与蒸汽的接触面积太小，以致除氧效果受到限制。对负荷变动的适应性较差，当汽轮机负荷发生变动时，除氧效果难以保证。淋水盘的小孔易被水垢和铁锈堵塞，从而影响除氧器的出力。适用范围：适用于中、低参数发电厂。4.除氧器的结构-喷雾水膜式除氧器图16-19喷雾水膜除氧器1-加热蒸汽管;2-环形配水管;3-喷嘴;4-疏水进水管;5-淋水区;6-支承圈;7-滤板;8-支承圈;9-进汽室;10-塔身;11-档水板;12-吊环;13-不锈钢Ω形填料;14-滤网;15-安全阀;16-入孔;17-排气管;18-中心管4.除氧器的结构-喷雾水膜式除氧器工作原理：初期除氧：除氧水首先进入中心进水管18，继而流入环形配水管2，在环形配水管上装有若干喷嘴3，水由喷嘴喷成雾状。加热蒸汽管1由除氧塔顶部进入喷雾区，喷出蒸汽对雾状水珠进行第一次加热。由于汽水间传热表面积增大，水被很快地加热到除氧器压力下的饱和温度，于是水中溶解的气体约有80-90%以小气泡形式逸出，进行了第一阶段除氧。深度除氧段：在喷雾层的下边装设一些固定填料13，使经过一次除氧的水在填料层上形成水膜，水的表面张力减小，于是残留在水内10--20%的气体便较容易地扩散到水的表面，然后被除氧塔下部向上流动的二次加热蒸汽带走。分离出来的气体与少量蒸汽(约是加热蒸汽的3%-5%)由塔顶排气管17排出。4.除氧器的结构-喷雾水膜式除氧器优点：结构比较简单，便于维修。除氧效果好。传热面积大，能够深度除氧，除氧后水的含氧量可小于7μg/L。对负荷变化的适应性强。在负荷变动时如低压加热器故障停用或进水温度降低，除氧效果无明显变化，负荷适应性强。缺点：除氧性能与给水雾化好坏关系很大。适用范围：我国和西方各国电厂广泛采用。五、除氧器的连接系统要求：保证除氧效果稳定。防止给水泵汽蚀。有较高的热经济性。连接方式：单独定压连接前置定压连接滑压连接1.单独定压连接图16-20单独定压连接特点：该级回热抽汽压力高于除氧器运行压力。抽汽管道上设置有压力调节阀。在负荷降低到该级抽汽压力不能满足除氧器的运行压力时，应能切换到高一级抽汽并能关闭原级抽汽的装置。1.单独定压连接优点：保证除氧效果。防止给水泵汽蚀。缺点：调节阀节流损失大。出水温度低。低负荷切换至高一级抽汽，关闭原级抽汽等于减少了一级回热，增大回热过程的不可逆损失。适用范围：多用于中、高压带基本负荷的机组。2.前置定压连接图16-21前置定压连接特点：在除氧器出口水前方设置一高压加热器并与除氧器共用同一级回热抽汽，组成一级加热。虽然该除氧器抽汽管上仍然有压力调节阀的作用,但是由于前置的高压加热器的抽汽管没有节流作用，其出水口水温能达到该级抽汽压力下的饱和温度减去前置高压加热器的端差。压力调节阀起到分流作用，对出口水温无影响。2.前置定压连接优点：避免了低负荷时停用一级回热加热的弊端。缺点：增加一台高加，系统复杂，投资大，应用少。适用范围：仅用于供热机组。3.滑压连接图16-22滑压连接特点：连接本级回热抽汽管道上不设压力调节阀，因此在滑压范围（20～100％）内，其加热蒸汽压力随机组负荷变化而变化，避免了加热蒸汽的节流损失。为确保除氧器在低负荷（20％以下）时仍能够自动向大气排汽，低负荷时要切换为定压除氧器运行，仍需装有至高一级回热抽汽管道上的切换阀和压力调节阀。3.滑压连接优点：无节流损失，经济性高。与单独定压连接相比，其关闭本级抽汽的负荷由70％降到20%。与前置定压连接相比，其出口水温无端差。缺点：当负荷骤降时，抽汽压力降低时，水变成过饱和水，又可能造成给水泵入口汽蚀。当负荷骤升时，抽汽压力升高时，水变成欠饱和水，除氧效果恶化。适用范围：适合于大容量再热机组和调峰机组。第三节发电厂的汽水损失与补充发电厂的汽水损失减少汽水损失的措施汽水损失的补充锅炉连续排污利用系统一、发电厂的汽水损失

1.定义及类型定义：发电厂中存在着蒸汽和凝结水的损失，简称汽水损失。类型：内部损失：电厂内部设备及管道系统中的汽水损失。外部损失：电厂对外供热设备及管道系统中的汽水损失。2.内部损失正常性汽水工质损失：在起动过程中，热力设备暖机和管道暖管用汽、起动抽气器和汽动泵用汽。在正常运行中重油加热、蒸汽吹灰、轴封排汽、锅炉排污以及设备和管道的泄漏、汽水化验取样等。在停机、停炉和设备检修时的排汽、放水。偶然性非工艺要求的汽水损失：通常讲的热力设备和管道的跑、冒、滴、漏。3.外部损失影响因素：热负荷性质：如热水负荷就完全不能回收。供热方式：直接或间接供汽。回水质量：如是否含油、是否被制药的热用户细菌污染等。变化范围：通常在锅炉额定蒸发量的20%～100%之间。二、减少汽水损失的措施改进安装工艺，提高安装质量，减少设备和管道泄漏。例如以焊接代替法兰连接。设置起动旁路系统、疏水回收系统、锅炉连续排污的回收利用系统和轴封漏汽回收系统等。将蒸汽吹灰改为高压空气或炉水吹灰，直接供热改为间接供热等。三、汽水损失的补充

1.化学法定义：将天然水（包括地下水）先进行预处理（沉淀和过滤），消除不溶于水的杂质，再利用离子交换器进行软化或除盐，而获得品质合格的补充水（称化学补充水）。特点：由于化学补充水的含氧量很大，在引入热力系统时必须除氧。化学补充水地点：凝汽器：真空除氧。除氧器：进一步除氧。2.化学法(a)