除氧器的原理及除氧条件

除氧器的原理及除氧条件lyhrwk除氧器的作用除氧器是混合式加热器，在热力系统中，它具有多种功能：作为给水回热的一级加热器，它能提高热经济性；作为凝结水泵和给水泵之间缓冲和储存的容器，它能吸收负荷波动和保证锅炉给水的不间断；作为汇集各种蒸汽和疏水的容器，它能减少工质损失和热损失；它还能向系统提供恒温恒压的蒸汽；但是，它的主要功能，还是从给水中排除各种溶解气体。除氧的必要性天然水中溶解有大量的氧、氮、二氧化碳及其他气体，其中溶解氧可达10mg/L.这些气体随着补充水一起进入了系统中，此外，在真空下工作的热力设备（凝汽器及部分低压加热器等）及管道附件的不严密处也会渗进一些空气。由于以上原因，使给水中含有一定量的气体。不论是活性气体氧和二氧化碳，还是惰性气体氮的存在，对热力设备的安全经济运行都是不利的，活性气体呈游离状态，在高温下可直接和金属发生化学反应，使设备和管路受到腐蚀；惰性气体聚集在换热设备中，则影响传热，降低其经济性。氧化的危害性最大，在高温和碱性减弱的条件下，当给水含氧量超过0.03mg/L时，给水管路和省煤器的点状腐蚀，可在短期内导致穿孔（如壁厚7~8mm的管子可在1-2年内穿孔），引起泄露和爆管，沉积的氧化物还使传热不良。换热器中有空气时，由于蒸汽凝结的结果，靠近换热壁面处蒸汽的分压力将减小，而且愈靠近避免愈小。根据道尔顿定律，愈靠近壁面处空气的分压力愈大，也即空气的浓度愈大，所以壁面处形成一层空气膜，使热阻增加，凝结放热系数下降。如凝汽器中空气的密度为蒸汽密度的1%时，凝结放热系数将降低50%，从而导致排气压力提高，循环效率下降。对于高参数汽轮机，参数的提高使蒸汽的熔盐能力增强，故在叶片通道上容易形成氧化物，沉积，使机组出力显著降低和推力增加。为此，必须对给水进行除氧比确保其质量。我国《电力技术管理法规（试行）》中规定：工作压力为5.98Mpa（61ata）及以上锅炉的给水含氧量应小于7μg/L；亚临界及超临界参数的锅炉，则要求给水彻底除氧。当前采用的给水除氧方法有热力除氧和化学除氧两种。化学除氧是在给水中加入容易和氧化合的化学药剂（亚硫酸钠Na2SO3和联氨N2H4）以吸收氧气，如控制适当，可达到彻底除氧的目的。但是，它不能除去其他气体，生成的氧化物（特指亚硫酸钠法生成的Na2SO4）还会增加给水的盐分，使锅炉排污量及热损失增加，而且价格昂贵，故仅用于要求彻底除氧的亚临界及以上参数的电厂，作为一种辅助的除氧手段，一般采用联氨作药剂（因其不产生新的盐类并能提高给水的PH值）。热力除氧是用加热方法以排除水中的溶解气体。它费用便宜，可同时除去氧和其他气体，并无任何残留物质，故为电厂普遍采用。热力除氧的原理反应气体溶解特性的亨利定律，为热力除氧提供了理论依据。气体在水中溶解度与气体的种类、气体在水面上的分压力以及水的温度有关。同一气体，在相同温度下，若它在水面上的分压力越高，则其在水中的溶解度越大；若维持气体的分压力不变，则当水温升高时溶解度降低。亨利定律给出了影响气体溶解特性的各种因素数量关系。它指出：当溶于水中的气体与自水中逸出的气体处于动平衡态时，单位体积水中溶解的气体量与水面上该气体的分压力成正比：b=k(pf/pgu)mg/L式中b-某气体在水中的溶解度，mg/L；Pf-平衡态时，该气体在水面上的分压力，Pa；Pgu-水面上混合气体的全面压力，Pa；K值随气体的种类和温度而定。式中表明了水中某气体的数量与水面上该气体数量之间的动态平衡条件，在一定的温度下这种平衡条件是自动达到的。这是因为同时进行着两种过程，即总有一些气体分子从水中析出，而另一些气体分子又溶于水中，当气体的离析量等于溶解量时，就自动地达到动态平衡状态。如果设法将水面上的气体排出一部分，则原有的动平衡状态就会被破坏，这是因为某气体的实际分压力P变的小于水中溶解气体的平衡压力Po，则该气体就会在不平衡压差△P（△P=P0-P）的作用下自水中离析出来，直至达到新平衡状态为止。显然，在新的平衡状态下，气体在单位时间内的析出量以及与之相等的溶解量较原平衡状态下减小。若能使水面上某气体的实际分压力为零(即驱净水面上该气体），则在不平衡压差△P的作用下，溶解在水中的该气体就可以完全除去。这就是热力除氧的基本原理。在技术上实现上述过程并不困难，道尔顿定律，提供了用加热水至沸腾使水面气体分压力为零的方法。道尔顿定律指出：混合气体全压力等于各组成气体分压力之和。在容器中，对给水定压加热时，随着水温提高和蒸发过程加强，水面上水蒸气分压力逐渐增大，相应其他气体的分压力逐渐减小，当水加热至饱和温度时，水的沸腾产生大量蒸汽，水蒸气的分压力趋于水面上全压力，其他气体分压力趋于零，从而创造了从水中将全部溶解气体完全清楚的条件。保证完善除氧的条件上述分析说明，能否将水加热至饱和温度，对保证除氧的实际效果十分重要。在欠饱和下，水蒸气分压力达不到全压力，其他气体分压力也不能降为零，气体就难以除尽。上图曲线对此作了很好的说明，如大气压下加热不足1℃时，水中含氧量可高达0.2mg/L，远超过法规的规定。热力除氧可分为两个阶段：除氧初始阶段：其特征为机械离析，此时水中气体含量较多，不平衡压差△P较大，气体有足够动力以小气泡形式克服水的表面张力顺序逸出。此阶段可除去80%-90%气体，使给水含氧量降为0.05~0.01mg/L。深度除氧阶段：此时水中仅剩极少量气体，不平衡压差△P很小，气体已无足够动力进行机械离析，只能以单个分子形式慢慢从水中扩散出来。可见，要保证完善除氧，应满足以下条件：1.必须将水加热至饱和温度；2.尽可能增大汽水接触表面积。例如将水分成细流、雾状、水膜，以保证沸腾迅速，缩短气体逸出的距离和时间，膜状还减小了水的表面张力；3.造成水的紊流状态，以利于气体扩散。故应采取一定的水流速度；4.保证迅速排走逸出气体。故应有一定逸汽量驱赶气体，保证有较大的不平衡压差；5.使汽、水逆向流动，保证汽水所有接触点上都有最大的不平衡压差△P，又有利于迅速排出离析气体；6.制造蒸汽在水中的鼓泡作用