高效旋膜式除氧器、除氧器、水膜式除氧器

一、除氧器用途及概述：
   我公司新型改進型旋膜除氧器是近年來研究并推廣的一種全新結構的除氧器，泰格牌除氧器采用目前較高效的不銹鋼波紋填料代替原來編織的Ω形網狀細絲不銹鋼網，O型圈填料，該波紋液汽網具有水流沖擊不變形、填料不脫落，分離率高，氣阻小，可對給水進行二次深度除氧等特點。泰格牌旋膜式除氧器設計主要是將原射流式改為旋射膜式，是集旋膜及泡沸縮合為一體的高效能新型水膜式除氧器，具有除氧效率高，換熱均勻，耗汽量小，運行穩定，適應性能好，對水質、水溫要求不苛刻等優點，而且可超出力運行。
  旋膜式除氧器(又稱膜式除氧器是一種新型熱力除氧器,是利用蒸汽將鍋爐給水加熱到對應除氧器工作壓力下的飽和溫度,除去溶解于給水的氧及其它氣體,防止和降低鍋爐給水管、省煤器和其它附屬設備的腐蝕.可用于定壓、滑壓等方式運行。旋膜式除氧器適用于各類電力系統鍋爐、工業鍋爐給水及熱電廠補給水的除氧。

二、除氧器原理：
    新型旋膜改進型除氧器的傳熱，傳質方式與已有的淋水盤式、旋膜式和霧化式不同，主要是將射流，旋轉膜和懸掛式泡佛三種傳熱方式縮化為一體的傳熱、傳質方式，它具有很高的效率。新型旋射膜管具有很大的解析能力，并造成液膜沒管壁強力旋轉卷吸大量蒸汽，增強換熱，傳質功能，將相向泡沸改為懸掛式泡沸，提高各層中蒸汽流速高時泛點(飛濺)并能保持汽(氣)體通道；將獨立的三種傳熱、傳質裝置縮化為一體，在一個單元的部件內完成。由于它具有很高的效率和某些特殊的功能，突破了已有除氧器的技術性能。
三、型號：
   CY-系列新型旋射膜式除氧器型號由漢語拼音字母和除氧器的主要特性數據（處理水量T/H）二部分組成。例如：CY-225T/H表示處理水量225T/H的高壓旋膜式除氧器。

CYG-系列新型壓力式除氧器

除氧器的結構型式主要由外殼、汽水分離器、新型旋射起膜器、淋水篦子、規整液汽網、水箱組成。
    1、外殼：是由筒身和沖壓橢圓形封頭焊制成。
    2、汽水分離器：該種裝置取代了原老式除氧器內草帽錐式結構設計，使除氧器消除了排汽帶水現象。
    3、新型旋射起膜器：由水室、汽室、起膜管、凝結水接管、補充水管、疏水接管和一次進汽接管組成。新型旋射起膜器的旋射膜管內增加了水膜導向裝置，即使低負荷運行時也能強力降膜，保持較佳的旋射膜裙。
    凝結水、化學補水、經起膜管呈螺旋狀按一定的角度噴出，形成水膜裙，并與一次加熱蒸汽接管引進的加熱蒸汽和由水箱經液汽網，水篦子上升的二次加熱蒸汽接觸被加熱到接近除氧器工作壓力下的飽和溫度（即低于飽和溫度2-3℃）并進行粗除氧。一般經此起膜段可除去給水中含氧量的90-95%左右。
    4、淋水篦子：是由數層交錯排列的角形鋼制件組成，經起膜段粗除氧的給水及由高加疏水在這里混合時行二次分配，呈均勻淋雨狀落到裝在其下的液汽網上。

    5、波紋填料液汽網：是由許多開狀尺寸相同的單元組成的SW型網孔波紋填料，組成的一個圓筒體，該規整填料保持絲網波紋填料和孔板波紋填料的優點外，而且比表面積大，壓降小，操作彈性大，分離效率高、能耗低，永遠不脫落等特點。給水在這里與二次蒸汽充分接觸，加熱到飽和溫度并時行深度除氧，低壓大氣式除氧器≤10PPb，高壓除氧器≤5PPb。
    6、水箱：除過氧的給水匯集到除氧頭的下部容器的給水箱內，除氧水箱內裝有較新科學設計的強力換熱再沸騰裝置，該裝置具有強力換熱，迅速提升水溫，更深度除氧，減小水箱振動，降低噪音等優點，提高了設備的使用壽命，保證了設備運行的安全可靠性。

旋膜（膜式）除氧器功能特點    旋膜式除氧器是一種新型熱力除氧器，利用氣體在水中的溶解性，通過加熱蒸汽，將進入除氧器的補給水、凝結水（包括疏水）加熱到與除氧器內部壓力相對的飽和溫度，根據亨利定律和道爾頓定律，溶解于水中的氧、二氧化碳等非冷凝氣體自水中析出，使水中的含氧量達到全乎規定的標準。    旋膜式除氧器與其它型式的熱力除氧器，在性能上存在著根本不同，其區別在于旋膜式除氧器采作了由多個射流旋膜管（簡稱起膜管）組成的起膜器，作為汽、水熱交換裝置，起膜管所形成的水膜貯熱系數很高，且具有隨水負荷或雷諾Re變化，及隨溫差成正比的特性，熱質交換充分，流通性好，并且起膜管的設計既考慮液態傳熱傳質、又考慮了汽態傳質，致使膜式除氧器具有良好的除氧特性。

旋膜（膜式）除氧器結構特點    本公司設計制造的旋膜除氧器由除氧頭和水箱兩大部件組成，給水的加熱和除氧主要在除氧頭中完成，水箱作儲水、緩沖之用。   除氧頭由二級除氧組件組成： 一級除氧組件由筒體、隔板、旋膜管、流通管和管組件焊接成為一體，分成水室、汽室、和水膜裙室。 二級除氧組件由蓖組和填料兩部分組成。    除氧水箱內裝有配水管、再沸騰管、防旋板和各接管座。在除氧器上裝有就地儀表、位計液和安全閥，滿足現場調試、操作需要。    旋膜除氧器，帶有臥式儲水箱，采用雙鞍座支撐。除氧頭與水箱除氧倒裙式弧形連接方式。 我公司提供的除氧器具有以下特點    除氧效果好 在較短時間內，除氧水中溶氧量可達到我國《火力發電廠水汽質量標準》的要求。     適應性強 適應于入口水溶氧量高，入口水溫低，壓力變化大等情況下運行。    穩定性好 當負荷突變時；瞬間補給水量突變時；當改用不同參數汽源時；當入口水溫突降時；除氧水質仍能保持合格標準，且除氧器不會發生震動，給水入口不易出現汽化等情況。   節能效果好 膜式除氧器的排汽量小于入口水量1‰，比同出力其它類型熱力除氧器少1/2∽1/3，不需另加排污冷卻器，簡化了設備、降低了熱耗。

除氧器改造:
    我廠在整套供應新型水膜式除氧器的同時，還承接有關電廠對淋水盤式、噴霧填料式除氧器的改造，改造成新型水膜式除氧器是成功的，效果也是顯著的。具體表現在:
改造費用低，是更換除氧頭造價的1/2左右。進度快，易加工和現場改造安裝，220T/H以下出力的除氧器，一般一周之內即可完式，220T/H以上出力的除氧器，一般半個月內完工。
                           
    從圖可以看出，對原有的除氧器改造是十分方便的。即利用原除氧頭的外殼封頭部分，將原除氧頭內的淋水盤式或噴霧填料式的部件全部拆除，保留下部進汽盤，然后在下部進汽盤的上方的一定位置加裝液汽網和水篦子，然后環形壓板進行密封固定，防止今后運行中水汽短路。
再把封頭與筒體的接口處解開后焊接裝進起膜器，按提供的改造方案圖連接管道口其它部件，即告完工，驗收合格后投運。
    在改造過程中，根據具體的實際情況將其高度作適當改變，一般不增大除氧頭的直徑，一般只增高或按原高度裝焊。

旋膜（膜式）除氧器結構特點
本公司設計制造的旋膜除氧器由除氧頭和水箱兩大部件組成，給水的加熱和除氧主要在除氧頭中完成，水箱作儲水、緩沖之用。
除氧頭由二級除氧組件組成：
一級除氧組件由筒體、隔板、旋膜管、流通管和管組件焊接成為一體，分成水室、汽室、和水膜裙室。
二級除氧組件由蓖組和填料兩部分組成。
除氧水箱內裝有配水管、再沸騰管、防旋板和各接管座。在除氧器上裝有就地儀表、位計液和安全閥，滿足現場調試、操作需要。
本投標產品為立式旋膜除氧器，帶有臥式儲水箱，采用雙鞍座支撐。除氧頭與水箱除氧倒裙式弧形連接方式。
除氧器定購須知

1、定購整套新型旋膜式除氧器提供以下參數:
:除氧器的出力.
:除氧器的高度,圓筒直徑及壁厚.
:除氧器的各給水工作壓力,給水溫度.

2、對老式除氧設備進行技術改造時需提供如下數據:
:現有除氧器的高度,圓筒直徑及壁厚.
:現有除氧器的各給水工作壓力,給水溫度.
:現有除氧器的出力.

除氧器改造案例
    除氧器是熱力發電廠的重要設備之一。它保證鍋爐給水的品質，特別是溶氧量滿足設備運行要求；但是由于種種原因，不少除氧器無法保證合格的除氧效果，致使系統腐蝕損害，嚴重影響設備壽命和安全運行，改造這些除氧器是當務之急。文中提出的除氧器內部改造方案，能夠有效地解決給水溶氧超標問題并給電廠帶來可喜的經濟效益。
國產100 MW及以上機組絕大多數配置噴霧填料式除氧器。這些除氧器，特別是100 MW、200 MW機組的除氧器，相當一部分已運行多年，彈簧噴嘴老化失效，內部元件銹蝕損壞；加之70年代前后生產的除氧器填料多采用Ω型填料，其傳熱傳質性能特別是氣體擴散性能均不如目前的新型不銹鋼絲網材料，所以不少除氧器的除氧效果明顯下降，有的嚴重超標，特別是在當前電網負荷需求減少，多數機組頻繁運行于部分負荷或低負荷工況時，溶氧超標尤為嚴重。因此，針對這些電廠除氧器改造的迫切要求，推薦采用除氧器內部改造方案，即在除氧頭殼體和水箱殼體滿足設計強度要求時，僅對除氧頭內部關鍵部件進行優化改造。實施內部改造方案的投資僅為更新設備費用的10%～20%，除氧效果完全能夠滿足運行要求，而且由于進汽裝置、填料等部件采用了優化措施，其除氧效果、負荷適應性、熱經濟性等指標更具有吸引力。韶關電廠200 MW機組除氧器的改造成功地為同類設備改造提供了一條經濟、簡捷、有效的途徑。
1　設備概述
    韶關發電廠9號機系哈爾濱汽輪機廠生產的200 MW機組，配用哈爾濱鍋爐廠生產的GWC-670型高壓噴霧填料式除氧器；設計出力670 t/h，較大出力700 t/h，額定運行壓力/溫度為0.49 MPa/158 ℃。除氧器經多年運行后，改造前存在的主要問題是：(1)給水含氧量嚴重超標且不穩定，如1995年11月為1.8～128.6 μg/L，1996年9月為0.2～15.3 μg/L；(2)Ω型填料散失，運行中Ω型填料經常脫落到給水泵入口，影響安全運行；(3)霧化噴嘴彈簧失效且常脫落，失去調節功能。為此，韶關電廠決定對9號機組除氧器進行改造。熱工研究院經過對眾多改造方案的技術經濟性論證后提出除氧頭局部改造方案。
    1997年7月在該機組大修期間對9號機除氧器完成了改造。從1997年8月除氧器投運至今，設備運行狀況良好。為了考核、評價改造后除氧器的熱力性能，由韶關發電廠和熱工研究院共同組織人員，于1998年3月進行了性能試驗。證明該除氧器改造設計合理，性能優良，達到了設計要求，能滿足電廠對給水品質的要求，確保機組安全、穩定運行。
2　除氧器內部改造設計
2.1　除氧器結構設計
   除氧器殼體和外部連接管保持不變，僅對除氧器內部進行局部改造。(1)對噴淋效果欠佳的老式彈簧噴嘴進行調整、修復或選用新型彈簧噴嘴將其更換；(2)在進汽裝置基本結構不變的情況下，對一次蒸汽進汽裝置進行優化設計，確定較佳蒸汽通流面積；(3)拆除原除氧器的淋水盤結構，改為五層水篦子，使珠狀傳熱變為膜狀傳熱，增強傳熱效果和不凝結氣體的擴散能力；(4)拆除原除氧器Ω型填料的上壓料架，保持填料下托架不變，用不銹鋼絲網填料塊代替Ω型散填料。
改造后的除氧器內部結構見圖1。
                                

圖1　除氧器內部結構示意圖
2.2　修復、更換彈簧噴嘴
    全面檢查所有彈簧噴嘴，對嚴重損壞無法調整或修復的噴嘴進行更換；對沒有更新的噴嘴要全部更換彈簧并調整使其與新噴嘴彈簧緊力相當，保證所有噴嘴霧化效果一致。
彈簧噴嘴及彈簧選用同型號的新一代彈簧噴嘴和與之相匹配的彈簧。這樣，現場施工方便、工作量小；同時也能保證彈簧噴嘴的整體霧化效果。
2.3　進汽裝置優化設計
    根據除氧器熱平衡計算書可知，進入除氧器的4段抽汽量為29.89 t/h，而門桿漏汽、連續排污擴容器來汽和軸封漏汽總量為7.78 t/h，所以，這里僅對4段抽汽的進汽裝置進行優化設計。為了盡可能地減小現場工作量，在不改變進汽管位置和基本結構的前提下，優化設計較佳的進汽通流面積，即在原進汽孔數量不變時優化進汽孔直徑。(1)原設計進汽裝置上共鉆598個?12孔，在設計的額定工況、較大工況及目前運行的額定工況下是合適的。(2)電廠實際運行參數偏離制造廠性能計算書中給出的參數，例如，第4段抽汽壓力僅0.8 MPa，而計算書中給出的除氧器進汽壓力則為0.832 MPa，實際運行的進汽壓力為0.72 MPa；所以設計參數與電廠實際運行工況之間存在較大誤差。(3)9號機除氧器出水含氧量不穩定，這說明在額定工況附近除氧器工作基本正常，而偏離額定工況較大時，蒸汽加熱不足，特別是在蒸汽參數偏低、高壓加熱器退出運行或凝結水溫度低時較為明顯。(4)考慮機組自然老化、高壓加熱器解列、凝結水溫度偏低以及調峰運行等因素，進汽裝置原598個Ф12孔宜改為598個Ф16孔。
2.4　水篦子設計
水篦子設計為5層，采用10號槽鋼100×48×5.3，其間隔為80 mm，均勻分布；每層高138 mm。
2.5　填料選擇
   填料層設計高度150 mm，除氧頭內填料體積1.474 m3，選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼絲網。將填料層分為16個獨立的填料塊，方便安裝和維修；為縮短大修工期，填料塊纏繞密度為130 kg/m3。填料塊可向填料生產廠訂做，另外還需要一些不銹鋼絲網散料，用于特殊位置，如除氧頭殼體內填料塊沒有涉及的圓弧部分等。填料下托架可用原Ω填料層托架，由于采用已包裝的填料塊，故無需填料上壓板架。
3　除氧器改造前性能試驗
   在9號機組除氧器實施改造前，于1997年3月13日對該除氧器的除氧效果進行了檢查試驗(見表1)。
表1　　除氧器改造前性能試驗結果

4　除氧器改造后性能試驗
4.1　機組變負荷試驗
    該除氧器為定-滑壓運行除氧器，在機組負荷變化時，除氧器運行工況也隨機組第4段抽汽參數不同而變化，相應的除氧器除氧效果也不同。為考核除氧器不同負荷下的除氧效果，特別是在低負荷下的除氧效果，試驗大綱要求試驗應在200、180、150、120 MW工況下進行，但因電網負荷原因試驗分別在135、150、160、170 MW負荷下完成(見表2)。

表2　　變負荷試驗結果

4.2　排氣門開度試驗
   低壓給水在除氧器中加熱、噴淋，其中的不凝結氣體，特別是氧氣即不斷析出，聚集在除氧器內；必須通過排氣裝置將這些氣體排出達到除氧的目的。但是，排氣裝置在排出不凝結氣體的同時也會排出一部分蒸汽，這必將增加機組的熱損失。那么，確定合適的排汽門開度才能既充分排出不凝結氣體又使排出蒸汽量較小，這是試驗目的。試驗排氣門開主分別為2×1圈、2×1/2圈、2×1/4圈(GWC670型除氧器設計有對稱布置的兩個相同規格排氣閥)，試驗結果見表3。
表3　　排氣門開度試驗

5　結論
    改造后的9號機組除氧器啟動投運以來，通過性能試驗和長期的運行考驗，證明該除氧器達到了改造設計要求，能夠在滿足不同工況給水品質的前提下安全穩定運行。
5.1　改造后的除氧器除氧效果良好，在額定工況運行時除氧器出水含氧量可達到2～3 μg/L。
5.2　該除氧器負荷適應性能好，在60%～100%額定工況下運行時，除氧器出水含氧量均小于7 μg/L。
5.3　該除氧器改造設計采用了汽液網填料和水篦子相接合的深度除氧方式，其傳熱傳質性能優良，尤其是不凝結氣體的析出能力增強，所以除氧器改造后的排氣門開度僅為改造前的1/2，排氣損失明顯減少，系統熱經濟性提高。
5.4　采用新型填料裝置，避免了原來因Ω填料失散影響鍋爐給水泵運行，提高了電廠運行安全性。
5.5　經濟效益顯著。除氧器內部改造費用僅為新設備的10%～20%，節省資金約20～100萬元；改造后的除氧器因排氣量減少，每年節標煤700余t折合金額約15萬元；另外給水品質的改善延長了發電設備使用壽命，其經濟效益尤為突出。